基于稀疏规范变量分析的微震信号状态判识方法技术

本申请提出一种基于稀疏规范变量分析的微震信号状态判识方法，涉及煤炭技术领域。该方法包括：根据第一、二微震监测区域的第一、二历史微震数据生成第一、二历史时间序列微震数据向量；基于稀疏化改进的规范变量分析法确定第一、二映射矩阵；根据所述第一、二微震监测区域的第一、二实时微震数据生成第一、二实时时间序列微震数据向量；根据第一映射矩阵和第一实时时间序列微震数据向量确定第一监测统计量值；根据第二映射矩阵和第二实时时间序列微震数据向量，确定第二监测统计量值；根据第一、二监测统计量值和对应的第一、二监测统计量阈值，识别微震信号的状态。本申请可以实现在复杂带噪的环境下对实时微震信号状态的准确识别。别。别。

【技术实现步骤摘要】
基于稀疏规范变量分析的微震信号状态判识方法


[0001]本申请涉及煤炭
，尤其涉及一种基于稀疏规范变量分析的微震信号状态判识方法。

技术介绍

[0002]微震监测技术对保障煤矿安全生产有着重要意义。受矿山井下复杂环境的影响，微震监测信号(简称微震信号)中包含由设备误差和环境误差产生的干扰信号，常导致微震信号在时序上呈现非稳态波动，难以完成有效的信号分析工作。因此，如何实现准确的对实时微震信号的状态识别成为业界亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]为此，本申请的一个目的在于提出一种基于稀疏规范变量分析的微震信号状态判识方法，以实现准确的对实时微震信号的状态识别。
[0005]为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于稀疏规范变量分析的微震信号状态判识方法，包括：根据第一微震监测区域的第一历史微震数据和第二微震监测区域的第二历史微震数据，生成第一历史时间序列微震数据向量和第二历史时间序列微震数据向量；基于稀疏化改进的规范变量分析法确定所述第一历史时间序列微震数据向量的第一协方差矩阵对应的第一映射矩阵和所述第二历史时间序列微震数据向量的第二协方差矩阵对应的第二映射矩阵；根据所述第一微震监测区域的第一实时微震数据和所述第二微震监测区域的第二实时微震数据，生成第一实时时间序列微震数据向量和第二实时时间序列微震数据向量；根据所述第一映射矩阵和所述第一实时时间序列微震数据向量，确定所述第一实时时间序列微震数据向量的第一监测统计量值；根据所述第二映射矩阵和所述第二实时时间序列微震数据向量，确定所述第二实时时间序列微震数据向量的第二监测统计量值；根据所述第一监测统计量值和对应的第一监测统计量阈值、所述第二监测统计量值和对应的第二监测统计量阈值，识别微震信号的状态。
[0006]根据本申请的一个实施例，所述第一历史时间序列微震数据向量中包括设定时刻前的所述第一历史微震数据和所述设定时刻前的所述第二历史微震数据；所述第二历史时间序列微震数据向量中包括所述设定时刻后的所述第二历史微震数据。
[0007]根据本申请的一个实施例，所述基于稀疏化改进的规范变量分析法确定所述第一历史时间序列微震数据向量的第一协方差矩阵对应的第一映射矩阵和所述第二历史时间序列微震数据向量的第二协方差矩阵对应的第二映射矩阵，包括：基于如下目标函数，将所述第一历史时间序列微震数据向量作为输入向量，将所述第二历史时间序列微震数据向量作为输出向量，采用拉格朗日乘子法迭代计算所述第一映射矩阵和所述第二映射矩阵：其中，所述R()为目标函数，所述X为所述输入向量，所述Y为所述输出向量，所述J为所述第一映射矩阵，所述x为所述X中的元素值，所述y为所
述Y中的元素值，所述Σ
xy
为所述x和所述y的互协方差矩阵，所述L为所述第二映射矩阵，所述T为转置符号，所述λ1和所述λ2为岭系数，所述||.||为范数符号。
[0008]根据本申请的一个实施例，所述迭代计算的停止条件为最近两次迭代对应的所述目标函数的值小于预设的迭代阈值。
[0009]根据本申请的一个实施例，所述第一映射矩阵的初始值和所述第二映射矩阵的初始值为随机生成的。
[0010]根据本申请的一个实施例，所述第一映射矩阵的初始值和所述第二映射矩阵的初始值为根据所述第一历史微震数据和所述第二历史微震数据基于规范变量分析法计算得到的。
[0011]根据本申请的一个实施例，所述根据所述第一映射矩阵和所述第一实时时间序列微震数据向量，确定所述第一实时时间序列微震数据向量的第一监测统计量值，包括：采用如下公式计算得到所述第一监测统计量值：Ts2＝p
T
J
T
Jp；其中，所述Ts2为所述第一监测统计量值，所述p为所述第一实时时间序列微震数据向量中的元素值，所述J为所述第一映射矩阵，所述T为转置符号；所述根据所述第二映射矩阵和所述第二实时时间序列微震数据向量，确定所述第二实时时间序列微震数据向量的第二监测统计量值，包括：采用如下公式计算得到所述第二监测统计量值：Tr2＝f
T
L
T
Lf；其中，所述Tr2为所述第二监测统计量值，所述f为所述第二实时时间序列微震数据向量中的元素值，所述L为所述第二映射矩阵。
[0012]根据本申请的一个实施例，还包括：采用如下公式计算得到所述第一监测统计量阈值：其中，所述为所述第一监测统计量阈值，所述N为所述第一历史微震数据和所述第二历史微震数据对应的时间维数，所述k为预先选取的监测通道数，所述F
α
()为联合假设检验统计量，所述α为预设的置信度；采用如下公式计算得到所述第二监测统计量阈值：其中，所述为所述第二监测统计量阈值，所述Q为噪声空间维数，所述Q＝m+n
‑
k，所述m为所述第一历史微震数据的监测通道数，所述n为所述第二历史微震数据的监测通道数。
[0013]根据本申请的一个实施例，所述根据所述第一监测统计量值和对应的第一监测统计量阈值、所述第二监测统计量值和对应的第二监测统计量阈值，识别微震信号的状态，包括：所述第一监测统计量值大于所述第一监测统计量阈值，或者所述第二监测统计量值大于所述第二监测统计量阈值，则识别微震信号的状态为异常状态；所述第一监测统计量值等于或者小于所述第一监测统计量阈值，且所述第二监测统计量值等于或者小于所述第二监测统计量阈值，则识别微震信号的状态为正常状态。
[0014]本申请至少实现以下有益效果：本申请根据第一微震监测区域的第一历史微震数据和第二微震监测区域的第二历史微震数据，生成第一历史时间序列微震数据向量和第二历史时间序列微震数据向量，并基于稀疏化改进的规范变量分析法确定第一映射矩阵和第二映射矩阵，根据第一微震监测区域的第一实时微震数据和第二微震监测区域的第二实时微震数据，生成第一实时时间序列微震数据向量和第二实时时间序列微震数据向量，根据第一映射矩阵和第一实时时间序列微震数据向量确定第一监测统计量值，根据第二映射矩阵和第二实时时间序列微震数据向量确定第二监测统计量值，根据第一监测统计量值、第
一监测统计量阈值、第二监测统计量值和第二监测统计量阈值，识别微震信号的状态。本申请通过对历史微震数据进行时序划分，得到历史数据集和未来数据集，基于稀疏化改进的规范变量分析法对历史数据集和未来数据集进行相关关系建模，确定映射矩阵，实现了对映射矩阵的稀疏化表征，实现了对微小微震信号的捕获，使得数据中较大的噪声和干扰对微震信号状态识别能力的影响减弱，从而可以实现在复杂带噪的环境下对实时微震信号状态的准确识别。
附图说明
[0015]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0016]图1是本申请一个实施例示出的一种基于稀疏规范变量分析的微震信号状态判识方法的流程示意图。
[0017]图2是本申请另一个实施例示出的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏规范变量分析的微震信号状态判识方法，其特征在于，包括：根据第一微震监测区域的第一历史微震数据和第二微震监测区域的第二历史微震数据，生成第一历史时间序列微震数据向量和第二历史时间序列微震数据向量；基于稀疏化改进的规范变量分析法确定所述第一历史时间序列微震数据向量的第一协方差矩阵对应的第一映射矩阵和所述第二历史时间序列微震数据向量的第二协方差矩阵对应的第二映射矩阵；根据所述第一微震监测区域的第一实时微震数据和所述第二微震监测区域的第二实时微震数据，生成第一实时时间序列微震数据向量和第二实时时间序列微震数据向量；根据所述第一映射矩阵和所述第一实时时间序列微震数据向量，确定所述第一实时时间序列微震数据向量的第一监测统计量值；根据所述第二映射矩阵和所述第二实时时间序列微震数据向量，确定所述第二实时时间序列微震数据向量的第二监测统计量值；根据所述第一监测统计量值和对应的第一监测统计量阈值、所述第二监测统计量值和对应的第二监测统计量阈值，识别微震信号的状态。2.根据权利要求1所述的微震信号状态判识方法，其特征在于，所述第一历史时间序列微震数据向量中包括设定时刻前的所述第一历史微震数据和所述设定时刻前的所述第二历史微震数据；所述第二历史时间序列微震数据向量中包括所述设定时刻后的所述第二历史微震数据。3.根据权利要求1所述的微震信号状态判识方法，其特征在于，所述基于稀疏化改进的规范变量分析法确定所述第一历史时间序列微震数据向量的第一协方差矩阵对应的第一映射矩阵和所述第二历史时间序列微震数据向量的第二协方差矩阵对应的第二映射矩阵，包括：基于如下目标函数，将所述第一历史时间序列微震数据向量作为输入向量，将所述第二历史时间序列微震数据向量作为输出向量，采用拉格朗日乘子法迭代计算所述第一映射矩阵和所述第二映射矩阵：其中，所述R()为目标函数，所述X为所述输入向量，所述Y为所述输出向量，所述J为所述第一映射矩阵，所述x为所述X中的元素值，所述y为所述Y中的元素值，所述Σ
xy
为所述x和所述y的互协方差矩阵，所述L为所述第二映射矩阵，所述T为转置符号，所述λ1和所述λ2为岭系数，所述||.||为范数符号。4.根据权利要求3所述的微震信号状态判识方法，其特征在于，所述迭代计算的停止条件为最近两次迭代对应的所述目标函数的值小于预设的迭代阈值。5.根据权利要求3所述的微震信号状态判识方法，其特征在于，所述第一映射矩阵的初始值和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：程健，石林松，骆意，周天白，杨凌凯，孙闯，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司北京技术研究分公司，
类型：发明
国别省市：