本文關(guān)鍵詞：山體滑坡中聲發(fā)射信號的檢測及定位方法研究

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【摘要】：我國地質(zhì)類型豐富,多種地形相互交疊重合造成我國地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),其中滑坡災(zāi)害所占比例最高。僅在2015年全國發(fā)生的8224起地質(zhì)災(zāi)害中,滑坡災(zāi)害就占5616起�；率巧襟w內(nèi)部各部分受力不均導(dǎo)致應(yīng)力重分配造成的,應(yīng)力重分配會伴隨彈性波釋放應(yīng)力的過程,這種彈性波就是一種聲發(fā)射,它蘊含了聲發(fā)射源(破裂點)的位置、強度等信息。聲發(fā)射檢測技術(shù)被用于材料與結(jié)構(gòu)的無損檢測中,具有動態(tài)、實時檢測等優(yōu)點。利用聲發(fā)射檢測技術(shù)來預(yù)測滑坡發(fā)生的時間和規(guī)模已成為滑坡預(yù)警研究的一個熱點。研究滑坡聲發(fā)射信號的產(chǎn)生機理與特征,對于滑坡預(yù)警以及正確認(rèn)識滑坡過程具有重要意義。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:首先,搭建滑坡聲發(fā)射信號采集平臺。系統(tǒng)選用FalconTM系列的4193型精密電容傳聲器采集滑坡聲發(fā)射信號;然后采用成熟的Zig Bee無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)聲發(fā)射信號的傳輸;聲發(fā)射信號采集節(jié)點的主控制器選擇帶有浮點數(shù)運算器的STM32F407。聲源定位精度對信號采集節(jié)點的位置坐標(biāo)和節(jié)點間的時間同步具有敏感性。為了減小節(jié)點位置坐標(biāo)和時間不同步對聲源定位精度的影響,系統(tǒng)采用高精度的GPS模塊獲取節(jié)點位置坐標(biāo)并同步各節(jié)點的時間。其次,分析處理監(jiān)測節(jié)點采集所得的聲發(fā)射信號。分析滑坡聲發(fā)射信號源所處的環(huán)境及聲波的傳播路徑,發(fā)現(xiàn)滑坡聲發(fā)射信號容易受環(huán)境噪聲、電子儀器設(shè)備噪聲的干擾。于是,利用盲源分離中常用的獨立分量分析(ICA)從混合了噪聲的信號中分離出山體滑坡的聲發(fā)射信號,得到各個相互獨立的聲源信號。然后,使用小波分析和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)算法對獨立聲源信號進(jìn)行降噪處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn):選擇適合的ICA求解混矩陣的判據(jù),可以從多個節(jié)點的監(jiān)測信號中分離出各獨立聲源信號和部分的噪聲信號;不同小波基函數(shù)的小波閾值降噪法重構(gòu)得到的信號具有全局最佳特性,選取合適的分解層數(shù)和消失矩階次可以得到較好的降噪效果;而經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解中IMF分量的直接閾值和部分重構(gòu)降噪法,可以獲得聲發(fā)射信號局部最佳特性。最后,通過多個監(jiān)測節(jié)點所得的聲發(fā)射信號實現(xiàn)聲源定位。在分析時差定位、區(qū)域定位、質(zhì)心定位以及BP和RBF智能定位算法基本原理的基礎(chǔ)上,對比了這幾種定位算法在滑坡聲發(fā)射源定位應(yīng)用中的優(yōu)缺點。在監(jiān)測節(jié)點時間同步、位置坐標(biāo)與信號傳播速度已知的前提下,時差定位法可以獲得準(zhǔn)確的聲源位置坐標(biāo);區(qū)域定位算法通過信號到達(dá)的先后順序,只能定位出聲發(fā)射源的大概區(qū)域,不能得到準(zhǔn)確的位置坐標(biāo);質(zhì)心定位對節(jié)點的時間同步的精度要求低,利用各節(jié)點測得信號的強度,選取合適的權(quán)值可以計算得到較為準(zhǔn)確的聲源位置坐標(biāo);BP和RBF這兩種智能定位方法,可以克服時差定位和質(zhì)心定位的不足,仿真結(jié)果表明將聲發(fā)射信號的到達(dá)時間、信號幅值、信號能量、節(jié)點位置坐標(biāo)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,能實現(xiàn)聲源位置的準(zhǔn)確定位。
【關(guān)鍵詞】：聲發(fā)射 信號檢測 信號降噪 聲源定位 滑坡預(yù)警
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P642.22
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 選題依據(jù)與意義10-11
• 1.1.1 選題的依據(jù)10
• 1.1.2 選題的意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 主要研究內(nèi)容12-13
• 1.4 本文章節(jié)結(jié)構(gòu)13-14
• 第2章 山體滑坡中聲發(fā)射信號采集14-21
• 2.1 山體滑坡聲發(fā)射信號特征分析14-15
• 2.2 山體滑坡聲發(fā)射信號采集節(jié)點設(shè)計15-17
• 2.2.1 聲發(fā)射信號采集15-16
• 2.2.2 聲發(fā)射信號存儲16-17
• 2.3 山體滑坡聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)設(shè)計17-20
• 2.3.1 采集節(jié)點定位和時間同步18
• 2.3.2 采集節(jié)點組網(wǎng)18-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第3章 聲發(fā)射信號的分析與處理21-34
• 3.1 聲發(fā)射信號噪聲分析21-23
• 3.2 聲發(fā)射信號的ICA分析23-26
• 3.2.1 獨立分量分析理論23-24
• 3.2.2 聲發(fā)射信號的獨立分量分離24-26
• 3.3 聲發(fā)射信號的小波分析26-30
• 3.3.1 小波變換理論26-27
• 3.3.2 基于小波變換的降噪方法27-28
• 3.3.3 聲發(fā)射信號的小波閾值降噪法28-30
• 3.4 聲發(fā)射信號的EMD分析30-33
• 3.4.1 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解理論30-32
• 3.4.2 聲發(fā)射信號的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解降噪32-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 第4章 山體滑坡聲發(fā)射信號源定位34-47
• 4.1 聲發(fā)射源的時差定位34-38
• 4.1.1 二維時差定位模型35-36
• 4.1.2 三維時差定位模型36-37
• 4.1.3 基于LSE的TDOA定位算法37-38
• 4.2 聲發(fā)射源的質(zhì)心定位38-40
• 4.3 聲發(fā)射源的區(qū)域定位40-41
• 4.4 聲發(fā)射源的智能定位41-46
• 4.4.1 誤差反向傳播定位算法41-44
• 4.4.2 徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位算法44-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第5章 山體滑坡信號處理與定位算法測試47-57
• 5.1 信號處理算法測試47-55
• 5.1.1 ICA信號分離處理47-48
• 5.1.2 小波降噪48-52
• 5.1.3 EMD降噪52-55
• 5.2 聲源定位效果測試55-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-62
• 攻讀學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果62

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2 王統(tǒng)浚,趙樹清;聲發(fā)射信號頻譜分析系統(tǒng)[J];地震地質(zhì);1986年01期

3 徐長航;李洪濤;李國瑞;陳國明;;聲發(fā)射信號在海洋平臺結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的傳播特性研究[J];中國海洋平臺;2013年04期

4 于洋;張雯雯;楊平;傅元;席劍輝;;腐蝕聲發(fā)射信號降噪方法[J];聲學(xué)學(xué)報;2014年03期

5 謝朝陽;;聲發(fā)射信號處理方法分析[J];中國科技信息;2009年05期

6 熊慶國;聲發(fā)射信號在巖體中傳播的衰減[J];工業(yè)安全與防塵;1994年11期

7 成建國;毛漢領(lǐng);黃振峰;黃云奇;;金屬材料聲發(fā)射信號特征提取方法[J];聲學(xué)技術(shù);2008年03期

8 王芳;丁振君;祝彥;王偉;;金屬腐蝕聲發(fā)射信號小波去噪[J];河北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年05期

9 黃振峰;郝宇寧;毛漢領(lǐng);伍蔣軍;;小波分析和相平面在聲發(fā)射信號處理中的應(yīng)用[J];聲學(xué)技術(shù);2007年03期

10 林麗;趙德有;;局域波法在海洋平臺結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號監(jiān)測中的應(yīng)用[J];振動與沖擊;2009年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 黃春燕;沈嘉祺;蔡小舒;;球形顆粒撞擊平板聲發(fā)射信號模擬及測量分析[A];第八屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

2 王瑤;劉才學(xué);艾瓊;何攀;宋健;;壓力管線缺陷聲發(fā)射信號頻譜特性試驗研究[A];中國核動力研究設(shè)計院科學(xué)技術(shù)年報（2011）[C];2013年

3 何攀;劉才學(xué);王瑤;艾瓊;;基于聲發(fā)射信號的壓力管道泄漏定量技術(shù)研究[A];中國核動力研究設(shè)計院科學(xué)技術(shù)年報（2011）[C];2013年

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5 于洋;;基于ANSYS的聲發(fā)射信號傳播機理研究[A];第八屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

6 李紅軍;方劍青;何元磊;;聲發(fā)射檢測技術(shù)在復(fù)合結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測中的應(yīng)用[A];中國聲學(xué)學(xué)會第十屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 張平;集成化聲發(fā)射信號處理平臺的研究[D];清華大學(xué);2002年

2 劉國華;聲發(fā)射信號處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2008年

3 陳惜明;基于聲發(fā)射信號的集成建模技術(shù)及其在顆粒檢測中的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2009年

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5 林麗;導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)模型裂紋擴展聲發(fā)射特征提取[D];大連理工大學(xué);2009年

6 張闖;金屬板裂紋的電磁聲發(fā)射信號檢測與處理技術(shù)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2011年

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1 司莉;鍋爐管道聲發(fā)射信號檢測技術(shù)研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

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3 劉偉宏;聲發(fā)射信號分析中的粒子濾波理論及其算法與實現(xiàn)[D];長沙理工大學(xué);2014年

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6 葉榮耀;復(fù)合材料損傷聲發(fā)射信號檢測與時間反轉(zhuǎn)法定位研究[D];中國計量學(xué)院;2015年

7 徐鐵鵬;鋼板腐蝕聲發(fā)射信號時頻特征提取研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2016年

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9 吳超;鋼筋混凝土梁損傷過程聲發(fā)射信號的分形特征試驗研究[D];江蘇大學(xué);2016年

10 申珂楠;基于LabVIEW的木材聲發(fā)射信號采集分析平臺設(shè)計[D];西南林業(yè)大學(xué);2015年

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本文編號：860169