一种矿井时移电阻率监测数据降噪方法与流程

本发明属于地球物理勘探，具体涉及一种矿井时移电阻率监测数据降噪方法。

背景技术：

1、时移电阻率监测(tl-ert)方法是矿井水害隐地质信息透明化的重要手段，但在监测过程中易受采掘扰动、强电干扰等影响，致使采集的数据中包含大量随机噪声，导致该技术在矿井水害预警中的应用效果不佳。

2、矿井时移电阻率监测中首先要面临的一个问题是如何降低噪声干扰。常规的矿井电阻率法，是在采掘活动停止时进行测量，因此误差主要是由接触电极耦合不良和采集系统误差造成。此类误差，通常可采用野值校正、平滑滤波等方法进行处理。与常规的电阻率探测方法不同的是，矿井时移电阻率监测是在采掘扰动环境下进行的，矿井中的电机设备、运输系统、以及振动产生的电信号等给有效信号提取带来严重干扰，无法再利用趋势平滑类的信号处理方法提取出有效信号，急需解决采掘过程中的噪声抑制难题，改善时移电阻率水害隐患监测效果。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种矿井时移电阻率监测数据降噪方法，采用vmd和解析趋势校正联合的方法，通过vmd去除测量数据中的高频成分，然后根据工况环境的电压解析趋势对电压幅值信号进行校正，噪声去除精度高，处理时间短，以解决采掘过程中的噪声抑制难题，改善时移电阻率水害隐患监测效果。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：

3、一种矿井时移电阻率监测数据降噪方法，包括以下步骤，

4、s0，获取m个测点的m条全波形信号data(t)；

5、s1，对其中第i条全波形信号datai(t)进行vmd分解，得到由k个模态分量imfk(t)构成的模态分量集合

6、γi(t)＝{imf1(t),imf2(t),…,imfk(t)}；

7、其中，t表示采样时间，测点为观测点表示采集信号的点；i初始值为1；

8、s2，对s1得到的模态分量集合γi(t)进行fft，得到频率域信号集

9、γi(f)＝{imf1(f),imf2(f),…,imfk(f)}；

10、其中，imfk(f)表示imfk(t)对应的频率域信号，f为采样频率；

11、s3，设定电阻率监测工程中发射频率为f’，对s2得到的频率域信号集γi(f)在发射频率f’下进行滤波，得到滤波后的数据集γi_filter(f’)，滤波后的数据集γi_filter(f’)为k个分量信号的集合；

12、s4，获取滤波后的数据集γi_filter(f’)中各个分量信号的最大幅值，得到分量信号幅值集

13、γi_filter_max(f’)＝{imf1_filter_max(f’),imf2_filter_max(f’),…,imfk_filter_max(f’)}，比

14、较γi_filter_max(f’)中各个元素大小，得到最大值对应的分量为第j个模态分量imfj(t)；

15、其中，imfk_filter_max(f’)为滤波后的数据集γi_filter(f’)中第k个分量信号对应的最大幅值；

16、s5，以第j个模态分量imfj(t)为边界，在模态分量集合γi(t)中剔除高频成分对应的分量{imf1(t),imf2(t),…，imfj-1(t)}，得到非高频模态分量集γi_delete(t)＝{imfj(t),imfj+1(t),…,imfk(t)}；

17、s6，将s5得到的非高频模态分量集γi_delete(t)中的各元素相加，得到重构后的矿井时移电阻率监测信号γi_re(t)；

18、s7，对s6得到的γi_re(t)进行fft，得到与之对应的频率域信号γi_re(f’)，并提取γi_re(f’)信号在f’频率时的幅值，记为γi_re_amp；

19、s8，获取第i个测点的解析电压ui；

20、s9，令i＝i+1，对剩余m-1个测点的数据重复执行s1—s8，得到m个测点在f’频率时幅值的集合γall_re_amp＝{γ1_re_amp,γ2_re_amp,…,γm_re_amp}，以及m个测点的解析电压的集合uall＝{u1,u2,…,um}；

21、s10，通过式(1)得到第i个测点的校正后电压信号uout_i；

22、

23、其中，γre_i表示第i个测点在f’频率时的幅值占比，如式(2)；i的初始值为1；ure_i表示第i个测点在f’频率时的解析电压占比，如式(3)；

24、

25、

26、s11，令i＝i+1，对剩余m-1个测点的数据重复执行s10，得到降噪后的矿井时移电阻率监测信号uout_all，uoutall＝{uout1，uout2，…，uoutm}。

27、优选的，s3中通过滤波器对频率域信号集γi(f)进行滤波，滤波器的边界为[f’-αf’，f’+αf’]；其中，α为滤波器带宽因子。

28、优选的，α取值为0.5。

29、优选的，s8中的解析电压其中，ρi表示第i个测点的地层电阻率，ii表示第i个测点在测量时的激发电流，ri表示原始测量数据中观测点和激发点间的直线距离，激发点表示发射信号的点。

30、与现有技术相比，本发明的优点为：

31、本申请公开的一种矿井时移电阻率监测数据降噪方法，采用vmd和解析趋势校正联合的方法，通过vmd去除测量数据中的高频成分，然后根据工况环境的电压解析趋势对电压幅值信号进行校正，噪声去除精度高，处理时间短。

技术特征：

1.一种矿井时移电阻率监测数据降噪方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.如权利要求1所述的矿井时移电阻率监测数据降噪方法，其特征在于，所述s3中通过滤波器对频率域信号集γi(f)进行滤波，所述滤波器的边界为[f’-αf’，f’+αf’]；其中，α为滤波器带宽因子。

3.如权利要求2所述的矿井时移电阻率监测数据降噪方法，其特征在于，所述α取值为0.5。

4.如权利要求2或3任一所述的矿井时移电阻率监测数据降噪方法，其特征在于，所述s8中的解析电压其中，ρi表示第i个测点的地层电阻率，ii表示第i个测点在测量时的激发电流，ri表示原始测量数据中观测点和激发点间的直线距离，所述激发点表示发射信号的点。

技术总结
一种矿井时移电阻率监测数据降噪方法，采用VMD和解析趋势校正联合的方法，通过VMD去除测量数据中的高频成分，然后根据工况环境的电压解析趋势对电压幅值信号进行校正，噪声去除精度高，处理时间短，以解决采掘过程中的噪声抑制难题，改善时移电阻率水害隐患监测效果。

技术研发人员：李宇腾,鲁晶津,王云宏,赵佳佳,房哲,王冰纯,袁博,丛琳
受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8