本發(fā)明屬于瓦斯爆炸災(zāi)害反演預(yù)防，特別是涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法。

背景技術(shù)：

1、瓦斯爆炸源強(qiáng)度和位置反演研究對(duì)于理解事故機(jī)理、評(píng)估影響和指導(dǎo)救援工作具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的瓦斯爆炸源定位方法主要依賴于傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過在礦井中布置大量傳感器來獲取數(shù)據(jù)。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井中的瓦斯?jié)舛群推渌嚓P(guān)參數(shù)，從而在一定程度上預(yù)防瓦斯爆炸的發(fā)生。然而，這種方法也存在明顯的不足。首先，傳感器網(wǎng)絡(luò)的布置和維護(hù)成本高昂，尤其是在大規(guī)模礦井中，布置和維護(hù)傳感器需要大量的人力和物力資源。其次，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，礦井中的環(huán)境條件復(fù)雜多變，傳感器采集的數(shù)據(jù)往往包含大量的噪聲和干擾，如何有效地處理這些數(shù)據(jù)成為一大難題。

3、近年來，基于反演理論的研究受到了越來越多的關(guān)注。研究人員嘗試通過分析瓦斯爆炸的特征(如聲音、振動(dòng)等)，利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)算法從已知響應(yīng)數(shù)據(jù)中反推出爆炸源的位置和強(qiáng)度。這種反演方法的核心思想是將瓦斯爆炸視為一個(gè)逆問題，通過觀測現(xiàn)象反推潛在原因。具體來說，研究人員通過收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或模擬結(jié)果，并結(jié)合適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，運(yùn)用反問題理論和算法求解，以實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯泄漏源的準(zhǔn)確反演。這種方法相較于傳統(tǒng)方法具有一定的優(yōu)勢，特別是在理論上可以實(shí)現(xiàn)更高的反演精度和更快的計(jì)算速度，但傳統(tǒng)的反演方法依賴于復(fù)雜的物理模型和大量的數(shù)據(jù)處理，計(jì)算成本高且反演時(shí)間長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，包括：

3、獲取待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)；

4、將所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)輸入瓦斯爆炸源反演模型中進(jìn)行預(yù)測反演，得到爆炸源位置數(shù)據(jù)及爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)；其中，所述瓦斯爆炸源反演模型包括一維反演模型和二維反演模型，所述一維反演模型和所述二維反演模型均是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的；

5、將所述爆炸源位置數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。

6、可選的，所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)包括傳感器測點(diǎn)位置及爆炸壓力波數(shù)據(jù)。

7、可選的，在將所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)輸入瓦斯爆炸源反演模型之前，還包括對(duì)所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、歸一化和去噪處理，得到預(yù)處理后的待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)作為所述瓦斯爆炸源反演模型的輸入。

8、可選的，所述瓦斯爆炸源反演模型的訓(xùn)練過程，具體包括：

9、獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括瓦斯爆炸傳感訓(xùn)練數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的爆炸源數(shù)據(jù)，所述爆炸源數(shù)據(jù)包括爆炸源位置數(shù)據(jù)及爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)；

10、構(gòu)建初始瓦斯爆炸源反演模型，將所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入所述初始瓦斯爆炸源反演模型中進(jìn)行預(yù)測反演，并以預(yù)測反演后的初始訓(xùn)練結(jié)果與所述瓦斯爆炸傳感訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的爆炸源數(shù)據(jù)之間的損失最小為目標(biāo)，進(jìn)行訓(xùn)練，得到所述瓦斯爆炸源反演模型。

11、可選的，所述一維反演模型包括依次連接的輸入層、隱藏層和輸出層；

12、所述輸入層接收所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)作為輸入向量，通過所述隱藏層獲取所述輸入向量的時(shí)間序列特征，所述輸出層根據(jù)所述時(shí)間序列特征反演一維爆炸源位置數(shù)據(jù)及一維爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

13、可選的，所述二維反演模型包括依次連接的卷積層、池化層和全連接層；

14、通過所述卷積層對(duì)所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，得到特征圖；所述池化層對(duì)所述特征圖進(jìn)行降采樣，得到降采樣后的特征圖；

15、通過所述全連接層對(duì)所述卷積層和所述池化層的輸出進(jìn)行特征映射，輸出二維爆炸源位置數(shù)據(jù)及二維爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

16、可選的，將所述爆炸源位置數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，具體包括：

17、基于構(gòu)建的所述瓦斯爆炸源反演模型及對(duì)應(yīng)的模型輸出結(jié)果構(gòu)建用戶交互界面，基于所述用戶交互界面進(jìn)行爆炸源位置數(shù)據(jù)、爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)及反演結(jié)果分析曲線的可視化展示。

18、可選的，所述用戶交互界面包括存儲(chǔ)子界面、一維位置反演結(jié)果子界面、一維強(qiáng)度反演子界面、二維位置反演結(jié)果子界面、二維強(qiáng)度反演子界面和反演結(jié)果分析曲線子界面。

19、本發(fā)明的技術(shù)效果為：

20、本發(fā)明通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以從瓦斯爆炸的觀測數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取特征，深入挖掘超壓和位置數(shù)據(jù)與爆炸源強(qiáng)度及源點(diǎn)之間的交互關(guān)系，從而快速實(shí)現(xiàn)對(duì)爆炸源位置和強(qiáng)度的準(zhǔn)確反演，同時(shí)通過編寫可視化評(píng)價(jià)軟件實(shí)時(shí)查看反演結(jié)果，進(jìn)行直觀評(píng)估和驗(yàn)證，本發(fā)明解決了瓦斯爆炸事故難以預(yù)測、爆炸源強(qiáng)度位置不可反演等問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，其特征在于，所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)包括傳感器測點(diǎn)位置及爆炸壓力波數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，其特征在于，在將所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)輸入瓦斯爆炸源反演模型之前，還包括對(duì)所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、歸一化和去噪處理，得到預(yù)處理后的待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)作為所述瓦斯爆炸源反演模型的輸入。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，其特征在于，所述瓦斯爆炸源反演模型的訓(xùn)練過程，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，其特征在于，所述一維反演模型包括依次連接的輸入層、隱藏層和輸出層；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，其特征在于，所述二維反演模型包括依次連接的卷積層、池化層和全連接層；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，其特征在于，將所述爆炸源位置數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，具體包括：基于構(gòu)建的所述瓦斯爆炸源反演模型及對(duì)應(yīng)的模型輸出結(jié)果構(gòu)建用戶交互界面，基于所述用戶交互界面進(jìn)行爆炸源位置數(shù)據(jù)、爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)及反演結(jié)果分析曲線的可視化展示。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，其特征在于，所述用戶交互界面包括存儲(chǔ)子界面、一維位置反演結(jié)果子界面、一維強(qiáng)度反演子界面、二維位置反演結(jié)果子界面、二維強(qiáng)度反演子界面和反演結(jié)果分析曲線子界面。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于瓦斯爆炸災(zāi)害反演預(yù)防技術(shù)領(lǐng)域，并公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的瓦斯爆炸源強(qiáng)度及位置反演方法，包括：獲取待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)；將所述待反演瓦斯爆炸傳感數(shù)據(jù)輸入瓦斯爆炸源反演模型中進(jìn)行預(yù)測反演，得到爆炸源位置數(shù)據(jù)及爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)；其中，所述瓦斯爆炸源反演模型包括一維反演模型和二維反演模型，所述一維反演模型和所述二維反演模型均是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的；將所述爆炸源位置數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的爆炸強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。本發(fā)明所述技術(shù)方案能夠快速實(shí)現(xiàn)對(duì)爆炸源位置和強(qiáng)度的準(zhǔn)確反演。

技術(shù)研發(fā)人員：尚曉吉,楊忠原,張志鎮(zhèn),周躍進(jìn)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深地科學(xué)與工程云龍湖實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23