基于CEEMDAN-MPE算法的隧道爆破地震波信号降噪方法及应用
发布时间：2022-01-21 14:33
由于隧道工程的复杂环境、电磁干扰和仪器误差等原因,现场实测爆破地震波信号中存在大量高频噪声。为有效降低实测信号的噪声成分,对原始信号进行自适应噪声的完全集合经验模态分解（CEEMDAN）,对分解得到的模态函数（IMF）进行多尺度排列熵（MPE）的随机性检测,去除噪声IMF分量达到降噪的目的。对实测隧道爆破地震波信号处理表明:该方法不仅能够较好地去除高频噪声,而且对地震波信号所含主要信息的影响极小。波形分析和降噪效果指标均表明CEEMDAN-MPE算法均优于EEMD-MPE和CEEMDAN算法,验证了该方法的有效性。
【文章来源】：爆破. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
爆破地震波信号
为了准确确定真实信号成分和噪声,利用多尺度排列熵方法计算各IMF分量的MPE值。计算过程中,需要选取合适的嵌入维数m、时间延迟τ和尺度因子s,经过多次试算取m=6,τ=1,s=5。计算得到各IMF分量的MPE平均值如表1所示。表 1 IMF分量的MPE平均值Table 1 Mean MPE of IMF 分量 IMF1 IMF2 IMF3 IMF4 IMF5 IMF6 IMF7 IMF8 IMF9 IMF10 IMF11 IMF12 MPE 0.9134 0.9056 0.8806 0.8446 0.7316 0.5376 0.3392 0.2451 0.1859 0.1472 0.1211 0.1121
由表1可知IMF1～IMF12,MPE平均值是逐渐减小的,说明噪声成分逐渐减少,说明噪声对不同IMF分量影响不同,与上述波形分析结果一致。对于爆破地震波信号[14],通常有效信号成分的MPE阈值为0.6,IMF1～IMF5的MPE平均值大于阈值为噪声信号成分,需要将其从原始信号中除去。因此,得到降噪后爆破地震波信号如图3所示。采用AOK时频技术[15]分别对原始信号和降噪后信号进行处理,得到二者的时频谱如图3～图4所示,图中X为峰值能量,Y为主频。图 4 原始信号与频谱图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CEEMDAN的塌落触地振动信号最优降噪光滑模型算法[J]. 赵明生,苟倩倩,张光雄,池恩安,胡娟新,姚颖康. 爆破. 2020(02)
[2]基于CEEMDAN的爆破地震波信号时频分析[J]. 孙苗,吴立,袁青,周玉纯,马晨阳,汪煜烽. 华南理工大学学报(自然科学版). 2020(03)
[3]基于变分模态分解和多尺度排列熵的滚动轴承故障诊断[J]. 张建财,高军伟. 噪声与振动控制. 2019(06)
[4]基于MEEMD分解的楔形掏槽爆破振动信号分析[J]. 苟倩倩,赵明生,张光熊,池恩安,余伟成. 矿业研究与开发. 2019(10)
[5]基于变分模态分解和小波能量熵的微震信号降噪[J]. 孙远,杨峰,郑晶,张浩,徐茂轩. 矿业科学学报. 2019(06)
[6]水下钻孔爆破地震波信号的最优降噪光滑模型[J]. 孙苗,吴立,周玉纯,马晨阳,汪煜烽. 华南理工大学学报(自然科学版). 2019(08)
[7]基于CEEMDAN-SSA的MEMS加速度计振动噪声抑制方法[J]. 闫琦,杨冬梅,张凤云,武彦君,张建红. 火力与指挥控制. 2019(08)
[8]基于变分模态分解及能量熵的微震信号降噪方法[J]. 张杏莉,卢新明,贾瑞生,阚淑婷. 煤炭学报. 2018(02)
[9]基于集合经验模态分解-小波阈值方法的爆破振动信号降噪方法[J]. 费鸿禄,刘梦,曲广建,高英. 爆炸与冲击. 2018(01)
[10]提升小波包最优基分解算法在爆破振动信号分析中的应用研究[J]. 路亮,龙源,谢全民,刘好全,赵长啸,李兴华. 振动与冲击. 2014(05)
博士论文
[1]水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用下桥墩动力响应特征研究[D]. 彭亚雄.中国地质大学 2018
本文编号：3600444
【文章来源】：爆破. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
爆破地震波信号
为了准确确定真实信号成分和噪声,利用多尺度排列熵方法计算各IMF分量的MPE值。计算过程中,需要选取合适的嵌入维数m、时间延迟τ和尺度因子s,经过多次试算取m=6,τ=1,s=5。计算得到各IMF分量的MPE平均值如表1所示。表 1 IMF分量的MPE平均值Table 1 Mean MPE of IMF 分量 IMF1 IMF2 IMF3 IMF4 IMF5 IMF6 IMF7 IMF8 IMF9 IMF10 IMF11 IMF12 MPE 0.9134 0.9056 0.8806 0.8446 0.7316 0.5376 0.3392 0.2451 0.1859 0.1472 0.1211 0.1121
由表1可知IMF1～IMF12,MPE平均值是逐渐减小的,说明噪声成分逐渐减少,说明噪声对不同IMF分量影响不同,与上述波形分析结果一致。对于爆破地震波信号[14],通常有效信号成分的MPE阈值为0.6,IMF1～IMF5的MPE平均值大于阈值为噪声信号成分,需要将其从原始信号中除去。因此,得到降噪后爆破地震波信号如图3所示。采用AOK时频技术[15]分别对原始信号和降噪后信号进行处理,得到二者的时频谱如图3～图4所示,图中X为峰值能量,Y为主频。图 4 原始信号与频谱图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CEEMDAN的塌落触地振动信号最优降噪光滑模型算法[J]. 赵明生,苟倩倩,张光雄,池恩安,胡娟新,姚颖康. 爆破. 2020(02)
[2]基于CEEMDAN的爆破地震波信号时频分析[J]. 孙苗,吴立,袁青,周玉纯,马晨阳,汪煜烽. 华南理工大学学报(自然科学版). 2020(03)
[3]基于变分模态分解和多尺度排列熵的滚动轴承故障诊断[J]. 张建财,高军伟. 噪声与振动控制. 2019(06)
[4]基于MEEMD分解的楔形掏槽爆破振动信号分析[J]. 苟倩倩,赵明生,张光熊,池恩安,余伟成. 矿业研究与开发. 2019(10)
[5]基于变分模态分解和小波能量熵的微震信号降噪[J]. 孙远,杨峰,郑晶,张浩,徐茂轩. 矿业科学学报. 2019(06)
[6]水下钻孔爆破地震波信号的最优降噪光滑模型[J]. 孙苗,吴立,周玉纯,马晨阳,汪煜烽. 华南理工大学学报(自然科学版). 2019(08)
[7]基于CEEMDAN-SSA的MEMS加速度计振动噪声抑制方法[J]. 闫琦,杨冬梅,张凤云,武彦君,张建红. 火力与指挥控制. 2019(08)
[8]基于变分模态分解及能量熵的微震信号降噪方法[J]. 张杏莉,卢新明,贾瑞生,阚淑婷. 煤炭学报. 2018(02)
[9]基于集合经验模态分解-小波阈值方法的爆破振动信号降噪方法[J]. 费鸿禄,刘梦,曲广建,高英. 爆炸与冲击. 2018(01)
[10]提升小波包最优基分解算法在爆破振动信号分析中的应用研究[J]. 路亮,龙源,谢全民,刘好全,赵长啸,李兴华. 振动与冲击. 2014(05)
博士论文
[1]水下钻孔爆破地震波与水击波协同作用下桥墩动力响应特征研究[D]. 彭亚雄.中国地质大学 2018
本文编号：3600444
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