基于CEEMDAN-INHT的地下洞室爆破振动时频分析应用研究

爆破地震波信号采集会因监测环境、测试系统等因素导致实测信号中混有噪声,噪声的存在将导致信号希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)时频分析结果失真。原因有二:其一是经验模态分解(Ensemble Empirical Mode,EMD)处理含噪爆破地震波信号会得到具有模态混淆现象的固有模态函数(Intrinsic mode function,IMF)分量;其二是Hilbert变换受Bedrosian定理的约束在处理模态混淆分量时会产生负值瞬时频率,从而造成巨大的分析误差。为获得真实的爆破振动属性需对HHT进行改进,在EMD中添加自适应噪声信号得到自适应补充集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)算法;再对CEEMDAN得到的IMF进行归一化Hilbert变换,得到改进归一化Hilbert变换(Improved Normalized Hilbert Transform,INHT)。通过上述两步可建立CEEMDAN-INHT时频分析算法,为验证该算法可有效提高含噪爆破地震波振动信号时频分析精度,进行HHT和CEEMDAN-INHT含噪仿真振动信号时频分析对比研究。最后将CEEMDAN-INHT用于某地下洞室爆破地震波信号时频分析中,发现该算法能有效克服EMD固有的模态混淆现象,同时得到反映真实爆破振动属性的时-频-能特征参数,对从频率-能量的角度进行洞室爆破开挖共振分析,实现爆破地震波危害控制具有一定的现实意义。

改进希尔伯特-黄变换含噪振动信号时频分析

针对希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)含噪振动信号时频分析产生的模态混淆和瞬时频率缺乏实际意义的现象,改进经验模态分解(EMD)得到自适应补充集合经验模态分解(CEEMDAN)后,结合多尺度排列熵(MPE)抑制EMD模态混淆,再改进Hilbert变换得到改进归一化Hilbert变换(INHT),最终形成CEEMDAN·MPE-INHT.为验证CEEMDAN·MPE-INHT含噪振动信号时频分析的准确性,进行EMD-HT、EEMD-NHT、CEEMDAN-INHT、CEEMDAN·MPE-INHT含噪仿真振动信号时频分析对比研究.研究结果表明:CEEMDAN能够控制低频噪声;MPE能抑制高频噪声;INHT使Hilbert变换不受Bedrosian定理约束.最后将CEEMDAN·MPE-INHT算法用于实际工程含噪振动信号时频分析中,CEEMDAN·MPE分解得到的固有模态函数(IMF)经INHT处理得到的时频谱在时域和频域上都具有较高的分辨率,可提高时频特征参数提取精度,有助于振动信号危害控制.

基于CEEMDAN·MPE-NHT的爆破地震波信号时频分析

针对希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)处理混有噪声的爆破地震波信号时,会出现时频分析失真的现象,对影响HHT时频分析精度的因素进行逐一改进,得到改进后的算法来提高含噪爆破地震波信号时频分析精度。首先对经验模态分解(Ensemble Empirical Mode,EMD)进行改进得到自适应补充集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)抑制低频趋势项,同时添加多尺度排列熵(Multiscale Permutation Entropy,MPE)代码控制高频噪声,最后对CEEMDAN·MPE得到的IMF进行归一化Hilbert变换(Normalized Hilbert Transform,NHT),通过上述三步即可改善传统HHT含噪爆破地震波信号时频分析精度不足的问题。为验证CEEMDAN·MPE-NHT算法时频分析的准确性,进行HHT和CEEMDAN·MPE-NHT算法的含噪仿真信号时频分析对比研究,并将CEEMDAN·MPE-NHT算法用于水下钻孔爆破地震波信号时频分析中。研究结果表明:CEEMDAN·MPE分解得到的IMF经NHT处理得到的时频谱在时域和频域上均具有较高的分辨率,得到的时频分析参数精度相比HHT有了很大的提升,可实现更准确提取含噪爆破地震波信号时频特征参数,对爆破地震波危害效应识别,制定科学的爆破地震波危害效应控制措施具有重要的现实意义。

基于改进HHT的地下洞室爆破地震波信号时频分析

为了找出适合非平稳爆破地震波信号的时频分析算法,进行了短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)、离散小波变换(DWT)、希尔伯特-黄变换(HHT)和改进HHT的烟台某地下洞室爆破地震波监测信号时频分析对比研究。分析结果表明:STFT适合平稳信号时频分析,不适合爆破地震波这种非平稳、非线性的信号;CWT可得出特定尺度-位移平面下的小波系数,也引入了冗余成分,导致小波逆变换重构不唯一;DWT能在一定程度描述信号的局部特征,但过度依赖于小波基的选择;HHT依据信号本身的特性进行分解,时频分析结果具有自适应性,但爆破地震波信号多为含噪信号,噪声的存在导致经验模态分解(EMD)产生模态混淆的现象。同时EMD无法免除端点效应的影响,时频分析精度受损。针对以上问题,通过在补充集合经验模态分解(CEEMD)中添加端点处理程序,得到能够同时抑制模态混淆和端点发散的改进HHT算法。改进的HHT算法能够得到物理意义明确的IMF,是一种更优越的时频分析方法,可为地下洞室爆破提供参考。

一种改进RANSAC算法的三维激光扫描断面直径提取方法

传统方法检测轨道交通结构信息周期长、作业效率低,而移动式三维激光扫描速度快但数据量大,计算效率低。本文针对地铁盾构断面的特点提出了一种改进RANSAN算法的三维激光扫描断面直径提取方法,该方法有效减少了算法的迭代次数,提高了计算效率,同时通过改进RANSAC的算法获取隧道最大断面直径与TM50全站仪获取的隧道最大断面直径进行对比分析,试验结果表明:基于改进的RANSAC算法提取隧道最大断面直径具有较高的精度和可靠性,可为地铁隧道变形监测提供有力的数据支撑。

猫眼外的问候

何不打开窗，让问候在门外生花？——题记雾气中的整座城市陌生而充满敌意，仿佛总是在铁青着一张脸要拒绝所有柔软。俗话说：“一九二九不出手，三九四九凌上走。”

圆柱形叶片单圆弧型线的绘形及分析

圆柱形叶片广泛用于低比转速离心叶轮。在叶片进出口处边界条件一定的情况下,尽管有多种曲线可供选择作为叶片表面的平面投影,但单圆弧是一种使用历史较长、具有较明显几何优势的常用曲线。通过数学分析,课题组导出了这种曲线两种满足给定约束的绘形新方法及其包角计算式,这些方法为叶片设计人员提供了快速绘形叶片的新途径,丰富了水泵的系统设计理论。