基于多Agent的岩体声发射信号检测定位系统应用研究

摘要

声发射是固体材料受力变形或破坏过程中迅速释放能量而产生瞬态弹性波的一种物理现象，声发射技术是一种动态检测方法，可以对静态的结构任何部位进行检测，也可以对受力的岩体进行实时地检测。目前，随着计算机技术、人工智能技术和信息论的迅速发展，为矿业安全生产的控制理论和技术进行变革性发展提供了条件。本文阐述了声发射技术的发展、特点、以及声发射信号检测在矿山安全生产中的重要作用，介绍了将Agent技术应用于声发射检测定位系统中的优势，并从经济和技术的角度分析了系统的必要性和可行性。 本文介绍了声发射技术和Agent技术的相关理论基础，在小波分析和频谱分析的基础上，提出了一种改进的基于小波阈值去噪的岩体声发射信号去噪算法，并且通过与传统的小波阈值去噪结果的信噪比之间的比较，证明了算法的有效性和可行性。接下来通过对声发射传感器阵列的建立和声发射信号的声达时差的计算建立起线性模型，提出了一种针对三维声源的声源定位算法，根据在实际工程中定位声源点的跟踪和与实际声源位置之间的比较证明了算法的准确与稳定。将多Agent技术加入到系统中，分析了下位机Agent的功能，阐述了下位机Agent的个体控制，并且在此基础上建立了基于管理Agent的多Agent协作模型，从而有效的解决了下位机Agent之间的协调作业问题，是实现声发射检测定位系统的一种有效和可行的方案。在以上研究的基础上，提出了整个系统的物理架构和完整的系统结构，阐述并分析了系统各个模块的功能和在工程实践中的运行结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概论

1.1选题的背景和意义

1.2国内外研究现状及问题的提出

1.2.1声发射技术概述

1.2.2声发射信号检测与定位在非煤矿山安全问题中的重要作用

1.2.3多Agent技术在声发射系统中的优势

1.2.4问题的提出

1.3本文的主要工作及论文的组织结构

第二章声发射技术与Agent技术基础

2.1声发射技术基础

2.1.1岩体声发射技术的应用范围

2.1.2声发射信号的表征参数

2.1.3声发射信号的检测

2.2 Agent技术基础

2.2.1 Agent的概念及属性

2.2.2 Agent的分类和结构

2.2.3 BDI模型介绍

2.2.4 MAS的基本概念

2.2.5 MAS的特点

2.2.6多Agent之间协作的基本机制

2.3本章小节

第三章岩体声发射信号去噪算法研究

3.1岩体声发射去噪算法概述

3.2声发射信号的传统快速傅立叶变换(FFT)去噪

3.2.1 FFT去噪原理

3.2.3小波变换相对于FFT的优势

3.3小波技术在声发射信号处理中的应用

3.3.1离散小波变换原理

3.3.2小波基的选择

3.3.3小波变换对声发射信号的频谱分析

3.4声发射信号去噪改进算法原理分析

3.4.1改进算法原理

3.4.2算法形式描述

3.4.3算法与传统小波阈值去噪算法的效果比较及性能分析

3.5本章小结

第四章岩体声发射信号声源定位算法研究

4.1岩体声发射信号声源定位的重要意义

4.2算法基本原理分析

4.2.1算法线性模型的建立

4.2.2算法的形式描述

4.2.3算法的实时特性及结果分析

4.3定位误差分析

4.3.1仪器采样速度的影响

4.3.2异型波引起的时差测量误差

4.3.3局部结构引起的时差测量误差

4.3.4漏定位

4.4本章小结

第五章多Agent技术在声发射定位检测系统中的应用

5.1系统中多Agent间的整体结构

5.2下位机Agent知识库的构建

5.2.1知识与知识的类型

5.2.2知识表示

5.2.3下位机Agent知识库的基本结构

5.3下位机Agent的个体控制与设计

5.4下位机Agent之间的协作策略

5.4.1多Agent协作模型分析

5.4.2基于管理Agent的协作模型建立

5.5本章小结

第六章基于多Agent的岩体声发射信号检测定位系统的设计与实现

6.1系统整体架构设计

6.2信号采集模块设计

6.2.1下位机Agent信号采集流程

6.2.2声发射信号特征参数分析及数据统计

6.2.3声发射特征信号的提取

6.3声源定位模块设计

6.3.1多通道声源定位算法设计

6.3.2 3D采场环境模拟

6.4系统的工程实际效果

6.5本章小结

第七章结论与展望

7.1本文的研究成果

7.2未来的后续研究及工作

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果