本发明涉及爆破领域，具体涉及一种用于爆破盲炮检测的方法。
背景技术：
在爆破施工过程中，由于受到爆破器材质量、爆破设计施工及其他人为等因素的影响，容易出现盲炮事件。盲炮不仅严重影响爆破效果，而且带来了巨大的安全隐患，然而爆破工程中盲炮的产生不可能完全避免，如何快速、高效地检测盲炮已成为工程爆破领域的一个研究热点和难点。目前盲炮检测方法总体来说可归纳为两大类：一类为物探法，包括高精度磁法、瞬变电磁法与频分多址法。其中高精度磁法原理是利用在炮孔内事先预制探测目标物，通过爆破前后探测目标物与其周围介质的磁性差异所引起的磁场变化来进行检测，取得了一定的成果，但检测精度受地质条件影响较大。瞬变电磁法是通过在硐室或炮孔内预置电磁感应器，同时在地表布置瞬态电磁耦合检测系统，通过爆炸前后电磁场的异常状况来实现盲炮检测，但对于存在多个盲炮的情况难以精确的检测。频分多址法则是在炮孔内事先预置电磁信号发生器，分析爆破前后电磁场的变化，对大规模爆破埋藏较深的盲炮检测具有良好的效果，但检测的精度受限于岩土体的磁导率，且检测成本较高。另一类为爆破地震波检测法，其原理是利用爆破地震波的波形特征检测出各炮孔的实际延时，通过与炮孔的设计延时进行对比检测是否存在盲炮，颜景龙等通过分析爆破地震波形特征，结合电子雷管精确延时可量化计算的特性，对盲炮进行了检测，但地震波受工程地质条件等因素影响较大,容易对波形振动峰值产生误判。李启月等从爆破地震波的能量出发，提出了基于小波变换时-能密度的盲炮检测方法，但小波变换的精度依赖小波函数的选择，对盲炮的检测结果会产生误差。张义平等利用经验模态分解提取爆破地震波主分量包络线峰值点对爆破延期时间进行检测，与小波方法相比不需要选择小波函数，且具有自适应性，检测精度大大提高，但emd(empiricalmodedecomposition)检测法通常根据分解出的imf(intrinsicmodefunction)分量幅值大小和波形衰减特征对主分量进行选择，会损失爆破地震波的原始信息。
技术实现要素：
为了解决emd检测法中主分量的选择问题，本文将互相关函数(cross-correlationfunction，ccf)分析方法引入到信号主分量选择的处理中。由于互相关函数能够表征任意两组信号相似程度特性，故可以将爆破振动信号与imf分量的互相关系数作为衡量两者的相关程度指标，以构建主imf分量筛选模型，进而提出了一种互相关经验模态分解方法cemd(cross-correlationempiricalmodedecomposition)，并将其应用于盲炮检测，通过与爆破振动波形法、小波时-能密度法、高精度磁法、瞬变电磁法以及频分多址法进行对比，检验和评价cemd方法的盲炮检测效果。
本发明的技术方案为：一种爆破盲炮检测方法，它包括以下步骤：
⑴对原始信号进行emd分解；
⑵计算原始信号与各imf分量的互相关系数；
⑶定义各分量反映原始信号的敏感度；
⑷计算相邻敏感度的衰减率；
⑸选择主imf分量组合；
⑹提取主imf分量包络线；
⑺提取包络线峰值点进行盲炮检测。
优选的，所述的对原始信号进行分解，具体是将爆破振动信号y(t)通过emd分解成一系列imf分量xi(t)
优选的，所述的计算原始信号与各分量的互相关系数，具体计算公式如下：
计算原始信号y(t)与各分量xi(t)的互相关函数，作归一化处理得到互相关系数rxy(τ)为：
优选的，所述的定义各分量反映原始信号的敏感度，具体是取互相关函数rxy(τ)的峰值点作为各分量反映爆破信号盲炮特征的敏感度ai：
ai＝max(rxy(τ))
优选的，所述的计算相邻敏感度的衰减率，具体是将敏感度ai从大到小进行排序，计算相邻敏感度的衰减率kj为：
kj＝(aj+1-aj)/aj
优选的，所述的选择主imf分量组合，具体是设衰减率的第一个极大值为km，则取排序后的前m个敏感度所对应的imf分量作为主分量组合。
优选的，所述的提取主imf分量包络线，具体计算公式如下：
对所选取的主分量组合进行希尔伯特变换，提取包络线a(t)为：
z(t)＝c(t)+jh[c(t)]＝a(t)ejφ(t)
式中：pv代表柯西主值，a(t)为解析信号z(t)的幅值,也称为信号的包络。优选的，所述的盲炮检测是对各主分量包络线峰值点进行汇总，通过对比各炮孔的设计延时与包络线峰值点的实际延时，可对盲炮进行检测。
有益效果为：由于cemd是使用emd对爆破振动信号进行自适应分解,并利用互相关函数构建了imf主分量筛选模型，筛选出主分量后使用希尔伯特变换提取主分量包络线，通过计算包络线峰值点的延时得到了炮孔爆破的实际延时，最后将炮孔爆破的实际延时和设计延时进行对比即可实现盲炮检测，并与其它盲炮检测方法进行对比，得到振动波形法、小波时-能密度法与cemd法的盲炮检测准确率分别为11％、62％和100％，且cemd盲炮检测方法在炮孔尺寸、检测距离、检测精度、地质条件和使用成本这五类指标上优于高精度磁法、瞬变电磁法以及频分多址法。
附图说明
图1是本发明所涉及的爆破振动信号速度时程曲线图；
图2是本发明所涉及的爆破振动信号imf分量图；
图3是本发明所涉及的爆破振动信号与imf分量的互相关函数图；
图4是本发明所涉及的各分量对爆破振动信号的敏感度衰减率表；
图5是本发明所涉及的主imf分量包络线图；
图6是本发明所涉及的盲炮孔的具体延时表；
图7是本发明所涉及的盲炮的具体分布图；
图8是本发明所涉及的cemd与振动波形法、小波时-能密度法对比图；
图9是本发明所涉及的cemd与高精度磁法、瞬变电磁法和频多分址法对比图；
图10是本发明所涉及的爆破盲炮检测方法的步骤流程图。
具体实施方式
针对南阳市下营隧道爆破测振描述了本发明的原理以及具体实施方式，试验地点选在南阳市高速公路下营隧道，测点布置在临近隧道左右两侧，爆破振动测试采用加拿大instantel公司生产的blastmateiii型测振仪，振速量程达254mm/s；频响范围2～300hz；噪声88～148db；精度+/-5％或0.5mm/s，取较大值；分辨率：0.127mm/s或0.0159mm/s，带有随机前置放大器；地震触发器：0.125～254mm/s；有手动、单击及连续三种记录模式；采样率可分级设置，每通道1024～16000hz。
本次测试采用连续记录模式，采样率设为4096hz，采集的爆破振动信号如图1所示。采用本发明的爆破盲炮检测方法进行盲炮检测处理，图10是本发明所涉及的爆破盲炮检测方法的步骤流程图，如图10所示，具体步骤如下：
⑴将爆破振动信号进行emd分解，得到12个imf分量，如图2所示。
⑵计算爆破振动信号与各imf分量的互相关系数。
计算emd分解出的各imf分量xi(t)与爆破振动信号y(t)的互相关函数rxy
如图3所示。
⑶定义各分量反映爆破振动信号的敏感度。
由于互相关系数的数值越大，表示imf分量与爆破振动信号的相关性越强，故取图3中互相关函数的峰值点作为各分量对振动信号的敏感度ai：
ai＝max(rxy(τ))
⑷计算相邻敏感度的衰减率。
将其从大到小排序后计算相邻敏感度的衰减率ki：
kj＝(aj+1-aj)/aj
如图4所示。
⑸选择主imf分量组合。
由图4可知，x4对爆破振动信号的敏感度最高，x10最低，故主分量应从x4开始从上到下筛选。由于k5→k3均为负数且数值减小，表明x4→x5→x3对爆破振动信号的敏感度逐渐下降，但下降的幅度在减小，三者的敏感度仍保持较高水平；而k3→k6的数值增大，表明x6对爆破振动信号的敏感度大幅度下降，故选取对爆破振动信号敏感度较高的x4、x5、x3作为主分量组合。
⑹提取主imf分量包络线。
对x4、x5、x3分别进行希尔伯特变换，提取包络线a(t)为：
z(t)＝c(t)+jh[c(t)]＝a(t)ejφ(t)
式中：pv代表柯西主值，a(t)为解析信号z(t)的幅值,也称为信号的包络。
如图5所示。
⑺盲炮检测
分别提取x3、x4、x5包络线峰值点进行汇总，与炮孔的设计延时进行对比，得到盲炮孔的具体延时，如图6所示；并结合炮孔布置图得到盲炮的具体位置，如图7所示。
⑻盲炮检测方法对比
利用振动波形法、小波时-能密度法进行盲炮检测，并与cemd检测结果进行对比，如图8所示。
由图8可知，振动波形法、小波时-能密度法以及cemd法对各类炮孔检测出的盲炮检测准确率平均为11％、62％、100％，故因此cemd法盲炮检测精度高于前两种方法。同时对高精度磁法、瞬变电磁法和频多分址法三者的盲炮检测指标进行汇总，并与cemd进行对比，如图9所示。
由图9可知，cemd在炮孔尺寸、检测距离、检测精度、地质条件和使用成本这五类指标上与高精度磁法、瞬变电磁法和频多分址法相比均具有显著优势。
结果表明，振动波形法、小波时-能密度法与cemd法的盲炮检测准确率分别为11％、62％和100％，且cemd盲炮检测方法在炮孔尺寸、检测距离、检测精度、地质条件和使用成本这五类指标上优于高精度磁法、瞬变电磁法以及频分多址法。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
1.一种爆破盲炮检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
⑴对原始信号进行emd分解；
⑵计算原始信号与各imf分量的互相关系数；
⑶定义各分量反映原始信号的敏感度；
⑷计算相邻敏感度的衰减率；
⑸选择主imf分量组合；
⑹提取主imf分量包络线；
⑺提取包络线峰值点进行盲炮检测。
2.根据权利要求1所述的爆破盲炮检测方法，其特征在于：所述的对原始信号进行分解，具体是将爆破振动信号y(t)通过emd分解成一系列imf分量xi(t)。
3.根据权利要求1所述的爆破盲炮检测方法，其特征在于：所述的计算原始信号与各分量的互相关系数，具体计算公式如下：
计算原始信号y(t)与各分量xi(t)的互相关函数，作归一化处理得到互相关系数rxy(τ)为：
4.根据权利要求1所述的爆破盲炮检测方法，其特征在于：所述的定义各分量反映原始信号的敏感度，具体是取互相关函数rxy(τ)的峰值点作为各分量反映爆破信号盲炮特征的敏感度ai：
ai＝max(rxy(τ))
5.根据权利要求1所述的爆破盲炮检测方法，其特征在于：所述的计算相邻敏感度的衰减率，具体是将敏感度ai从大到小进行排序，计算相邻敏感度的衰减率kj为：
kj＝(aj+1-aj)/aj
6.根据权利要求1所述的爆破盲炮检测方法，其特征在于：所述的选择主imf分量组合，具体是设衰减率的第一个极大值为km，则取排序后的前m个敏感度所对应的imf分量作为主分量组合。
7.根据权利要求1所述的爆破盲炮检测方法，其特征在于：所述的提取主imf分量包络线，具体计算公式如下：
对所选取的主分量组合进行希尔伯特变换，提取包络线a(t)为：
z(t)＝c(t)+jh[c(t)]＝a(t)ejφ(t)
式中：pv代表柯西主值，a(t)为解析信号z(t)的幅值,也称为信号的包络。
8.根据权利要求1所述的爆破盲炮检测方法，其特征在于：所述的盲炮检测是对各主分量包络线峰值点进行汇总，通过对比各炮孔的设计延时与包络线峰值点的实际延时，可对盲炮进行检测。
技术总结