基于Gabor变换的信号降噪方法

第22卷　第3期石家庄铁道学院学报(自然科学版)Vol .22　No .32009年9月JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE (NATURAL SCIENCE )

Sep.2009基于Gabor 变换的信号降噪方法

张光明,　申永军,　吴彦彦

(石家庄铁道学院机械工程分院,河北石家庄　050043)

摘要:介绍了Gabor 变换的基本理论,提出了一种基于Gabor 变换的降噪方法。该方法首先对信号进行Gabor 变换,并选择合适的阈值对Gabor 展开系数进行处理,然后对处理后的Gabor 展开系数进行Gabor 逆变换,从而实现降噪。仿真结果表明,该方法具有很好的降噪效果,为机械故障诊断提供了一种新的思路。

关键词:Gabor 变换;故障诊断;降噪

中图分类号:T N911　文献标识码:A 文章编号:167420300(2009)0320086205

收稿日期:2009205208作者简介:张光明　男　1983年出生　硕士研究生

基金项目:国家自然科学基金(10602038);教育部科学技术研究重点项目(209013)

1　引言

利用振动信号对设备进行监测诊断,是设备故障诊断中最有效、最常用的方法之一。噪声是影响机械设备早期故障诊断的主要因素,必须通过降噪,去除被分析信号中的噪声和冗余信息,凸现故障的特征信息。由于设备所处的环境复杂,噪声干扰比较多,经常使有用信号淹没在较强的噪声中,难以进行准确

的故障诊断。目前,机械故障诊断中常用的降噪方法主要有小波变换[1,2]、奇异值分解[3,4]等,这些方法均

属于通用的信号分析方法,在具体用于某种机械振动信号时一般都需要作一些特殊处理。文献[2]中关于降噪过程中信号重采样的新思想设定了齿轮箱的降噪阈值和分解层数;文献[4]中提出的基于重构吸引子轨迹矩阵的奇异值分解技术,并引入自相关函数对现有奇异值分解技术改进来实现降噪。

根据上述情况,提出了基于Gabor 变换理论[5,6]的降噪方法。该方法首先对信号进行Gabor 变换,并

选择合适的阈值对Gabor 展开系数进行处理,然后对处理后的Gabor 展开系数进行Gabor 逆变换,从而实现降噪。仿真结果表明,该方法具有较好的降噪效果,能够有效地识别机械设备的运行状态和故障特征。2　Gabor 变换

时频分析的基本思想是设计时间和频率的联合函数,利用它可以同时描述信号在不同时间和频率的能量密度和强度。比较著名的时频分析工具有短时Fourier 变换、Gabor 变换等。由于短时Fourier 变换的

窗口必须是窄窗,而Gabor 变换的窗函数不受此限制的优点,就以Gabor 变换为例进行分析[5,6]。

Gabor 变换是Gabor 在1946年提出,它是通过信号的时间平移和频率调制形式建立非平稳信号的联合时间2频率函数,然后对时间2频率平面进行采样划分,将时频平面(t,f )转换成另外两个离散采样网格参数m 和n 的平面,在二维平面(m ,n )上表征非平稳信号。

信号s (t )的连续Gabor 变换定义为

s (t )=

∑∞m =-∞∑∞

n =-∞a m n g m n (t )(1)

式中,a m n 称为Gabor 展开系数,而

g m n (t )=g (t -m T )e jn Ωt m ,n =0,±1,±2(2)

称为Gabor 基函数,需要满足

∫|g m n (t )|2d t =1,Ω=2

π/T,T 为时宽。Gabor 展开系数可以表示为

第3期张光明等:基于Gabor 变换的信号降噪方法

87　a m n =∫∞-∞s (t )γm n 3(t )d t

(3)式中,γm n 3

(t )是γm n (t )的共轭,且γm n (t )是Gabor 基函数g m n (t )的对偶函数,满足双正交条件:∫g m n (t )γm n 3(t -m T )e -jn Ωt d t =δ(m )δ(n )。

令离散时间的周期信号s (k )的周期为L,即s (k )=s (k +L ),则其离散Gabor 展开表示为

s (k )=

∑M -1m =0∑N -1

n =0a m n g (k -m T )e jn Ωk (4)

其中Gabor 展开系数由下式确定

a m n =

∑L -1

k =0s (k )γ3(k -m T )e -jn Ωk (5)

式中,T 和Ω分别表示时间和频率采样间隔,而M 和N 分别是时间和频率采样的样本个数。过采样率定义为α=Gabor 展开系数的个数MN /信号样本个数L,若α=1时,离散Gabor 变换是临界采样,若α>1时,离散Gabor 变换是过采样。为了保证计算的稳定性,一般采用过采样形式。

3　基于Gabor 变换的信号降噪方法

首先观察周期信号在Gabor 时频平面的特征。若信号s (t )=e j w 1t +e j w 2t

为两个复谐波信号叠加而成,

令辅助函数γm n (t )

=(a /T )2e j w t ,可根据公式(3)得a m n =2π(a /T )2[δ(w -w 1)+δ(w -w 2)]。结果表明,Gabor 展开系数是沿着复谐波信号两个频率直线上的带状冲激函数,幅值为2

π(a /T )2,因此可以正确地检测出复谐波信号的两个频率。可见,周期信号在Gabor 时频平面呈窄带状分布,且能量集中在该窄带区域内,其它如调频、调幅等信号也有类似特征。而噪声信号在Gabor 时频平面呈杂乱分布,且布满整个Gabor 时频平面。基于上述情况可知,根据信号能量的不同,可以选择合适的阈值对含噪信号的Gabor 展开系数进行处理。当Gabor 展开系数a m n 的绝对值大于b (|a m n |>b )时,保留该系数,否则将其置零。其公式如下

a m n ′=a m n |a m n |>b

0 |a m n |

因此,式中的系数a m n ′是该观测信号中所含信号能量较大的Gabor 展开系数,再根据公式(5)进行重构,

便得到一组新的信号s ′

(k ),即公式s ′

(k )=∑M -1m =0∑N -1

n =0a m n ′g (k -m T )e jn Ωk (7)

一般情况下,s ′(k )相比于原信号s (k )具有更高的信噪比。显然,该方法降噪效果取决于阈值b 的选取。

根据小波变换降噪[7]选取阈值的方法,以Gabor 时频平面中最大峰值a max 的百分比来选取阈值,即

b =ca max (8)

式中,c 为选定的百分比。

4　数值仿真

对机械系统进行故障诊断时常见的信号类型主要包括:规则周期信号(如正弦信号)、故障振动信号(如调制信号,调频信号)、噪声信号等。下面以一组包含上述常见信号的混合信号为例进行仿真分析,并

以信噪比评价该方法的降噪效果。令振动信号建模为x (t )=20sin 30

πt +(20sin 100πt +10)sin 40πt +30sin (180

πt +10sin 20πt )+kN (t ),其中,N (t )为[-11]之间正态分布的随机噪声,系数k 反映噪声强度。以采样频率f s =200Hz,采样点数为2048,对仿真信号进行分析。图1所示为无噪声情况下信号的波形与频谱;图2、图5分别为噪声强度在k =5、k =20时的信号波形与频谱;图3、图6是通过软S URE 阈值进行降噪后的信号波形与频谱;本方法分别选取为b =0.4、b =1.5对信号的Gabor 展开系数进行处理重构,得到降噪后的信号波形与频谱如图4、图7所示。

88　石家庄铁道学院学报(自然科学版)第22

卷

图1　无噪声时信号波形与频谱 图2　噪声强度k =5

时信号波形与频谱

图3

　噪声强度k =5时小波降噪后信号波形与频谱　图4　噪声强度k =5时本方法降噪后信号波形与频谱

图

5　噪声强度k =20时信号波形与频谱 图6　噪声强度k =20时小波降噪后信号波形与频谱

图7　噪声强度k =20时本方法降噪后信号波形与频谱

从图中可以看出,当噪声比较弱时(k =5),小波降噪与本方

法都可以得到更加光滑的时域信号;由于噪声的能量相比于有用信

号并不明显,小波降噪虽然也取得了很好的降噪效果,但还没有本

文方法降噪效果明显。本方法能同时大量地去除高、低频上的噪

声,保证了大量的有用信号,得到的波形与频谱几乎与无噪声信号

的完全相同。当噪声强度的较大时(k =20),从时域图中无法看

到有用信号的任何结构,此时本方法得到的时域图仍然可以观察到

明显的有用信息;而比较频谱图可以看出,小波降噪的降噪效果并

不理想,而本方法降噪后仍能清晰观察到有用信号分量的谱峰,虽然此时会有一些能量较低谱峰减小或消失。另外,本文还引用信噪比评价指标来比较小波降噪与此方法的降噪的降噪效果。当噪声

第3期张光明等:基于Gabor 变换的信号降噪方法89　比较弱时(k =5),小波降噪方法与此方法的信噪比分别为31.7d B 和45dB;当噪声比较强时(k =20),小波降噪方法与此方法的信噪比分别为3.9dB 和24.5d B 。可以看出,该方法相比小波降噪方法效果更加明显,尤其是在强噪声的情况下,也能能取得良好的分离效果。

5　基于Gabor 变换降噪方法在轴承故障诊断中的应用

为进一步验证本方法的实用性,对实测轴承故障信号进行分析。实验使用设备是江苏千鹏诊断工程有限公司研制的旋转机械振动分析及故障诊断试验平台,轴承型号为N205E M ,采样频率为10kHz,采样点数为65536,转速为1172r/m in 。轴承故障设置为轴承外圈故障。在这种情况下,轴承故障特征频率为外圈通过频率及其倍频,理论计算得到通过频率为102.5Hz 。

为了有效的提取轴承外圈故障特征频率,首先对分析信号做H ilbert 再进行谱分析。采集的外圈故障振动信号时域波形与包络谱如图8所示,小波降噪与本方法降噪后的时域波形与包络谱如图9、图10所示(本方法采用的阈值b =0.05)。从包络谱的分析可以发现在1、2、3倍频的存在较大峰值,通过对照轴承故障频率可知,轴承的外圈发生了故障。从降噪效果不难发现,小波降噪后的时域波形与包络谱和采集信号时域波形与包络谱相比较可以看出,小波降噪效果不明显,而本方法降噪后的时域波形与包络谱与采集信号和小波降噪后时域波形与包络谱比较可见,本方法降噪效果相当明显,、低频上的噪声,还能清晰地找出故障信号的特征频率

,准确确定故障的位置。

图8　

轴承故障信号波形及包络谱 图9　小波降噪后信号波形及包络谱

图10　本文方法降噪后信号波形及包络谱

6　结论

结合了时频信号分析技术,提出了一种基于Gabor

变换的降噪方法。该方法通过在Gabor 时频平面内对

变换后信号加以阈值处理并进行Gabor 逆变换,从而得

到降噪后信号。通过数值仿真信号与实测轴承故障信

号的降噪处理,并且与小波变换降噪方法进行比较,表

明本方法在较强的噪声背景下,能够很好的提取出故障

信号中所含的特征信息,为进一步的故障诊断提供了保

证。参　考　文　献

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A D e2no isi n g M ethod Ba sed on Gabor Tran sform

Zhang Guang m i n g,　Shen Y ongjun,　W u Yanyan

(Depart m ent of Mechanical Engineering,Shijiazhuang Rail w ay I nstitute,Shijiazhuang050043,China) Abstract:The theory of the Gabor transfor m is intr oduced and a de2noising method based on the Gabor transf or m is p r oposed.A t first,the Gabor transf or m is app lied t o the signal and the Gabor ex pansi on coefficients are p r ocessed by the app r op riate threshold valve.Then the de2noised signal is obtained by the Gabor inverse transf or m.The si m ulated results indicate that this method has good de2noising effect,and can p r ovide a ne w means for mechanical diagnosis.

Key words:Gabor transf or m;fault diagnosis;de2noising

(上接第81页)

参　考　文　献

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Rea sonable Va lue of Freeway Speed L i m it Under Adverse W ea ther Cond iti on

L i Hongq i a ng1,　Cheng Guozhu2,　X i a Zhenghao3

(1.Daqing Devel opment D istrict I nstitute of Planning and A rchitecture Design,Daqing163000,China;

2.School of Trans portati on Science and Engineering,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin150090,China;

3.The First H igh way Survey and Design I nstitute L td.of China,Xiπan710068,China)

Abstract:I n order t o increase safety level of driving on free way,the paper analyzes the affecting mechanis m of adverse weather conditi ons on r oad traffic safety such as rain,snow and f og.U sing the method of mathe matics for mulas derivati on,it is considered as a conditi on that the su m of running distance and braking distance is less than the visible distance,s o that calculati on f or mula of maxi m u m s peed li m it value is p resented based on the safe distance.Values of corres ponding s peed li m its are suggested according t o different visible distance,r oad ficti on coefficient and grade.

Key words:free way;maxi m um s peed li m it;adverse weather;safety s peed

瞬变电磁法的应用

山东盛泉矿业有限公司 科技进步成果奖励申报书 成果名称：瞬变电磁法在有掘必探工作中的应用 完成单位：沈家峁煤矿技术科（盖章）协作单位：（盖章）填报日期： 2016 年 9 月 10 日

成果名称瞬变电磁法在有掘必探工作中 的应用 成果起止日期 成果的主要内容： 一、项目简介 随着矿井开采深度的加大，矿井水文地质条件日趋复杂，为防止矿井水害事故发生必须加强探放水管理，严格执行有掘必探、先探后掘、有采必探、先治后采的探放水原则，坚持物探先行、钻探验证、化探跟进的综合探测程序科学有效的开展井下探放水工作，原有的物探设备直流电法仪由于施工难度大、条件要求高、探测结果可靠性差已不符合井下物探要求，矿井瞬变电磁法是当前应用范围广的一种电法勘探技术。此方法观测的是二次场，能够较为直观的进行近区观测(能够使用重叠回线装置)，对低阻含水体特灵敏、不易受体积效应的影响、纵横向分辨率高，而且施工作业方便、快捷、效率比较高。因此，在煤矿水文地质探测方面有很高的应用价值。瞬变电法探测优点：高定向性（方位性)、高分辨率、有效探测距离大、适应性强、易于施工、效率高。YCS150型瞬变电磁仪具备操作简单、小功率、小线圈、大测深、分辨能力及抗干扰能力强、物探结果精度高、成图简单等优点现已投入使用，为更好的服务于井下探放水作业还需对瞬变电磁法探测的应用进行探索研究。 二、YCS150瞬变电磁施工方法 1、掘进迎头探测施工方法： 迎头超前探测，采用偶极共轴法，即发射线圈距接收线圈3-5米；发射线圈2*2米双匝，接收线圈直径0.6米；发射电压7.2V，电流2A;对迎头顺层方向、斜向上、两个平面分别按7个角度进行探测，探测距离为距迎头150米范围的前方视电阻率扇形图。布置方案如图1-1和1-2。 图1-1 现场施工布置框图

瞬变电磁法在地质勘探中的应用

瞬变电磁法在地质勘探中的应用 姓名：杨帅班级：资工803 学号：20081338 摘要:在地下水勘查工作中,用常规物探方法难以划分地层的结构、确定断裂构造的位置、查明基岩面的起伏形 态及判断地下水的赋存状况。通过瞬变电磁法(TEM)勘测并结合钻孔资料分析,对上述地质问题有了一些突破性 的认识,证明了瞬变电磁法在勘查工作中的有效性。当地下存在电性不均匀体时,通过瞬变电磁法会观测到电性 不均匀体的涡流异常场,进而推断矿体、地下水、地质构造等地下盲体的存在和部位。依据此特征成功地将瞬变电 法在探测中进行了应用。 关键词:瞬变电磁法;视电阻率;等值线;地下水勘查 0前言 随着我国国民经济快速发展,对能源的需求日益增大。 煤炭是我国目前主要能源之一,在煤矿生产和建设中,地质 构造直接影响煤矿生产安全生产和建设的重大灾害之一。 由于瞬变电磁法易于加大勘探深度,具有分辨能力强、工作效率高、受地形影响小等特点,近几年越来越受到人们的重视,被广泛用于油气田、地热、煤炭以及地下水勘查等领域。可以借助被探测地质体所产生的瞬变效应来划分地层结构、确定地质构造的位置、查明基岩面的起伏形态及判断地下水的赋存状况。 1勘探区概况 勘探区位于太行山西麓,沁水煤田东北部边缘中段, 地表部分面积被黄土覆盖,仅在工区内有部分基岩出露, 其它部分地段基岩出露。根据周边出露及揭露地层由老到 新有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、第四系。

该区的电性特征:第四系多由黄色、红棕色、褐色亚 粘土及砂土组成,不整合于各时代地层之上。厚度不大, 导电性能强,整个新生界松散层及地表强风化岩层从全区 资料对比来看均呈相对中低阻反映。 二1煤层顶板大占砂岩裂隙较发育,含有裂隙水,是煤层顶板直接含水层。采掘使煤层顶板岩层变形、破坏,形成冒落带、裂隙带和弯曲变形带。区内顶板砂岩虽厚度大、且较稳定,裂隙亦较发育,但由于其上被多层砂质泥岩、泥岩隔水层所分割,补给和储存条件均较差,富水性弱。因此煤层顶 板砂岩孔隙裂隙水常以滴水、淋水的形式进入矿井,很少形成突水。由于砂岩赋水的不均一性,在其富水区及导水裂隙密集带,顶板砂岩会形成突水,但突水量一般不会太大。3·2导水通道 充水通道主要有断裂导水通道、煤层顶板采动裂隙通 道、煤层底板采动裂隙通道、废弃井筒、巷道等。矿区覆盖层 沉积厚度不大,前部裂隙和开采后的塌陷为上部煤层开采充足水通道;局部断层2侧岩层裂隙发育带,为矿井的主要充 水通道;煤层开采后,地质条件发生变化,断层带的稳定性遭 受破坏,可成为矿井的充水通道;区内勘探阶段封闭不良的 钻孔和废弃井筒也可成为矿井的充水通道。 4结论 (1)主要含水层为碳酸盐类岩溶裂隙含水层、碎屑岩类 孔隙裂隙含水层和松散岩类孔隙含水层。 (2)韩庄矿的充水水源主要为煤层顶底板砂岩裂隙水、 沿裂隙通道入渗的第四系松散孔隙水、太原组岩溶裂隙水和寒武系岩溶裂隙水,老窑水为主要威胁水源。 (3)充水通道为断层带裂隙发育及采空塌陷带。 参考文献: [1]房佩贤,等.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1996. [2]杨孟达,等.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社,2000.

直流电法、高密度和瞬变电磁法的简介

矿井直流电法勘探涵盖了巷道顶底板电测深法和矿井高密度电阻率法这两种方法，两者属于频率域，而矿井瞬变电磁法则为时间域的方法。 1直流电法技术的基本原理 直流电法勘探是测定岩石电阻率的传统方法。它通过一对接地电极把电流供入大地中，而通过另一对接地电极观测用于计算岩石电阻率所必需的电位或电位差信息（见图1）。 图1 电法勘探工作原理示意图 一个点电源O 在均匀介质中的电场形态为球形(见图2) ，每个球壳为一个等电位面，不同等电位面上A、B 两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性(电阻率)有关。 此时通过直流电法仪测得A、B 两点的电位差，即可计算出介质的视电阻率。 A' j电流线 图2点电源在均匀介质中的电场形态 矿井直流电法勘探在井下巷道内安放物理场源和接收装置，因测点位置靠近勘探对象，缩短了目标体的探测距离，许多在地表无法探测到的较小规模地电异常体，在井下可获得较强异常响应，为提高电法勘探应用能力创造了有利条件。 巷道顶底板直流电测深法装置形式 固定MN法（施伦贝尔装置）

工作布置方式为A---M-O-N---B ，即以 O 点为中心，两边对称布置A 、M 、N 、B 四个电极四个电极按比例由近及远同步移动。 三极装置（常用于井下迎头超前探测） 工作布置方式为A---M — O —N----B （*）。即以 O 点为中心，两边对称布置M 、N 两个电极，A 、M 、N 三极由近及远逐步移动，B 极位于无穷远处。 图2 三极测深法示意图 上述两种装置中A 、B 、均为供电电极，用于向岩层供电；M 、N 均为测量电极，用于探测地电场电压，根据测出的电流、电压值结合装置系数就可以换算出地层视电阻率值。通过对不同深度地层的视电阻率值进行全方位探测和综合分析，就可以达到探测岩性或构造的目的。 矿井高密度电法 巷道顶底板电测深法由于受其观测方式的制约，不仅测点稀，工作效率低信息量小，而且更难从多种电极排列去研究地电断面的特征、结构与分布。因此，所提供的关于地电断面的地质信息贫乏，资料解释存在相当困难。为了克服上述困难与不足，更好的发挥物探在工程勘察中的优势，便发展出了高密度电阻率这项新的勘探技术。 其在原理上属于电法勘探中电阻率法的范畴，它是以岩土体的电性差异为基础，以研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的勘探方法。高密度电法集中了常规剖面法和电测深法两者的特点，不仅可以观测地下一定深度范围内横向电性变化情况，同时还可以观测垂向电性的变化特征，总体而言具

Fourier变换,Gabor变换,Wigner分布,小波变换实例分析

1、分别用短时Fourier ，Gabor 变换分析下列信号，要求提供程序，图形结果并对它们的结果进行对比分析。采样频率FS=1920HZ ，采样长度N=512. ()(10.2sin(215))cos(2300.5sin(215))sin(2120)x t t t t t ππππ=+++ Matlab 程序如下： fs=1920;%采样频率 N=512; %采样长度 t=0:1/fs:(N-1)/fs; %时间序列 x1=(1+0.2*sin(2*pi*15*t)).*(cos(2*pi*30*t)+0.5*sin(2*pi*15*t))+sin(2*pi*120*t);%信号 figure(1) plot(t,x1);%画想（t ）的图像 y1=fft(x1,N); %对信号进行快速Fourier 变换 mag1=abs(y1);%求变换后的幅值 k=0:N-1; f1=k*fs/N; figure(2) grid on stem(f1,mag1);%绘制N 点DFI 的幅频特性图 xlabel('f1'); ylabel('幅值’); axis([0,256,0,2*max(abs(y1))]);%x,y 的范围 grid on figure(3) h=window(321,'hamming'); sig=x1; tfrstft(sig',1:512,512,h);%短时Fourier 变换 xlabel('时间(秒)'); ylabel('频率(Hz)'); figure(4) q=16; h=window(211,'gauss'); h=h/norm(h); tfrgabor(x1',128,q,h);%Gabor 变换 xlabel('时间(秒)'); ylabel('频率(Hz)');

瞬变电磁法简介

瞬变电磁法 瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法.其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。 目录 原理 优点 应用 原理 优点 应用 展开 编辑本段原理 瞬变电磁法也称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。 编辑本段优点 瞬变电磁法探测具有如下优点 ⑴由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感，使得它在当前的煤田水文地质勘探中成为首选方法； ⑵瞬变电磁法在高阻围岩中寻找低阻地质体是最灵敏的方法，且无地形影响；

⑶采用同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强； ⑷剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息。 编辑本段应用 概述 根据瞬变电磁法对低阻体反应敏感的特点，将其用于煤矿井下水文勘查还是近几年的事情。瞬变电磁法是一种极具发展前景的方法，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。瞬变电磁法在提高探测深度和在高阻地区寻找低阻地质体是最灵敏的方法，具有自动消除主要噪声源，且无地形影响，同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强等优点。 装置及原理 瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，该磁场垂直发射线圈向两个方向传播，通常是在地面布设发射线圈，依据半空间的传播原理，把地面以上的忽略。当磁场沿地表向深部传播，当遇到不同介质时，产生涡流场或着遵照量子力学原理使活泼的碱金属产生能级跃迁或使含有大量氢原子的液体的氢原子核沿磁场方向产生定向排列。 当外加的瞬变磁场撤销后，这些涡流场的释放或者活泼的碱金属要恢复原有的能级，释放跃迁产生能量。以及含有大量氢原子的液体的氢原子核恢复原有的排列时，均以磁场的形式释放能量所获的能量。利用接收线圈测量接收到的感应电动势v2。该电动势包含了地下介质电性特征,通过种种解释手段(一维反演,视电阻率等)得出地下岩层的结构. 由于采用线圈 接收V2,故对空间的电磁场或其它人文电磁场敏感,也就是通常所说的干扰.为了减少此类干扰,采用尽量的发射大的电流,以获取最大的激励磁场,增 加信噪比,压制干扰。 接收装置通常分为分离回线,中心回线和重叠回线3类,以重叠回线得到的信息最为完整,其它次之。 局限性及解决办法 瞬变电磁法的工作效率高,但也不能取代其它电法勘探手段,当遇到周边有大的金属结构时地面或空间的金属结构时,所测到的数据不可使用,此时应补充直流电法或其它物探方法(见金属结构物对测量的影响一文)。同时在地层表面遇到大量的低阻层矿化带时(例如在陕西南部某地铅锌矿区,地层表面充满石墨层)瞬变电磁法也不能可靠的测量,因此在选择测量时要考虑地质结构。

滤波图像降噪算法研究报告

研究生课程论 文 基于滤波的图像降噪算法的研究 课程名称专业文献阅读与综述 姓名张志化 学号1200214006 专业模式识别与智能系统 任课教师钟必能 开课时间2018.9——2018.11 教师评阅意见： 论文成绩评阅日期 课程论文提交时间：2018 年11月11日

基于滤波的图像降噪算法的研究 摘要：图像在获取和传输过程中，往往受到噪声的干扰，而降噪的目的是尽可能保持原始信号主要特征的同时除去信号中的噪声。目前的图像去噪方法可以将图像的高频成分滤除，虽然能够达到降低噪声的效果，但同时破坏了图像细节。边缘特性是图像最为有用的细节信息，本文对邻域平均法、中值滤波法及维纳滤波法的图像去噪算法进行了研究分析和讨论。 关键词：滤波；图像噪声；图像降噪算法；评价方法； 1 引言 数字图像处理，就是利用数字计算机或其他数字硬件，对图像信息转换而来的电信号进行某种数字运算，以提高图像的实用性，进而达到人们所要求的某种预期效果[1]。数字图像处理已经广泛应用于遥感、工业检测、医学、气象、侦查、通信、智能机器人等众多学科与工程领域中。 数字图像处理技术的优点主要有：<1)再现性好。数字图像处理不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的真实再现。 <2)处理精度高。按目前的技术，几乎可以将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16 位甚至更高，意味着图像的数字化精度可以满足应用需求。 (3>适用面宽。图像可以来自多种信息源。从图像反映的客观实体尺度看，可以小到电了显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。这些来自不同信息源的图像只要被变换为数字编码形式后，均是用二维数组表示的灰度图像组合而成，均可用计算机来处理。 (4>灵活性高。由于图像的光学处理从原理上讲只能进行线性运算，极大地限制了光学图像处理能实现的目标；而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且能实现非线性处理，即凡是可以用数字公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。 (5＞信息压缩的潜力大。数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大。在图像画面上，经常有很多像素有相同或接近的灰度。就电视画面而言，同一

信号分析与处理

信号分析与处理 第一章绪论：测试信号分析与处理的主要内容、应用；信号的分类，信号分析与信号处理、测试信号的描述，信号与系统。 测试技术的目的是信息获取、处理和利用。 测试过程是针对被测对象的特点，利用相应传感器，将被测物理量转变为电信号，然后，按一定的目的对信号进行分析和处理，从而探明被测对象内在规律的过程。 信号分析与处理是测试技术的重要研究内容。 信号分析与处理技术可以分成模拟信号分析与处理和数字信号分析与处理技术。 一切物体运动和状态的变化，都是一种信号，传递不同的信息。 信号常常表示为时间的函数，函数表示和图形表示信号。 信号是信息的载体，但信号不是信息，只有对信号进行分析和处理后，才能从信号中提取信息。 信号可以分为确定信号与随机信号；周期信号与非周期信号；连续时间信号与离散时间信号；能量信号与功率信号；奇异信号； 周期信号无穷的含义，连续信号、模拟信号、量化信号，抽样信号、数字信号 在频域里进行信号的频谱分析是信号分析中一种最基本的方法：将频率作为信号的自变量，在频域里进行信号的频谱分析； 信号分析是研究信号本身的特征，信号处理是对信号进行某种运算。 信号处理包括时域处理和频域处理。时域处理中最典型的是波形分析，滤波是信号分析中的重要研究内容； 测试信号是指被测对象的运动或状态信息，表示测试信号可以用数学表达式、图形、图表等进行描述。 常用基本信号（函数）复指数信号、抽样函数、单位阶跃函数单位、冲激函数（抽样特性和偶函数）离散序列用图形、数列表示，常见序列单位抽样序列、单位阶跃序列、斜变序列、正弦序列、复指数序列。 系统是指由一些相互联系、相互制约的事物组成的具有某种功能的整体。被测系统和测试系统统称为系统。输入信号和输出信号统称为测试信号。系统分为连续时间系统和离散时间系统。

瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用

瞬变电磁法在探测地下溶洞中的应用 【摘要】：介绍了瞬变电磁法应用于工程地球物理勘探的进展情况及应用效果，通过对实际探测资料的分析，论证了瞬变电磁法应用于工程地球物理勘探的可行性和有效性。 关键词：瞬变电磁法；地球物理勘探;地下溶洞 [ abstract ] : this paper introduces the development situation and the application result of transient electromagnetic method is applied to the engineering geophysical exploration, based on the analysis of the actual detection data, demonstrates the feasibility of transient electromagnetic method is applied to the engineering geophysical exploration and effectiveness. key words: transient electromagnetic method; geophysical exploration; karst cave 中图分类号：p624 文献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02 1引言 瞬变电磁法（tem）近几年来在国内外得到迅速发展，在金属矿勘探、油气田勘探和煤田勘探等勘探中得到广泛应用。并且它正开始步入工程勘察、地下水及地热勘察的行列中。为了研究 tem 法在地下空洞勘察中的有效性，几年来进行了大量的试验研究工作。

瞬变电磁_

《地球探测与信息技术基础》 课程作业 题目：瞬变电磁法在地球勘探上的应用 姓名：周桥立 班级：064101 学号：20101003648 授课教师：胡祥云 2013 年 04 月 20日

摘要 瞬变电磁法是近年来电法勘探领域一种重要方法，是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，研究电磁场的空间或时间分布规律，从而解决各种地质问题。目前已经发展为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究、工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到广泛应用。

目录 1．概述 (4) 2. 瞬变电磁法 (5) 3．正演问题的研究 (8) 4．瞬变电磁勘探的应用 (12) 5．总结 (14) 参考文献 (15)

一、概述 电磁场理论的应用已经遍及地学、生命科学、医学、空间科学、信息科学等几乎所有的技术科学领域,同时这些工程技术领域对电磁理论研究也不断地提出各种新的要求. 电磁法勘探是基于研究电磁波在导电介质中传播特性,从而达到研究地下地质体赋存特性的目的. 通过天然或人工场源在大地中激励的交变电磁场,研究电磁场的空间和时间分布,分析观测到的磁场信号,得到地下目标体的电性分布特征的一种地球物理方法。 瞬变电磁测深法( Transient elect romagneticmet hod ,简称TEM) 是电磁法勘探中应用较广的一种,是近年来在工程地质勘察中普遍应用的时间域电磁探测方法. 它是利用阶跃波或其它脉冲电流场源激励,在大地产生过渡过程场,断电瞬间在大地中形成涡旋交变电磁场,测量这种由地下介质产生的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性,从测量得到的异常信号中分析出地下不均匀体的导电性能和位置,从而推断矿体、工程基础、地下水、地质灾害、工程病态等地下目标体的分布性态. 该技术具有灵敏度高、分辨率强、探测深度大、灵活多变适应性强以及轻便、快速、廉价诸多优点,近年来发展十分迅猛,应用前景十分广阔. 目前,瞬变电磁法已经成为地球物理探测领域内的重要方法之一. 已广泛应用于水利、交通、城建、环保、考古等部门. 成功地解决了大量实际问题。 近年来，计算机技术的进步使瞬变电磁法的二维与三维正演模拟计算方法得到了迅速的发展，目前常用的有有限元法、有限差分法和积分方程法等。瞬变电磁法的三维正演模拟受到科学工作者的重视，深入研究三维瞬变电磁法以提高其应用水平和解释精度，具有重要的理论和现实意义。

基于Gabor变换的信号降噪方法

第22卷　第3期石家庄铁道学院学报(自然科学版)Vol .22　No .32009年9月JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE (NATURAL SCIENCE ) Sep.2009基于Gabor 变换的信号降噪方法 张光明,　申永军,　吴彦彦 (石家庄铁道学院机械工程分院,河北石家庄　050043) 摘要:介绍了Gabor 变换的基本理论,提出了一种基于Gabor 变换的降噪方法。该方法首先对信号进行Gabor 变换,并选择合适的阈值对Gabor 展开系数进行处理,然后对处理后的Gabor 展开系数进行Gabor 逆变换,从而实现降噪。仿真结果表明,该方法具有很好的降噪效果,为机械故障诊断提供了一种新的思路。 关键词:Gabor 变换;故障诊断;降噪 中图分类号:T N911　文献标识码:A 文章编号:167420300(2009)0320086205 收稿日期:2009205208作者简介:张光明　男　1983年出生　硕士研究生 基金项目:国家自然科学基金(10602038);教育部科学技术研究重点项目(209013) 1　引言 利用振动信号对设备进行监测诊断,是设备故障诊断中最有效、最常用的方法之一。噪声是影响机械设备早期故障诊断的主要因素,必须通过降噪,去除被分析信号中的噪声和冗余信息,凸现故障的特征信息。由于设备所处的环境复杂,噪声干扰比较多,经常使有用信号淹没在较强的噪声中,难以进行准确 的故障诊断。目前,机械故障诊断中常用的降噪方法主要有小波变换[1,2]、奇异值分解[3,4]等,这些方法均 属于通用的信号分析方法,在具体用于某种机械振动信号时一般都需要作一些特殊处理。文献[2]中关于降噪过程中信号重采样的新思想设定了齿轮箱的降噪阈值和分解层数;文献[4]中提出的基于重构吸引子轨迹矩阵的奇异值分解技术,并引入自相关函数对现有奇异值分解技术改进来实现降噪。 根据上述情况,提出了基于Gabor 变换理论[5,6]的降噪方法。该方法首先对信号进行Gabor 变换,并 选择合适的阈值对Gabor 展开系数进行处理,然后对处理后的Gabor 展开系数进行Gabor 逆变换,从而实现降噪。仿真结果表明,该方法具有较好的降噪效果,能够有效地识别机械设备的运行状态和故障特征。2　Gabor 变换 时频分析的基本思想是设计时间和频率的联合函数,利用它可以同时描述信号在不同时间和频率的能量密度和强度。比较著名的时频分析工具有短时Fourier 变换、Gabor 变换等。由于短时Fourier 变换的 窗口必须是窄窗,而Gabor 变换的窗函数不受此限制的优点,就以Gabor 变换为例进行分析[5,6]。 Gabor 变换是Gabor 在1946年提出,它是通过信号的时间平移和频率调制形式建立非平稳信号的联合时间2频率函数,然后对时间2频率平面进行采样划分,将时频平面(t,f )转换成另外两个离散采样网格参数m 和n 的平面,在二维平面(m ,n )上表征非平稳信号。 信号s (t )的连续Gabor 变换定义为 s (t )= ∑∞m =-∞∑∞ n =-∞a m n g m n (t )(1) 式中,a m n 称为Gabor 展开系数,而 g m n (t )=g (t -m T )e jn Ωt m ,n =0,±1,±2(2) 称为Gabor 基函数,需要满足 ∫|g m n (t )|2d t =1,Ω=2 π/T,T 为时宽。Gabor 展开系数可以表示为

瞬变电磁法简介

第三节瞬变电磁法（TEM） 一、方法原理 瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源通以脉冲电流为场源，以激励探测目的物感应二次电流，在脉冲间歇测量二次场随时间变化的响应。当发射回线中的电流突然断开时，在介质中激励出二次涡流场（激发极化场），二次场从产生到结束的时间是短暂的，这就是“瞬变”名词的由来。在二次涡流场的衰减过程中，早期以高频为主，反映的是浅层信息，晚期以低频为主，反映的是深层地下信息。研究瞬变电磁场随时间变化规律，即可探测不同导电性介质的垂向分布。 瞬变电磁法的探测深度与回线线圈的大小、匝数有关，线圈越大、匝数越多，探测的深度就越深。 瞬变电磁法的观测是在脉冲间隙中进行，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性，脉冲是多频率的合成，不同的延时观测的主频率不同，相应的时间场在地层中的传播速度不同，调查的深度也就不同，这称之为空间的可分性。由这两种可分性导致瞬变电磁法有以下特点：把频率域法的精确度问题转化成灵敏度问题，加大功率，灵敏度可以增大信噪比，加大勘探深度；在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常；在低阻围岩地区由于是多道观测，早期道的地形影响也较易分辨；可以采用同点组合（同一回线、重叠回线等）进行观测，使与探测目标的耦合最好，取得的异常强，形态简单，分层能力强；线圈点位、方位或接收距要求相对不严格，测地工作简单，功效高；有穿透低阻覆盖层的能力，探测深度大；剖面测量与测深工

作同时完成，提供了更多有用信息，减少了多解性。 二、地球物理前提 由于瞬变电磁法是观测断电后由一次脉冲激励出的二次涡流场随时间的变化规律，二次涡流场随时间的衰减快慢和强弱与被探测介质（道碴、混凝土、岩石等）及介质状态（含水与干燥、完整与破裂）有关，TEM法衰减曲线的变化过程反映了检测点由高频到低频、由浅层到深层的地质信息变化过程。检测的参数是各层规一化的电阻率，对实测的衰减曲线进行反演拟合，绘制地下电性分层及分层的电阻率柱状图，进而以反演拟合曲线为基础，绘制成曲线簇断面图、等值线断面图及电性分级断面图。 TEM法主要用于隧底检测。隧底结构的正常场，一般情况下，干燥的道碴与铺底砼、基岩相比，相对电阻率高、电导率低，铺底砼的电阻率次高、电导率次低，基岩的电阻率相对较低、电导率相对较高，略高于铺底砼。当隧底结构出现异常，有裂损的铺底砼与完好的铺底砼相比，电导率升高、电阻率降低。如果在铺底层与基岩顶面之间有干虚碴层或存在吊空、松散层时，则将出现低电导率、高电阻率层；相反，虚碴层、松散层含水时，则出现高电导率、低电阻率。因此，用TEM法对隧底进行检测后，将实测的衰减曲线进行反演拟合，并以反演拟合为基础，绘制成电性分级断面图等图件，最后结合收集的既有资料（隧底结构图、竣工图、施工开挖地质情况等），对这些图件进行分析解释，提供隧底结构分层（道碴层、铺底层、基岩面、道碴充水充泥段和陷槽段）、有无底板层（含仰拱）、底板层破损段、

信号分析方法总结

信号分析方法总结 随机信号：不能用明确的数学表达式来表示，它反映的通常是一个随机过程，只能用概率和统计的方法来描述。 随机现象的单个时间历程称为样本函数。随机现象可能产生的全部样本函数的集合，称为随机过程 振动信号的时域分析方法 时间历程 描述信号随着时间的变化情况。 平均值 ∑=- = N i i x N x 1 1 均方值用来描述信号的平均能量或平均功率 ∑=-= N i i x N x 1 22 1 均方根值（RMS ）为均方值的正平方根。是信号幅度最恰当的量度 方差表示信号偏离其均值的程度，是描述数据的动态分量∑=---=N i i x x x N 1 22 )(11σ 斜度α反映随机信号的幅值概率密度函数对于纵坐标的不对称性∑== N i i N x 1 3 1 α 峭度β对大幅值非常敏感。当其概率增加时，β值将迅速增大，有利于探测奇异振动信号 ∑== N i i N x 1 14β 信号的预处理： 1 预滤波 2 零均值化：消除数据中的直流分量 )()()(^n x n x n x - -=。 3 错点剔除：以标准差为基础的野点剔除法 4 消除趋势项

相关分析 1 自相关分析a=xcorr(x) 自相关函数描述一个时刻的信号与另一时刻信号之间的相互关系 工程上利用自相关函数检查混杂在随机噪声中有无周期性信号 2 互相关函数a=xcorr(x,y) 利用互相关函数所提供的延迟信号，可以研究信号传递通道和振源情况，也可以检测隐藏在外界噪声中的信号 振动信号的频域分析方法 1 自功率谱密度函数（自谱） 自功率谱描述了信号的频率结构，反映了振动能量在各个频率上的分布情况，因此在工程上应用十分广泛 2 互功率谱密度函数（互谱） 互谱不像自谱那样具有比较明显的物理意义，但它在频率域描述两个随机过程的相关性是有意义的。 3 频响函数 它是被测系统的动力特性在频域内的表现形式 4 相干函数 表示整个频段内响应和激励之间的相关性)(2 f yx γ=0表示不相干，)(2 f yx γ=1完全相干，即响应完全由激励引起，干扰为零。相干函数可以用来检验频响函数和互谱的测量精度和置信水平，也可以用来识别噪声的声源和非线性程度。一般认为相干值大于0.8时，频响函数的估计结果比较准确可靠。

瞬变电磁

瞬变电磁法 1、概述 顺便电磁法（TEM）属于时间域电磁法，它是的原理是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，以不接地的回线或者是连接地线通上脉冲电流为场源，地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减，有一个瞬变的过程。可以通过判断和分析二次的时空变化特征，来判断地下地质体的电性特征，找出其位置，产状和埋深等特征。具有可以同时的具有时间和空间的可分性、探测深度达、分辨率高、信息丰富等优点。近几十年来，我国科学技术快速进步，经济迅猛发展，各项基础建设稳步展开，对于各种矿产资源、能源、地下水资源等的需求快速增加。同时，各项建设中遇到了许多工程问题，如公路建设中的地下空洞、煤田开采中的陷落柱、隧道开挖中的突水问题等等。这些因素在一定程度上制约着我国经济的发展，而顺便电磁法的出现，利用其测量方面的优势，已经发展成为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究，工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到了广泛的应用。可以很好地保证资源供给，减少经济损失，加快建设进度。 2、研究现状 2.1、研究历史 对勘测工程工作的种种困难，把瞬变电磁法应用到地质勘探中的想法在上世纪30年代就有人提出来。最初的时域电磁法是利用到了L.W.Blan在1993年获得专利，用电磁脉冲激发提供电偶极形成电场。随后在前苏联有人提出了瞬变电磁测深法。在50年代，前苏联、加拿大、美国等国已经开始就瞬变电磁法的理论与应用技术进行了深入的研究，同时期由J.R.Wait 提出了使用瞬变电磁场法寻找导电矿体的理念。前苏联也基本已经建立了瞬变电磁法与野外施工的技术方法，更在70、80年代开展了大量的测量工作，特别是在二维和三维测量的方面就有了很大的进步，这使的瞬变电磁法在地质勘探上运用有了很大的发展。随着计算机的发展，西方各国在瞬变电磁法的二三维正演模拟方面也取得很大的成就。 我国于20世纪70年代研究TEM法。长春地质学院地矿部物化探研究所、中南工业大学、西安地质学院、中国有色金属工业总公司及中国地质大学等单位都在方法理论仪器及野外试验方面进行了一定的工作，先后研发出瞬变电磁系统，取得了很大的研就成果。至今TEM法一直处于蓬勃发展和广泛应用阶段。总的来看，目前国内已比较完整地建立了TEM 法的一维反演及方法技术理论，并自行研制了一些功率较小的仪器。 2.2、仪器的发展现状 近十几年来，伴随着计算机技术的快速的发展，瞬变电磁仪经过五次改进更型。性能稳定、实用可靠的商品化瞬变电磁仪器始于70年代初期，最先推出商品仪器的为加拿大CRONE地球物理公司，目前国内外商品化仪器大约有十几种。 2.2.1国外瞬变电磁仪 加拿大CRONE地球物理公司的DigitalPEM系统，匹配2.4 kW和4.8 kW二种发射机，发射机的发射电流下降沿固定模式有200Ls、300Ls、500Ls、1000Ls、1500Ls五种，发射线圈为任何状态、任何大地耦合条件下，发射机都可自动调整发射电流下降沿时间保持不变，接收传感器为棒状探头，探头脚架为可调式支架，能方便地调节探头地状态以满足测量三分量的要求，工作装置主要为中心回线、定源大回线和偶极~偶极。配有地~井TEM系统，井中三分量探头为分体式，即垂直分量和水平分量为二个探头，野外工作时每一激发回线状态下，分别测量垂直分量和水平分量，这样相对降低了工作效率，但大大增加了安全性，由于

瞬变电磁法在岩堆勘察中的应用

49 东北部、西南部山区铁路建设中经常会遇到岩堆，在过去的实践中，人们往往采取避绕的措施，然而随着高速铁路建设步伐的加快，受铁路线型要求及其他因素的影响不能任意修改线路，因此在岩堆地区开展铁路勘察设计不可避免。本文以田师府至桓仁铁路大前石岭隧道岩堆的瞬变电磁探测为例，讨论物探技术在岩堆探测方面的应用与可 行性。 1　地形地貌 田师府至桓仁铁路大前石岭隧道位于本溪市桓仁县境内，线路以隧道形式穿越大前石岭，全长2500m。大前石岭隧道进口位于辽宁省桓仁县大雅河流域大前石岭的半山坡上，地貌为中低山区。大雅河在群山之间蜿蜒流过，河宽30～50m，水流较急，河中布满漂石、巨块石。大雅河两侧山体海拔高度370～1340m，最大高差970m，山坡自然坡度13°～35°。在山坡坡面上，2/3面积长满低矮灌木及乔木；1/3面积无土壤和植被，为裸露的块石、碎石堆，形成石海、石流坡地貌，统称岩堆。 2　岩堆的工程地质特征 岩堆体一般呈碎裂、松散状，节理、裂隙极其发育，自稳能力差。作为一种不良地质，在铁 路勘察设计中经常遇到。岩堆的主要特征即不均一性。表现在组成物质的块径大小的不均一，一般岩堆的块石含量在70%或以上，块石直径一般在0.5～3.0m，最大者达10余m，小者为角砾和粘土颗粒，由此说明岩堆组成物粒径悬殊大；孔隙大小的不均一，一般岩堆的中下部孔隙小，较密实，上部尤其是岩堆的后缘孔隙大，十分松散；由于岩堆组成物质的不均一和孔隙大小的不均一，致使地表水下渗和地下水渗流的不均一。 3　地球物理特征 不同的岩层具有不同的电阻率，瞬变电磁法勘探就是通过测定地下不同地点不同深度的电阻率的差异来达到寻找目标地质体的目的。利用瞬变电磁法勘探解决地质问题的前提条件是目标地质体和围岩存在电性差异。岩堆的主要特征即不均一性，表现在组成物质的块径大小的不均一，块石直径一般在0.5～3.0m，最大者达10余m，小者为角砾和粘土颗粒，由此说明岩堆组成物粒径悬殊大；孔隙大小的不均一，一般岩堆的中下部孔隙小，较密实，上部尤其是岩堆的后缘孔隙大，十分松散。地下一定 范围内，孔隙的填充物不同，直接影响其电性分布状况。如果无地下水的情况，孔隙被空气充填，表现为较高的电阻率；由于地下水的充填及地表水沿 瞬变电磁法在岩堆勘察中的应用 王文喜1　姚文清2 （1.沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁 沈阳 110013；2.辽宁省物测勘查院，辽宁 沈阳 110121） 摘要： 文章以田师府至桓仁铁路大前石岭隧道岩堆的瞬变电磁探测为例，讨论物探技术在岩堆探测方面的应用与可行性，基本上查明了岩堆的范围及厚度，有利地指导了钻探及挖探工作的布置。关键词： 瞬变电磁法；岩堆；勘察；物探技术；视电阻率中图分类号： P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）28-0049-032012年第28期（总第235期）NO.28.2012 （CumulativetyNO.235）

基于Gabor小波变换的图像纹理特征提取

基于Gabor小波变换的图像纹理特征提取 【摘要】本文对Gabor小波极其滤波器进行了介绍，对利用Gabor小波变换提取图像特征的方法进行了阐述。 【关键词】Gabor小波；紋理；滤波器；数字图像 紋理特征是所有物体表面所共有的内在特性，包含了关于物体表面的组织结构排列的重要信息以及它们与周围环境的联系。在自然界中，如树木、织物等，均具有各自的紋理特征。在计算机视觉研究中，人们还发现，紋理特征具有一种不依赖于颜色或亮度的反映图像中同质现象的视觉特征，可以从微观上区分图像中不同的物体。因此，紋理特征是经常要提取的特征。最常用的提取紋理特征的方法是灰度共生矩阵法。但这种方法占用内存多，运行速度较慢。而Gabor变换不但具有最小的时频窗，而且Gabor函数与哺乳动物的视觉感受野相当吻合。这一点对研究图像特征检测或空间频率滤波非常有用。恰当的选择Gabor变换的参数，可以出色地进行图像分割、识别与理解。现简单介绍如下： 1.Gabor滤波器的设计 Gabor函数的定义为： （1-1） 它的傅里叶变换G（u，v）为： （1-2） 其中，W为高斯函数的复调制频率。以g（x，y）为母小波，则通过对g（x，y）进行适当尺度变换和旋转变换，就可以得到自相似的一组滤波器，称为Gabor小波。 （1-3） 式中，这里表示总的方向数目（n∈[0，K]），为尺度因子，在上式中用来确保其总的能量与m无关。由傅里叶变换的线性特性可知，通过改变m和n的值，便可以得到一组方向和尺度都不同的滤波器。 Gabor小波集的非正交性意味着经滤波后的图像中有冗余信息。可以用下面的方法来减少这些冗余信息。设和分别代表高频和低频的中心频率，设K是方向的数目，S代表多分辨率分解时尺度变化的次数。这样，滤波器设计的策略为：确保Gabor滤波器组的响应在频率上半峰幅值能相互接触，且互不重叠。这样，就可以得到如下计算滤波器参数的公式：

信号分析方法

3.3齿轮及齿轮箱振动信号的分析方法 齿轮及齿轮箱中轴、齿轮和滚动轴承正常运行时，一般其振动信号是平稳信号，信号频率成分有各轴的转动频率和齿轮的啮合频率等，当发生故障，其振动信号频率成分或幅值发生变化，一般有以下三种特征： （1）信号是稳态的，但对应特征频率的幅值发生明显变化，振动能量有较大的变化。这类故障是以齿轮均匀磨损为代表的。 （2）信号是周期平稳信号，出现了有规律的冲击或调制现象。这类故障一般是齿轮或滚动轴承已经发生轻度或较严重的故障。 （3）信号中出现无规律的冲击或调制现象，这类故障一般是齿轮或滚动轴承已经发生严重的故障。 但是并不是说出现调制现象就一定有故障，所以就需要利用振动信号在频域和时域内进行诊断，来达到诊断故障的目的。而振动信号是齿轮故障特征信息的主要载体，目前能够通过各种振动信号传感器、放大器及其它测量仪器很方便地测量出齿轮箱的振动信号，通过各种分析和处理方法提取其故障特征信息。特征分析的结果是否正确、可靠，特征量的选择是否合理，在很大程度上决定了故障诊断的正确性。下面就介绍一些常用的齿轮振动信号常规的分析方法。 3.3.1时域统计特征 时域统计指标根据量纲和无量纲分为两个部分，一部分是常用的有量纲特征值，包括最大值、最小值、峰值、均值、均方值和方差；另一部分称为无量纲的特征分析值，包括方根幅值、平均幅值、均方幅值、峭度、波形指标、峰值指标、脉冲指标和裕度指标。在齿轮箱的状态检测和故障诊断中，要特别注意这两部分指标的综合运用，有量纲特征值一般随着齿轮箱的不同而改变，不同种类和大小的齿轮箱测量得到的有量纲特征值是没有对比性的，有时甚至同种类和大小的齿轮箱在不同工况下测量得到的有量纲特征值也不能直接进行对比。而不同种类和大小的齿轮箱测量得到的无量纲的特征分析值在一定的情况下是可以进行对比的。对于有限长度的离散时间序列1210,,,,-n x x x x ，其有量纲的统计特征值为： 最大值 }max{max i x x = 最小值 }min{min i x x = 峰峰值 min max x x x p p -=- 均值 ∑-==10 1 n i i x N x

瞬变电磁原理、仪器及应用

瞬变电磁原理、仪器及应用 林君嵇艳鞠于生宝王艳 吉林大学仪器科学与电气工程学院 二零零七年五月二十五日

第1章绪论 (1) 1.1 瞬变电磁法发展概况 (1) 1.2 瞬变电磁探测方法的特点及应用领域 (2) 第2章瞬变电磁法探测原理 (4) 第3章ATEM-II瞬变电磁探测系统 (7) 3.1 ATEM-II瞬变电磁发射机 (7) 3.2 ATEM-II瞬变电磁接收机 (10) 第4章瞬变电磁响应分析 (17) 4.1各向同性水平层状大地上回线源的瞬变电磁响应 (17) 4.2均匀大地表面上大回线源在地表形成的瞬变电磁场 (17) 4.3中心回线下的隐伏球体的响应特征 (18) 4.4中心回线下的隐伏无限延伸的水平圆柱体的响应特征 (20) 4.5导电围岩中的局部导体瞬变电磁响应 (20) 第5章瞬变电磁野外工作方法 (22) 5.1 回线组合选择 (22) 5.2 发射电流的选择 (24) 5.3 发射脉冲宽度的选择 (26) 5.4 关断时间的影响 (26) 5.5 发射边长的选择 (28) 5.5 接收最早取样时间的选择 (29) 5.7 接收线圈的频率选择 (30) 第6章瞬变电磁探测的数据处理与成图 (31) 6.1数据质量判别 (31) 6.2 数据处理 (33) 6.2.1 平滑滤波 (33) 6.2.2 近似对数等间隔取样 (34) 6.3 基于“烟圈”理论的一维快速反演 (37) 6.4 数据成图 (40) 第7章 ATEM系统野外应用 (42) 7.1 长春秦家屯模型验证研究 (42) 7.2 长春伊通河活断层勘察研究 (44) 7.3 内蒙正镶白旗水源勘察 (45) 7.4 安徽铜陵矿山接替资源勘探 (49) 7.5 浙江舟山连岛工程探测 (52)

瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用

瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用摘要：本文针对目前瞬变电磁法勘探中存在的问题进行了探讨，分析了地球物理勘探本身都存在多解性，再加上勘探区的各种人文设施干扰，地形高差较大，导致异常出现多解性，所圈定的采空积水区的位置及边界范围等可能存在一定偏差，这就需要对瞬变电磁法的理论和资料处理进行更深入的研究和探索，从而更好地为矿井水文地质勘探工作服务。 关键词：水文地质灾害；测网布置；地球物理测试 abstract: aiming at the transient electromagnetic method in the exploration into the several problems, analyzes the exploration geophysical itself has multi-solutions, plus the exploration of human facilities interference, terrain difference is bigger, lead to abnormal appear multiple solution, and tagged goaf water of the location and boundary scope may exist certain deviation, that required the transient electromagnetic method of theory and data processing further study and exploration, so as to better for hydrological geology exploration work service mine. keywords: hydrogeology disasters; the nets decorate; the earth’s physical test 中图分类号：f407.1文献标识码：a 文章编号：