Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2018
Ключевые слова: аварийная связь, телекоммуникации, шахта, безопасность, электромагнитный, сейсмический, горная выработка, глубокое обучение, детектирование
Аннотация: В ходе выполнения проекта научным коллективом было дано научное обоснование реализации беспроводных аварийных каналов передачи информации через массивы горных пород на глубину до 1000 м для оповещения шахтеров об опасности в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. На завершившемся этапе работ также были обоснованы методы системПоказать полностьюы поиска пострадавших под завалами, базирующиеся на применении портативных малогабаритных радиомаяков со стороны горняка и переносного поискового устройства на стороне спасателя. Для решения поставленной задачи были получены математические модели распространения ЭМ волн для различных условий: вариации частоты сигналов от 500 Гц до 500 кГц, электропроводности массива горных пород в диапазоне от 0,001 См/м до 1 См/м, а также стратификации моделируемого геологического разреза. В результате моделирования были получены предельные оценки дальности связи в зависимости от частоты сигналов при заданной мощности передатчика (не более 5 кВт). Дана оценка принципиальной возможности позиционирования людей под завалами на расстоянии до 50 м. В качестве метода решения прямой задачи электродинамики на данном этапе был использован, широко применяемый в настоящее время для решения подобного класса задач, метод конечных разностей (сеток). ?Проведены исследования и разработаны регрессионные модели для уточнения энергетических характеристик ЭМ поля в заданных точках пространства при распространении ЭМ волн через слоистую среду. Полученные модели уточнили полученные ранее строгие математические модели, и дали возможность учитывать при расчетах ряд дополнительных входных параметров, в том числе – обводненность, специфику промышленных ЭМ помех, наличие "направляющих" линий в виде металлоконструкций воздухоподающих и скиповых стволов, силовых кабельных линий, рельсов, троллей и т. п. Созданная регрессионная модель имеет важное практическое значение, так как более адекватно описывает закономерности формирования поля на основе именно измеряемых данных без анализа взаимосвязи влияния многих факторов задачи на конечный результат. Основой для получения достоверных научных результатов на данном этапе работ стали экспериментальные данные по сейсмическим и ЭМ помехам на реальных рудных и угольных шахтах, которые будут использованы для создания регрессионной модели оценки ЭМ поля в условиях сложно устроенной шахты. Для решения задачи регрессии была специально создана глубокая нейронная сеть, которая обучалась на синтезированных данных, полученных на основе смеси модельно реализованных последовательностей сигналов и реально записанных данных шума в подземном руднике. Для обеспечения достаточного набора статистических данных по уровням сигналов в горных выработках при наличии и отсутствии проводящей коммуникационной инфраструктуры, различной аксанометрии горных выработок. а также при разных значениях электропроводности было получено не менее 300 записей в различных точках наблюдений на 2 производственных объектах, расположенных предположительно в респ. Казахстан или Хакасия. Новая модель обладает безусловной новизной и имеет важное прикладное значение в части сокращения объема предпроектного обследования шахт, которое приходится проводить при развертывании системы аварийного оповещения в настоящее время. ?Проведено моделирование, по результатам которого дана оценка возможностей минимизации антенных ЭМ систем. В качестве исследуемых вариантов конфигурации антенн предложены скважинные дипольные варианты, а также индукционные петлевые антенны. Сделан сравнительный анализ и предложена методика оценки эффективности их использования в зависимости от внешних условий. Конкретным научным результатом в данном случае стали теоретические оценки эффективности применения данного метода в зависимости от геологического строения шахты, геометрических размеров рудного тела, а также параметров его электропроводности в сравнении с другими вероятными конфигурациями антенного поля. В рамках задачи поиска горнорабочих под завалами были теоретически обоснованы конфигурации приемно-передающих антенн на поисковом устройстве-"запросчике" в вариантах: многовитковая рамка и магнитная ферритовая антенна для различных диапазонов длин волн: СДВ, ДВ и СВ в 3 взаимно ортогональных плоскостях для оценки направления максимального уровня поля.?Впервые, по данным участников научного коллектива, было дано обоснование метода нелинейной обработки сигналов с применением (ГНС), исследованы варианты построения приемного тракта для детектирования сигналов на базе ГНС в каналах связи с низкими битовыми скоростями. В ходе проекта был разработан алгоритм нелинейной фильтрации для различных условий распространения ЭМ поля. Синтезирована база данных сигналов и произведено обучение ГНС, позволяющее снизить требования к объему обучающей выборки на 2 этапе, в рамках которого запланирован большой объем экспериментальных работ в натурных условиях. Поскольку среда распространения является частотно-зависимой для ЭМ волн, а также зачастую является анизотропной и имеет слоистое строение, сигналы на приемной стороне существенно искажаются. Поэтому в ходе выполнения НИР на первом этапе был реализован алгоритм, осуществляющий подбор параметров обратного фильтра, учитывающего характеристики среды (геологического разреза), а также структуру помех, наблюдение которых были произведены на реальных объектах. В результате была выбрана оптимальная архитектура глубокой нейронной сети и получены параметры для начальной инициализации.