吉林大学学报(地球科学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (6): 2060-2070.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220016

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    下一篇

基于声波信号的岩性智能分类方法

尹生阳1,曾维1,2,王胜3,胡粒琪2,余小平1,李亚欣1   

  1. 1.成都理工大学机电工程学院,成都610051
    2.成都理工大学计算机与网络安全学院,成都610051
    3.成都理工大学环境与土木工程学院,成都610051
  • 收稿日期:2022-01-11 出版日期:2022-11-26 发布日期:2022-12-27
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2018YFC1505102,GFZX02040205.3-G)

Lithology Intelligent Classification Method Based on Acoustic Signal

Yin Shengyang1, Zeng Wei1, 2, Wang Sheng3, Hu Liqi2, Yu Xiaoping1, Li Yaxin1   

  1. 1. School of Mechanical and Electrical Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610051, China
    2. School of Computer and Network Security,Chengdu University of Technology,Chengdu 610051, China
    3. School of Environment and Civil Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610051, China
  • Received:2022-01-11 Online:2022-11-26 Published:2022-12-27
  • Supported by:
    the National Key R&D Program of China (2018YFC1505102, GFZX02040205.3-G)

摘要: 传统的岩性识别以钻井取心、钻井曲线和岩石图像等方法为主,这些识别方法对地质和识别条件要求较高,且不能满足随钻实时识别。为此,本文提出一种新的基于声波信号的岩性智能分类方法。该方法首先基于所采集钻头与岩层碰撞得到的音频数据,通过数据增强技术解决数据稀疏问题;然后采用基于CGRU(CNN+GRU,卷积神经网络+门控循环单元)的深度学习模型,对采集到的3种岩性的岩石音频数据进行深度学习与训练。为提高该模型在复杂背景下的识别能力,引入注意力机制模型进行优化。注意力机制模型可以在复杂环境下对岩性信息实现重点学习,提高模型识别性能。实验结果表明,与GMM(高斯混合模型)-SVM(支持向量机)、CNN和CGRU模型相比,CGRU-AttGRU(注意力机制模型+GRU)混合模型准确率达81.17%左右,在GMM-SVM、CNN和CGRU模型基础上分别提升了13.31%、9.99%和5.93%。

关键词: 岩性识别, 特征提取, 数据增强, CGRU-AttGRU模型

Abstract: Traditional lithology identification methods are based mainly on drilling cores, curves, and rock images. These identification methods have high requirements on geological conditions and cannot meet real-time identification while drilling. For this reason, a new intelligent recognition method of lithology classification based on acoustic signals is proposed. This method first solves the problem of data sparseness through data enhancement technology based on the audio data obtained by the collision between the collected drill bit and the rock formation. Then, the deep learning model based on CGRU (CNN+GRU,convolutional neural networks+gated recurrent unit)  is used to conduct deep learning and training on the collected three types of rock audio data. Finally, to improve the model’s recognition ability in a complex background, the attention model is introduced for optimization. The attention model can realize key learning of lithology information in a complex environment and improve the recognition performance of the model. The experimental results show that, compared with GMM (Gaussian mixture model)-SVM (support vector machine), CNN and CGRU models, the accuracy of CGRU-AttGRU (attention mechanism model+GRU) hybrid model is about 81.17%, which is 13.31%, 9.99% and 5.93% higher than GMM-SVM, CNN and CGRU models respectively.

Key words: lithology recognition, feature extraction, data enhancement, CGRU-AttGRU model

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