煤炭科学技术

作者：田莹, 李春志, 陈硕, 王子豪, 吕馥言, 张强, 胡成军,

关键词：探地雷达, 粗糙煤岩界面, 多域特征, 注意力机制, 模糊C均值,

在空间有限、传感器布设受限的采掘工作面，构建基于单一探地雷达设备的煤岩结构感知系统具有重要工程意义。其中，裸露粗糙煤壁煤岩分界识别是系统构建中亟需解决的关键难题。针对单一特征或同一信息域组合特征难以全面准确表征煤岩电性差异，以及模糊C均值（FCM）算法因采用等权重策略而导致识别精度受限等问题，提出了一种融合雷达图像多域鲁棒特征与改进FCM算法的粗糙煤壁煤岩分界识别方法。首先，从时域、频域、时−频域和小波域中，共提取12项能有效表征煤岩电性差异的电磁特征，并通过正演模拟验证其有效性；随后，构建3类具有不同均方根高度的粗糙表面模型，分别计算各特征的变异系数均值及特征间的皮尔逊相关系数，选择包络面积、脉宽、频谱中心、相位变化率、瞬时频率均值、瞬时相位均值及尺度能量比共7项特征，构建面向粗糙煤壁煤岩过渡区域识别的多域鲁棒性特征空间。在FCM算法基础上，引入位置编码、L1范数距离度量、模糊度判据、标签中值滤波与真值判断策略，增强其对煤岩空间分布连续性的感知能力。进一步引入注意力机制，动态调整特征权重，实现煤岩过渡区域的聚类识别。最后，结合煤岩界面在过渡区域的空间分布特性，实现煤岩分界识别。试验结果表明，所提出方法可实现裸露粗糙煤壁煤岩分界的有效识别，识别误差为2.6%。

来源：2025年第11期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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