3.2. Nghiên cứu xây dựng phương pháp xử lý dữ liệu
3.2.3. Xây dựng giải pháp xử lý dữ liệu
Theo mục 3.1 và 3.2.1, có 2 nguồn dữ liệu cần được xử lý là biên độ và vận tốc lan truyền sóng chấn động. Hình 3.8 mơ tả cấu trúc tương đương hệ thống đo thu thập dữ liệu của vụ nổ. Trong đó u là nguồn nổ tạo ra sóng ứng suất và sau đó là sóng chấn động; G mô tả thông số cơ lý cơ bản của đất đá; v là nhiễu của thiết bị đo; w mô tả sự biến đổi của hiện trạng đất đá khu vực nổ được coi là nhiễu tác động vào q trình lan truyền sóng ; H là hàm truyền của khối đo lường (cảm biến); và y là kết quả đo thu được của trạm cảm biến. Từ Hình 3.8, y chịu tác động của u, G, w, H, v. Với cấu
trúc này, có thể giả thiết rằng G và H là khơng đổi thì y lúc này phụ thuộc vào u, w và v. Thành phần u thể hiện năng lượng xuất phát điểm của sóng ở điểm gốc gây ra bởi những thơng số thuộc tính của bãi nổ. Nếu trong q trình thiết kế và thi cơng, các thơng số thuộc tính này được thực hiện giống nhau, thì u là khơng đổi. Thêm vào đó, v thể hiện nhiễu tự thân của cảm biến gia tốc, là thành phần có thể khảo sát và lọc bỏ. Như vậy y chỉ còn phụ thuộc vào w. Tuy nhiên w là thành phần biến thiên và bất định, do đó y là một hàm phi tuyến theo w. Trong tình huống này, giải pháp lọc dữ liệu sử dụng thuật toán Kalman mở rộng (Extented Kalman Filter _ EKF) là phù hợp. Kết quả thử nghiệm được thể hiện ở Hình 3.9.
w u y v + + + + Hệ thống Đo lường H + G
Hình 3.8. Mơ hình cấu trúc hệ thống tương đương
Phần dữ liệu thứ hai của hệ thống là vận tốc lan truyền sóng chấn động (giả sử gọi là vm). Về nguyên tắc, giá trị này được tính theo cơng thức:
m ltr l v t (3-5)
Trong đó, l là khoảng cách từ điểm nổ đến điểm đặt trạm cảm biến đo, là giá trị đã biết; tltr là khoảng thời gian từ thời điểm kích nổ đến khi trạm cảm biến ghi nhận được sóng.
Do sóng đi từ điểm nổ đến điểm đo gồm 2 thành phần là sóng ứng suất và sóng chấn động xuất hiện lần lượt và có vận tốc khác nhau. Mặt khác, q trình lan truyền sóng đi qua nhiều mơi trường khác nhau sẽ có vận tốc tương ứng khác nhau. Nên vm có thể được gọi chính xác là vận tốc lan truyền trung bình của sóng.
Hình 3.9. Hình ảnh mơ tả kết quả lọc dữ liệu vận tốc lan truyền và biên độ sóng bằng thuật toán EKF với bộ dữ liệu thu được ở mỏ Núi Béo
Hình 3.10. Kết quả xử lý dữ liệu vận tốc lan truyền sóng chấn động khu vực mỏ Núi Béo bằng thuật toán EKF kết hợp EM
Ảnh hưởng của các nguồn nhiễu (mục 3.2.1) làm thay đổi vận tốc và hướng lan truyền trong q trình sóng đi từ điểm nổ đến điểm đo nên tltr biến thiên phi tuyến. Quá trình tập hợp dữ liệu, phân tích để tìm ra xu thế biến đổi và dự đốn giá trị của vm chính là một bài tốn thống kê phân tích dữ liệu. Do đó, giải pháp phù hợp để xử lý dữ liệu này là sử dụng thuật tốn tối đa hóa kỳ vọng (EM). Tuy nhiên, do dữ liệu hàm chứa sai số, nên ban đầu dữ liệu được lọc bằng thuật toán EKF để loại bỏ phần nào sai số có thể; Tiếp theo, mới sử dụng thuật tốn EM để xác định xu thế biến đổi của dữ liệu. Kết quả thử nghiệm được thể hiện ở Hình 3.10.