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专利号: 2023115562477
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测方法,其特征是,所述煤炭含水率预测方法包括:构建基于深度学习的微波谱自适应融合模型,其中,所述微波谱自适应融合模型包括特征提取模块以及与所述特征提取模块适配连接的融合输出模块;

对任一煤炭标本进行含水率预测时,获取所述煤炭标本的微波谱信息,并将所获取的微波谱信息加载至微波谱自适应融合模型,其中,所获取的微波谱信息至少包括所述煤炭标本的微波反射幅值谱、微波反射相位谱、微波透射幅值谱以及微波透射相位谱;

利用特征提取模块对接收的微波谱信息进行特征提取,以在特征提取后至少得到微波反射幅值特征、微波反射相位特征、微波透射幅值特征以及微波透射相位特征;

将特征提取模块提取的微波反射幅值特征、微波反射相位特征、微波透射幅值特征以及微波透射相位特征在融合输出模块内融合,以在融合后输出所述煤炭标本的含水率预测值;

所述融合输出模块至少包括四个全连接层,其中,

四个全连接层与微波反射幅值特征、微波反射相位特征、微波透射幅值特征以及微波透射相位特征呈一一对应,以基于所述四个全连接层得到四个中间含水率预测值;

将得到的四个中间含水率预测值进行加权计算,以在计算后得到煤炭标本的含水率预测值。

2.根据权利要求1所述基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测方法,其特征是:所述特征提取模块包括反射幅值特征提取单元、反射相位特征提取单元、透射幅值特征提取单元以及透射相位特征提取单元,其中,反射幅值特征提取单元、反射相位特征提取单元、透射幅值特征提取单元与透射相位特征提取单元间相互独立;

利用反射幅值特征提取单元对微波反射幅值谱进行特征提取,以在特征提取后得到微波反射幅值特征;

利用反射相位特征提取单元对微波反射相位谱进行特征提取,以在特征提取后得到微波反射相位特征;

利用透射幅值特征提取单元对微波透射幅值谱进行特征提取,以在特征提取后得到微波透射幅值特征;

利用透射相位特征提取单元对微波透射相位谱进行特征提取,以在特征提取后得到微波透射相位特征。

3.根据权利要求2所述基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测方法,其特征是:所述反射幅值特征提取单元与透射幅值特征提取单元,均基于同一幅值特征提取模型分别训练形成,其中,对所述幅值特征提取模型包括幅值特征提取下采样部、幅值特征提取上采样部以及幅值特征提取末端处理部;

幅值特征提取下采样部包括n次下采样过程,幅值特征提取上采样部包括n次上采样过程,其中,对任一下采样过程,所述下采样过程与对称位置的上采样过程通过卷积块注意力机制跳跃连接;

在幅值特征提取时,通过n次依次进行的下采样过程将微波幅值谱中的有用特征压缩提取,并将压缩提取的有用特征通过卷积块注意力机制传递至对应的上采样过程中,以通过幅值特征提取上采样部以及幅值特征提取末端处理部将压缩提取的有用特征扩充成与微波幅值谱相同的尺寸。

4.根据权利要求3所述基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测方法,其特征是:在幅值特征提取模型内,对任一下采样过程,包括幅值特征提取下采样二重卷积操作、幅值特征提取下采样残差压缩操作、幅值特征提取平均池化操作以及幅值特征提取下采样特征图拼接操作,其中,下采样处理时,对一幅值特征提取下采样特征图,进行幅值特征提取下采样二重卷积操作以及幅值特征提取下采样残差压缩操作,以得到幅值特征提取下采样二重卷积操作下特征图以及幅值特征提取下采样残差压缩操作下特征图,所述二重卷积操作下特征图通过相应的卷积块注意力机制传递至对应的上采样;

对幅值特征提取下采样二重卷积操作下特征图进行幅值特征提取平均池化操作,以得到幅值特征提取平均池化下特征图;

将幅值特征提取平均池化下特征图与幅值特征提取下采样残差压缩操作下特征图进行幅值特征提取下采样特征图拼接操作,以得到幅值特征提取下采样特征拼接图,并将所述幅值特征提取下采样特征拼接图向前传递。

5.将根据权利要求4所述基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测方法,其特征是:在幅值特征提取模型内,对任一上采样过程,包括上采样二重卷积操作、上采样残差扩充操作、上采样反卷积操作以及上采样特征图拼接操作,其中,上采样处理时,对一上采样特征图,进行上采样二重卷积操作以及上采样残差扩充操作,以得到上采样二重卷积操作上特征图以及上采样残差扩充操作下特征图;

对上采样二重卷积操作上特征图进行反卷积操作,以得到上采样反卷积操作上特征图;

将上采样残差扩充操作下特征图以及上采样反卷积操作上特征图进行拼接,以得到上采样初步拼接图;

将上采样初步拼接图与经相应卷积块注意力机制传递的二重卷积操作下特征图进行横向合并,以得到上采样二次拼接图,并将所述上采样二次拼接图作为下一采样处理的上采样特征图。

6.将根据权利要求5所述基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测方法,其特征是:幅值特征提取下采样残差压缩操作和上采样残差扩充操作均采用单核卷积。

7.将根据权利要求5所述基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测方法,其特征是:幅值特征提取末端处理部,包括幅值特征提取末端二重卷积操作以及幅值特征提取末端卷积操作,其中,对第n次上采样过程得到的上采样特征图,依次进行幅值特征提取末端二重卷积操作以及幅值特征提取末端卷积操作。

8.根据权利要求2所述基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测方法,其特征是:所述反射相位特征提取单元与透射相位特征提取单元,均基于同一相位特征提取模型分别训练形成,其中,所述相位特征提取模型包括相位提取下采样部以及与所述相位提取下采样部适配连接的相位特征提取末端处理部;

相位特征提取下采样部包括m次下采样过程,所述m次下采样过程依次进行;

对任一下采样过程,包括相位特征提取下采样二重卷积操作、相位特征提取下采样残差压缩操作、相位特征提取平均池化操作以及相位特征提取下采样特征图拼接操作,其中,下采样处理时,对一相位特征提取下采样特征图,进行相位特征提取下采样二重卷积操作以及相位特征提取下采样残差压缩操作,以得到相位特征提取下采样二重卷积操作下特征图以及相位特征提取下采样残差压缩操作下特征图;

对相位特征提取下采样二重卷积操作下特征图进行相位特征提取平均池化操作,以得到相位特征提取平均池化下特征图;

将相位特征提取平均池化下特征图与相位特征提取下采样残差压缩操作下特征图进行相位特征提取下采样特征图拼接操作,以得到相位特征提取下采样特征拼接图,并将所述相位特征提取下采样特征拼接图作为下一采样处理的相位特征提取下采样特征图。

9.一种基于微波谱自适应融合的煤炭含水率预测系统,其特征是,包括煤炭含水率预测装置,其中,对任一煤炭标本,所述煤炭含水率预测装置基于上述权利要求1 权利要求8中任一项~所述的方法进行含水率预测,以得到表征所述煤炭标本含水率的含水率预测值。