针对井下环境的径向风速确定方法、装置和存储介质与流程

本技术涉及井下环境的风速探测，尤其是涉及到一种针对井下环境的径向风速确定方法、装置和存储介质。

背景技术：

1、随着矿井智能化和安全需求的提升，激光多普勒测风技术逐渐被引入井下通风监测场景，用于实现远距离、实时化和高精度的风速感知。现有研究主要集中在激光多普勒测速原理、相干接收结构、频谱估计算法以及多普勒频移解算模型等方面，并通过滤波、谱峰提取或经验补偿等方式提升在复杂环境中的风速测量稳定性。

2、在现有技术中，利用机械式测量设备或者激光雷达设备，实现对井下环境中的风速进行测量，但机械式测量设备难以适应井下等恶劣环境且无法获取气溶胶微观特性，而常规激光雷达多采用单偏振探测，缺乏提取粒子形状信息的能力，且在信号处理上难以精确分离频移与频谱展宽，导致出现在井下环境中无法精确获取径向风速的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供了一种针对井下环境的径向风速确定方法、装置和存储介质，主要目的在于解决在井下环境中无法精确获取径向风速的技术问题。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种针对井下环境的径向风速确定方法，该方法包括：在井下巷道的环境中，利用激光测风装置，获取激光传播的目标透过率，以及湿度吸收透过率；将湿度吸收透过率从目标透过率中进行分离处理，得到散射主导透过率，并对散射主导透过率进行转换处理，得到等效散射消光系数；利用激光测风装置，采集双偏振多普勒信号，并基于双偏振多普勒信号，确定频谱展宽和去偏振比；获取气溶胶的后向散射截面，并基于后向散射截面、去偏振比和等效散射消光系数，利用目标反演算法确定气溶胶的粒径分布；基于粒径分布、后向散射截面和频谱展宽，确定目标多普勒频移，并对目标多普勒频移进行转换处理，得到井下巷道的径向风速。

3、可选地，激光测风装置至少包括：第一标定靶、第二标定靶和激光发射装置，其中，第一标定靶与激光发射装置之间的第一距离小于，第二标定靶与激光发射装置之间的第二距离，在井下巷道的环境中，利用激光测风系统，获取激光传播的目标透过率，包括：获取激光发射装置向第一标定靶发射激光脉冲的第一发射功率，以及激光发射装置向第二标定靶发射激光脉冲的第二发射功率；利用激光发射装置，基于第一发射功率，采集第一标定靶的第一等效电压，并利用激光发射装置，基于第二发射功率，采集第二标定靶的第二等效电压；基于第一距离、第二距离、第一等效电压、第二等效电压、第一发射功率和第二发射功率，确定等效消光系数，并对等效消光系数进行转换处理，得到目标透过率。

4、可选地，在井下巷道的环境中，利用激光测风装置，获取湿度吸收透过率，包括：在井下巷道的环境中，利用目标传感器采集水汽密度，以及激光在传播过程中的路径长度；基于水汽密度和路径长度，确定激光在传播过程中的路径水汽含量；基于路径水汽含量和预设水汽含量，确定湿度吸收透过率。

5、可选地，基于路径水汽含量和预设水汽含量，确定湿度吸收透过率，包括：

6、

7、其中，用于表示湿度吸收透过率；用于表示吸收强度系数；用于表示路径水汽含量；用于表示预设水汽含量；用于表示尺度匹配系数；用于表示衰减指数参数。

8、可选地，双偏振多普勒信号至少包括：第一分量信号和第二分量信号，其中，第一分量信号用于表示平行于激光的发射偏振方向的信号，第二分量信号用于表示垂直于激光的发射偏振方向的信号，基于双偏振多普勒信号，确定频谱展宽和去偏振比，包括：获取第一分量信号的第一功率谱密度、第二分量信号的第二功率谱密度、第一多普勒频谱值和第二多普勒频谱值，其中，第二多普勒频谱值大于第一多普勒频谱值；基于第一多普勒频谱值和第二多普勒频谱值，对第一功率谱密度进行积分运算，得到第一谱矩和第二谱矩，其中，第一谱矩用于表示一阶谱矩，第二谱矩用于表示二阶谱矩；基于第一谱矩和第二谱矩，确定频谱方差，并基于频谱方差，确定频谱展宽；基于第一多普勒频谱值和第二多普勒频谱值，对第二功率谱密度进行积分运算，得到第一积分值，并基于第一多普勒频谱值和第二多普勒频谱值，对第一功率谱密度进行积分运算，得到第二积分值；将第一积分值与第二积分值的比值确定为去偏振比。

9、可选地，基于粒径分布、后向散射截面和频谱展宽，确定目标多普勒频移，包括：获取在井下巷道的环境中气溶胶的粒径半径；基于粒径分布和后向散射截面，确定散射权重，并基于粒径半径和散射权重，确定等效平均粒径；对粒径半径、等效平均粒径和散射权重进行加权计算，得到加权粒径离散度；基于等效平均粒径和加权粒径离散度，确定气溶胶的偏置系数，并将偏置系数和频谱展宽进行乘法运算，得到气溶胶的偏置频率；将第一谱矩与偏置频率之间的差值确定为目标多普勒频移。

10、可选地，通过下述公式，对目标多普勒频移进行转换处理，得到井下巷道的径向风速，包括：

11、

12、其中，用于表示目标多普勒频移；用于表示激光的激光波长；用于表示径向风速。

13、根据本技术的另一方面，提供了一种针对井下环境的径向风速确定装置，该装置包括：第一获取单元，用于在井下巷道的环境中，利用激光测风装置，获取激光传播的目标透过率，以及湿度吸收透过率；第二获取单元，用于将湿度吸收透过率从目标透过率中进行分离处理，得到散射主导透过率，并对散射主导透过率进行转换处理，得到等效散射消光系数；第一确定单元，用于利用激光测风装置，采集双偏振多普勒信号，并基于双偏振多普勒信号，确定频谱展宽和去偏振比；第二确定单元，用于获取气溶胶的后向散射截面，并基于后向散射截面、去偏振比和等效散射消光系数，利用目标反演算法确定气溶胶的粒径分布；转换单元，用于基于粒径分布、后向散射截面和频谱展宽，确定目标多普勒频移，并对目标多普勒频移进行转换处理，得到井下巷道的径向风速。

14、依据本技术又一个方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现上述针对井下环境的径向风速确定方法。

15、依据本技术再一个方面，提供了一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述针对井下环境的径向风速确定方法。

16、借由上述技术方案，本技术实施例提供的一种针对井下环境的径向风速确定方法，该方法包括：首先，利用激光测风装置获取井下巷道的目标透过率和湿度吸收透过率，并通过在目标透过率中对湿度吸收透过率进行分离处理，得到散射主导透过率，进而将散射主导透过率转换为等效散射消光系数，然后，采集双偏振多普勒信号以确定频谱展宽和去偏振比，再根据等效散射消光系数和去偏振比，反演气溶胶的粒径分布和后向散射截面，最后，结合粒径分布、后向散射截面和频谱展宽计算目标多普勒频移，从而转换为径向风速。由于考虑到井下环境存在高湿度，导致的水汽吸收干扰以及气溶胶频谱展宽对风速测量的影响，通过从目标透过率中剔除湿度因素并利用反演得到的最终的目标多普勒频移，以确定径向风速，解决在井下环境中无法精确获取径向风速的技术问题，实现在井下环境中可以精确获取径向风速的技术效果。

17、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。