劉云飛河北工程大學(xué)

煤礦井下危險源相關(guān)性數(shù)據(jù)融合分析

劉云飛
河北工程大學(xué)

煤礦重大危險源數(shù)據(jù)的處理對危險源的識別具有重要意義。根據(jù)煤礦重大危險源監(jiān)測環(huán)境，分析了威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要因素，并針對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性設(shè)計了危險源數(shù)據(jù)處理的具體方法。同時結(jié)合危險源數(shù)據(jù)在時空上的冗余對數(shù)據(jù)的相關(guān)性和數(shù)據(jù)融合進行了方法探討，從而為煤礦危險源監(jiān)測精確數(shù)據(jù)的提供和網(wǎng)絡(luò)開銷的降低提供理論支撐。

煤礦危險源；數(shù)據(jù)相關(guān)性；數(shù)據(jù)融合

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，煤礦信息化方面也得到了前所未有的發(fā)展，在煤礦安全生產(chǎn)和監(jiān)測預(yù)警方面起到了舉足輕重的作用，如井下人員定位系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)等均已納入國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的相關(guān)文件[1]。但其它行業(yè)相比，煤礦行業(yè)信息化的發(fā)展要明顯地落后，已有的系統(tǒng)之間相互獨立，難于形成合力。而單方面的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對煤礦重大危險源的判斷存在較大的局限性，因此融合煤礦井下數(shù)據(jù)的時間和空間上的相關(guān)性，從總體上共享各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息才能有效地辨識煤礦重大危險源的存在，這是煤礦信息化發(fā)展的必然趨勢。

1　煤礦危險源分析

我國煤礦安全事故時有發(fā)生，如何有效地預(yù)防事故發(fā)生成為現(xiàn)場安全管理迫切需要解決的問題。由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，有瓦斯等爆炸性氣體、煤塵、巷道彎曲、潮濕等因素威脅著煤礦安全生產(chǎn)，而要確定煤礦重大危險源需要對產(chǎn)生危險的因素進行綜合分析[2]，主要包括如下方面：

（1）煤礦重大危險源的危險程度和分布區(qū)域；

（2）煤礦井下工作人員的安全意識；

（3）井下運輸設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備的危險性；

（4）溫度、濕度等危險源周邊環(huán)境因素；

（5）井下工作環(huán)境的抗災(zāi)、救災(zāi)承載能力。

建立在以上觸發(fā)因素基礎(chǔ)上才能客觀的反應(yīng)危險源發(fā)展趨勢和危險等級。因此除人為因素外，對煤礦重大危險源監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性變得尤為重要。

2　危險源數(shù)據(jù)處理方法

煤礦井下危險源監(jiān)測主要是通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的傳感器采集相關(guān)信息，由采集器節(jié)點的處理器對數(shù)據(jù)進行特征提取、識別和評價等綜合數(shù)據(jù)處理程序[4]。而在煤礦信息化建設(shè)的初期階段對監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)功能較為單一，系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)異構(gòu)性和數(shù)據(jù)多源性，數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)多采用普通的數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)格式方面的描述也相對簡單，這在一定程度上阻礙了系統(tǒng)的綜合決策分析。煤礦危險源的判定需要多種因素共同決定，需要對危險源產(chǎn)生的時間、空間狀態(tài)等進行綜合分析，融合危險源監(jiān)測數(shù)據(jù)后才能得出真實可靠的決策內(nèi)容。

對危險源的數(shù)據(jù)處理需要建立在統(tǒng)一規(guī)劃，整體設(shè)計，分步實施的原則下形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述方式，打破煤礦信息化建設(shè)初期那種功能單一、網(wǎng)絡(luò)獨立、數(shù)據(jù)私有的現(xiàn)狀，將各個子系統(tǒng)的監(jiān)控功能采用模塊化方式設(shè)計，來實現(xiàn)重大危險源的監(jiān)測預(yù)警等功能。這樣才能將煤礦各種安全子系統(tǒng)與量化的人為因素相結(jié)合，實現(xiàn)對整個煤礦的優(yōu)化管理與安全動態(tài)跟蹤。

3　危險源相關(guān)性數(shù)據(jù)融合

對煤礦重大危險源評判來說，數(shù)據(jù)間的相關(guān)性不僅需要定性分析，更需要定量表示，包括數(shù)據(jù)的查詢、存儲、傳輸和融合，數(shù)據(jù)相關(guān)性的評價一定程度上能夠有效減少操作復(fù)雜度[3]。由于危險源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中單個節(jié)點的監(jiān)測范圍和可靠性是有限的，為了保障監(jiān)測信息的準(zhǔn)確性，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)往往是多源的，且相鄰節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)存在一定的冗余性，這些相似性的數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)資源帶來不必要的開銷。

利用相關(guān)性進行數(shù)據(jù)融合是一種有效地減少冗余數(shù)據(jù)，提高煤礦重大危險源判定準(zhǔn)確度的方式，包括各數(shù)據(jù)的時間相關(guān)性、空間相關(guān)性以及數(shù)據(jù)類型的相關(guān)性。通過數(shù)據(jù)的篩選和過濾對所收集數(shù)據(jù)進行比較，而后通過時間相關(guān)性將臨時錯誤數(shù)據(jù)濾除，再通過空間相關(guān)性將永久錯誤數(shù)據(jù)濾除，篩選具有高質(zhì)量的監(jiān)測信息，降低數(shù)據(jù)冗余。如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集階段主要確定信息源的相關(guān)特征及其表現(xiàn)形式，主要操作包括抑制重復(fù)數(shù)據(jù)傳輸和緩存空間相關(guān)性數(shù)據(jù)等；相關(guān)性分析方面主要是對數(shù)據(jù)的相關(guān)性進行挖掘和評估，確定多源數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性；而在數(shù)據(jù)融合階段，首先是對數(shù)據(jù)特征的選擇，對相關(guān)性數(shù)據(jù)進行特征提取，減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，再在特征提取的基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)合并、壓縮、過濾、篩選、計算、預(yù)測、評估等手段去除時間上的相關(guān)性數(shù)據(jù)得到預(yù)測評估值。通過這種危險源數(shù)據(jù)資源共享、信息聯(lián)動的方式可有效降低相似數(shù)據(jù)傳輸量和網(wǎng)絡(luò)開銷，減少通信資源上競爭。

4　結(jié)論

根據(jù)煤礦危險源的監(jiān)測環(huán)境，提出了針對性的多源監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法，為煤礦危險源的判定和危險源監(jiān)測系統(tǒng)的整體設(shè)計提供重要依據(jù)。同時結(jié)合煤礦井下危險源的特點，將監(jiān)測數(shù)據(jù)進行多源數(shù)據(jù)融合處理，通過挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的時間和空間的相關(guān)性等方法全局性的判斷環(huán)境狀態(tài)，為煤礦重大危險源評判提供高質(zhì)量的監(jiān)測信息。

[1]國務(wù)院關(guān)于進一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知(國發(fā)[2010]23號).

[2]孫繼平.煤礦事故分析與煤礦大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)[J].工礦自動化:2015,41(3):1-4.

[3]魏忠誠.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)性及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].河北：河北工程大學(xué),2012.

邯鄲市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目（1421103054-6）。

劉云飛（1983-），男，河北邯鄲人，碩士，從事物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和煤礦信息化方面的研究。