楊曉玲

摘 要：礦井瓦斯數(shù)據(jù)的消噪對礦井生產(chǎn)安全產(chǎn)生重要影響，本文在深入了解礦井瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)基本內(nèi)容的基礎上，對數(shù)據(jù)消噪方法進行了分析，希望能對相關人員工作有所幫助。

關鍵詞：礦井瓦斯;監(jiān)測數(shù)據(jù);消噪方法

目前我國煤礦礦井生產(chǎn)基本實現(xiàn)了安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)處理，通過對各類數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，能夠及早發(fā)現(xiàn)各類潛在安全隱患，降低礦井安全事件發(fā)生率。但是現(xiàn)有經(jīng)驗證實，礦井井下在數(shù)據(jù)采集與傳輸過程中受水蒸氣、溫度以及高壓脈沖等因素影響，監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度下降，造成噪聲，應該得到相關人員的關注。

1 礦井瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)噪音問題分析

現(xiàn)代研究認為，瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)中噪聲信號的存在是因為數(shù)據(jù)傳輸、采集以及處理過程中各種因素相互作用下所引發(fā)的。在礦井瓦斯數(shù)據(jù)采集過程中，由于礦井的井下環(huán)境復雜，導致傳染期受煤塵、高溫、有害氣體等環(huán)境因素影響而造成精度下降，導致所監(jiān)測的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了噪聲信號。而在數(shù)據(jù)傳輸過程中，設備的通信顯露受高壓脈沖、設備啟停等因素的影響后，設備傳輸過程中容易混入一部分的噪聲信號;最后的數(shù)據(jù)處理期間，因為數(shù)據(jù)處理介質故障或者系統(tǒng)組件錯誤等因素影響，導致噪聲信號介入，引發(fā)噪聲問題。

監(jiān)測數(shù)據(jù)中的噪聲信號會降低監(jiān)測數(shù)據(jù)自身的準確性，并且在監(jiān)測數(shù)據(jù)處理階段會表現(xiàn)出分散性的問題，導致工作人員在處理噪聲信號期間難以構建精準的信號處理模型，不利于礦井安全生產(chǎn)，因此在未來工作中需要尋找一種更有效的降噪方法，這是保障礦井安全生產(chǎn)的關鍵。

2 數(shù)據(jù)消噪方法研究

2.1 小波閾值法分析

從現(xiàn)有的相關技術發(fā)展情況來看，小波閾值法能夠對瓦斯的濃度時間序列進行消噪處理，具有可行性，是一種常見的降噪處理方法，該方法的基本實施路徑為：

2.1.1 將瓦斯?jié)舛葧r間序列小波分解

受異常數(shù)據(jù)處理以及缺失數(shù)據(jù)補齊之后，人們所獲得的瓦斯?jié)舛葧r間序列具有明顯的波動特征，自身處理難度較大，但是通過對時間序列的進一步分析后發(fā)現(xiàn)，波動數(shù)據(jù)的極大值分布密度較小，所以在小波處理方法下，采用具有滿意光滑性的sym4小波基對數(shù)據(jù)做小波基分解。在小波基分解過程中，分解的層數(shù)越高，則所能除去的低頻成分越多，所獲得數(shù)據(jù)精準性越高，因此在數(shù)據(jù)處理中所確定的分解層數(shù)不宜過多，本文建議采用三層分解的方法。

2.1.2 小波分解系數(shù)的閾值處理

在閾值處理環(huán)節(jié)可以采用無偏風險估計準則、閾值法以及混合準則等方法進行數(shù)據(jù)處理。在實施階段，本文考慮到瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)本身存在的時間序列波動性特征，在數(shù)據(jù)處理過程中容易發(fā)現(xiàn)有效信號與噪聲信號重疊的問題，并且兩者交替產(chǎn)生，因此數(shù)據(jù)處理難度較大。同時瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)本身會在不同的時間節(jié)點的數(shù)據(jù)表達過程中出現(xiàn)規(guī)律性拆，所以數(shù)據(jù)處理過程中采用自適應特性的無偏風險估計準則對閾值做自適應處理，在風險值函數(shù)的基礎上確定最小風險值來確定閾值，這樣就可以保留較多的有效信號。

在數(shù)據(jù)處理過程中，通過對分解獲得的小波系數(shù)平方值w（k）從小到大排序后形成向量W={w（k），k=1，2...NS}，其中的NS代表小波系數(shù)的數(shù)量，這樣在對噪聲數(shù)據(jù)的處理中，每個元素的定義風險值為：

在上述數(shù)據(jù)結構下，閾值λ的計算公式為：

其中σ代表隨機噪聲的標準差，kmin代表取最小值時所對應的序列號。

2.1.3 瓦斯?jié)舛葧r間序列的重構

在經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理后，工作人員可以通過小波逆變換的數(shù)據(jù)處理方法，將閾值處理后的小波系數(shù)與尺度系數(shù)做重構處理，在重構處理模式下可以獲得瓦斯噪聲的序列，而相對應的就是消噪之后的瓦斯?jié)舛葧r間序列，達到數(shù)據(jù)處理目的。

2.2 基于HHT的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)消噪處理

HHT瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)消噪處理也是一種有效的噪聲數(shù)據(jù)處理方法，其具體過程為：

2.2.1 對瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的EMD處理

針對煤礦井下所獲得的一段時間原始瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)續(xù)聯(lián)，先通過EMD的護理方法，使其成為若干個INF分量。

2.2.2 瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的HHT譜分析

對每個IMF分量數(shù)據(jù)做Hilbert變換處理，將計算得出的原始瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的序列進行整理，形成邊際譜，根據(jù)邊際譜中所呈現(xiàn)的頻幅關系變化，基本確定邊際譜中能量相對集中的頻率區(qū)間，并將該區(qū)間作為監(jiān)測瓦斯數(shù)據(jù)序列有效頻率分布的主要范圍。相應的，工作人員還需要針對每個IMF分量做EMD處理以及Hilbert變化，獲得每個IMF分量的邊際譜，這樣可以保障數(shù)據(jù)處理質量。

2.2.3 相關性分析

按照每個邊際譜的數(shù)據(jù)變化情況判斷不同IMF分量與原始瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)序列之間的相關性，期間若發(fā)現(xiàn)IMF分量向對應的邊際譜中的能量分布與原始瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的序列呈現(xiàn)出集中式分布之后，就可以認為兩組數(shù)據(jù)之間存在著相關性，而其中的相關性則受到頻率變化反應的影響，按照相關性的強弱來集中判定頻率分布區(qū)的集中程度。此時若發(fā)現(xiàn)IMF分量的邊際譜中具有相對集中的能量分布，并且這種分布方式具有十分明顯的集中區(qū)間時，則可以判斷上述數(shù)據(jù)之間具有很強的相關性，就可以將這組數(shù)據(jù)基本作為判斷瓦斯?jié)舛葧r間序列的具體指標。

3 結束語

礦井瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)對礦井安全生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響，在消噪處理環(huán)節(jié)，工作人員應該充分認識到小波處理技術與HHT技術的優(yōu)勢，積極發(fā)掘上述兩種技術的優(yōu)勢，這樣才能有效消除瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)噪音，為保證安全生產(chǎn)奠定基礎。