張建立，楊棟，王傳剛，張建

（1.華電萊州發(fā)電有限公司，山東 煙臺 261441；2.山東固源信息科技有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

在高速發(fā)展的今天，世界人民已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了更多種的可使用能源，從而導(dǎo)致煤炭的身價大幅度下跌。但是，煤炭作為十八世紀(jì)以來人類使用最多主要能源之一，依然占據(jù)著重要的地位。聚類分析算法的出現(xiàn)，可以將各個相似數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和觀測，可以對監(jiān)控對象進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)監(jiān)測和成分分析，還可以借助監(jiān)控設(shè)備的幫助，對監(jiān)控對象的三維狀態(tài)進(jìn)行二維動畫展示，從而可以使流程和數(shù)據(jù)更為直觀地展示在監(jiān)管者眼前。那么，基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的工作原理以及工作流程的具體內(nèi)容是什么，基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)有什么應(yīng)用渠道和發(fā)展前景，都需要進(jìn)一步地探討[1]。

1 聚類分析的定義

聚類分析（Cluster analysis）就是通過監(jiān)測和計(jì)算，從而將性狀和組成較為相似的對象進(jìn)行靜態(tài)的精準(zhǔn)化分類。通過聚類系統(tǒng)的精準(zhǔn)化分類，可以使監(jiān)測對象依據(jù)不同的性狀和特點(diǎn)被分到不同的類別或者子集之中。這些被分到不同的類別或是子集之中的監(jiān)測對象，大都擁有相似的性狀和特點(diǎn)。通過對監(jiān)測對象的精準(zhǔn)分類，可以對所監(jiān)測的工作流程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更加精準(zhǔn)地搜集和分類，從而幫助監(jiān)測者可以更加全面而及時地對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和了解。聚類系統(tǒng)也具有非常大的多樣性，它不受一種算法限制，在對于不同的集群進(jìn)行監(jiān)測時。就會出現(xiàn)適應(yīng)所監(jiān)測集群的算法模式。比如：①連通性模型，聚類系統(tǒng)在面對連通性模型進(jìn)行計(jì)算的過程中，聚類系統(tǒng)就會優(yōu)先選用分層聚類的方式，在計(jì)算距離連通性的基礎(chǔ)上對所監(jiān)測對象進(jìn)行模型構(gòu)建，從而達(dá)到監(jiān)測效果。②質(zhì)心模型，聚類系統(tǒng)在面對質(zhì)心性模型的監(jiān)測過程中，就會優(yōu)先使用k-means的算法，通過對模型樣品的單個均值向量來進(jìn)行計(jì)算，通過這個計(jì)算結(jié)果從而對模型中各個樣品進(jìn)行狀態(tài)分類和數(shù)據(jù)收集。除了這兩種模型，聚類系統(tǒng)在面對其他比如分布模型、密度模型、子空間模型、組模型、圖模型以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等不同的監(jiān)測模型時，所使用的算法也是不同的。由于聚類系統(tǒng)多樣化的算法模式，就可以很好地應(yīng)對不同要求下的工作監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析任務(wù)，從而達(dá)到更好的監(jiān)測效果。

2 聚類分析的特點(diǎn)

2.1 可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)地分類和計(jì)算

聚類分析系統(tǒng)是目前最為先進(jìn)的數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)之一，它所具有的專業(yè)的、高效的算法系統(tǒng)，可以很好地對監(jiān)測對象進(jìn)行全面和系統(tǒng)的監(jiān)測。在聚類系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測的過程中，可以對監(jiān)測對象全面地、系統(tǒng)地分析和計(jì)算。通過這種精準(zhǔn)的監(jiān)測，聚類系統(tǒng)可以得到更加全面而正確的數(shù)據(jù)。在得到精確數(shù)據(jù)以后，聚類系統(tǒng)又可以通過先進(jìn)的算法系統(tǒng)的分析，從而得到更加精準(zhǔn)的分析結(jié)果。

2.2 可以通過設(shè)備，將三維物體做二維展示

聚類系統(tǒng)區(qū)別于以往傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，它的優(yōu)越性就體現(xiàn)在他可以對監(jiān)測對象的狀態(tài)進(jìn)行“降維”展示。聚類系統(tǒng)的運(yùn)行必須依賴于一定的監(jiān)測設(shè)備，聚類系統(tǒng)可以通過精準(zhǔn)的獲取數(shù)據(jù)和分析手段得到最及時的監(jiān)測情況。在這種基礎(chǔ)上，聚類系統(tǒng)就可以在監(jiān)測設(shè)備中，將所監(jiān)測對象的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的二維動畫展示，從而使得監(jiān)測者可以更加直觀地了解到監(jiān)測對象在各個環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)以及具體的性狀數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)觀測全面化，數(shù)據(jù)整理集中化

由于聚類系統(tǒng)是一個全流程的監(jiān)測系統(tǒng)，他可以通過對監(jiān)測對象在全部工作流程中所有方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和收集。因此，利用聚類系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加全面化。而聚類系統(tǒng)分析出的數(shù)據(jù)，也可以通過直觀的方法展現(xiàn)出來，這就體現(xiàn)出了聚類系統(tǒng)對數(shù)據(jù)整理的集中化[2]。

4 煤質(zhì)檢測中的聚類分析類型

4.1 嚴(yán)格分區(qū)聚類

嚴(yán)格分區(qū)聚類就是要將監(jiān)測樣本進(jìn)行分析和觀測，將監(jiān)測對象中性狀相同的樣本歸屬于同一個集群之中。在燃煤工作的過程中，通過嚴(yán)格分區(qū)聚類，就可以對燃煤工作面上各個煤炭的燃燒狀態(tài)進(jìn)行分類。比如：對燃煤狀態(tài)進(jìn)行不同顏色的劃分和反映，如果煤炭的燃燒狀態(tài)顏色表現(xiàn)為藍(lán)色，就代表煤炭的燃燒暫時處于正常的狀態(tài)之下，不用過于擔(dān)心；如果煤炭的燃燒狀態(tài)顏色為黃色。那么，就說明煤炭在燃燒的過程中狀態(tài)出現(xiàn)了一些問題，系統(tǒng)進(jìn)入了得到警惕和解決，可能是燃燒的煤炭存在煤質(zhì)問題。如果監(jiān)測畫面中煤炭的燃燒狀態(tài)顏色是紅色的，那就說明系統(tǒng)監(jiān)測下煤炭的性狀非常不穩(wěn)定，需要及時地介入和干預(yù)[3]。

4.2 硬聚類

硬聚類就是要將監(jiān)測樣本中的各個對象進(jìn)行精準(zhǔn)地分析和分類，相同種類的對象就可以分為同一子集。我國煤炭資源種類非常豐富，有無煙煤、氣煤、瘦煤等各種種類。并且，在燃煤的行業(yè)內(nèi)，依然煤炭燃燒的性狀又可以分為強(qiáng)粘煤、中黏煤和弱黏煤等類別。通過聚類系統(tǒng)對燃煤過程進(jìn)行硬聚類，可以有效的對燃煤過程中各個類型的煤進(jìn)行識別和歸類，從而使得監(jiān)測人員可以更加直觀地進(jìn)行燃煤信息監(jiān)測，及時地對不適合燃燒的煤炭進(jìn)行剔除。從而大大的提高了燃煤工作的效率，減少了煤炭損耗，進(jìn)一步提高燃煤工作效率和企業(yè)總體效益。

5 基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)工作流程

5.1 數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理

在燃煤工作的過程中，聚類系統(tǒng)可以系統(tǒng)地對燃煤工作的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和把握。聚類系統(tǒng)會對燃煤工作中各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和收集，在數(shù)據(jù)手機(jī)完成后，聚類系統(tǒng)會對所收集的煤質(zhì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的預(yù)處理。通過對煤質(zhì)信息的收集和整合，可以為后期的煤質(zhì)信息可視化工作提供基本的數(shù)據(jù)支持。

5.2 煤質(zhì)信息分析和分類

在聚類系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理工作之后，聚類系統(tǒng)會利用先進(jìn)的k-means算法對經(jīng)過預(yù)處理的煤質(zhì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步地分析和分類。對燃煤的性狀，屬性以及燃燒狀態(tài)進(jìn)行一個系統(tǒng)的分類和匯總。聚類系統(tǒng)還可以對燃煤過程中各個環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)，比如，在煤倉加煤工作環(huán)節(jié)中，聚類系統(tǒng)可以對加入各個煤倉中的煤炭的數(shù)量和種類進(jìn)行監(jiān)測和分類。從而使得煤倉加煤環(huán)節(jié)煤質(zhì)信息可以更加直觀地、系統(tǒng)地表現(xiàn)出來[4]。通過依靠算法對燃煤過程中各流程煤質(zhì)信息的分析和分類，可以為后期的二維動畫展示工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5.3 依賴數(shù)據(jù)生成二維視圖

在聚類系統(tǒng)完成整體的數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理以及煤質(zhì)信息分析和分類工作之后，聚類系統(tǒng)就可以對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維動畫建模。聚類系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果展示一般依賴于一定的監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行，在完成一系列前期工作之后，聚類系統(tǒng)就會在監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測畫面中，生成燃煤過程中各個流程具體情況的二維動畫。將燃煤工作中各個流程中的煤炭總量、煤炭種類、煤炭性狀、煤炭在煤倉中的分布狀況也會在監(jiān)測畫面中通過不同的標(biāo)識進(jìn)行展現(xiàn)。聚類系統(tǒng)通過對燃煤流程的“降維”展示，可以使煤質(zhì)信息更加直觀、系統(tǒng)地得到展示。通過二維動畫的表現(xiàn)，監(jiān)測人員也可以及時地對各環(huán)節(jié)下的信息進(jìn)行監(jiān)控和改進(jìn)。

6 基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)應(yīng)用及前景

聚類系統(tǒng)普一出現(xiàn)，就因?yàn)樗到y(tǒng)而全面的檢測手段以及高度精確的數(shù)據(jù)算法而在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。比如在模式識別、圖像分析、信息檢索等工作中聚類系統(tǒng)就得到了很廣泛的應(yīng)用。而在生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及臨床醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域，聚類系統(tǒng)也到了廣泛的應(yīng)用。而基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，由于它對燃煤工作中各個層面和環(huán)節(jié)煤質(zhì)信息的系統(tǒng)化、實(shí)時化、直觀化的監(jiān)測手段，可以在很大程度上為企業(yè)節(jié)省大量人力成本和資源消耗，從而可以為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。那么，除了在燃煤發(fā)電的工作中可以利用基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)之外。在同類型的需要燃煤作業(yè)的供暖廠、煤焦化廠、金屬冶煉廠、水泥廠、玻璃廠、磚瓦廠、陶瓷廠等企業(yè)中，基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)依然可以發(fā)揮很多的作用[5]。

7 結(jié)語

通過對基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效的減少在燃煤過程中的人力投入和資源損耗，從而可以為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益和成長動力。當(dāng)然，基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)在其他領(lǐng)域依然具有著非常大的優(yōu)越性。相信在不久的將來，基于聚類的煤質(zhì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)一定可以得到更為廣泛的應(yīng)用，從而創(chuàng)造更大的價值。