基于數(shù)據(jù)挖掘技術的煤礦遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究

朱本春+趙云+丁笑迎

摘 要：在煤礦生產過程中，會產生大量的數(shù)據(jù)信息，單憑人工計算很難及時對數(shù)據(jù)做出科學統(tǒng)計和判斷，影響數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計效率。數(shù)據(jù)挖掘技術在煤礦遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的運用，既能解決數(shù)據(jù)統(tǒng)計難題，又能提高數(shù)據(jù)分析效率，對管理人員的決策提供幫助。數(shù)據(jù)挖掘技術的運用可以使復雜的數(shù)據(jù)簡單化，保證礦井生產安全，提高經濟效益和社會效益。

關鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；煤礦；遠程監(jiān)控；網絡運行結構

前言

數(shù)據(jù)挖掘技術在煤礦遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的運用，對煤礦生產具有重要的貢獻作用。文章首先梳理了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、遠程遙控中心子系統(tǒng)和計算機通訊網絡等網絡運行結構，然后闡述了用戶層、數(shù)據(jù)層、服務器層、業(yè)務邏輯層的系統(tǒng)體系結構，最后討論了數(shù)據(jù)挖掘技術在煤礦遠程監(jiān)控中的應用。

1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的網絡運行結構

1.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

就目前我國大中型煤礦使用的監(jiān)控系統(tǒng)來看，大致可以分為國產與進口兩種。國產監(jiān)控系統(tǒng)包括KJ2、KJ22、KJ4和AL系列等，進口監(jiān)控系統(tǒng)包括TF200、MINOS和SEN-TURION系統(tǒng)等，這些都是具有代表性的國產監(jiān)控系統(tǒng)。在生產煤礦時，需要根據(jù)具體的現(xiàn)場操作環(huán)境布置總線網絡，通過連接礦井的各個設備來共享信息和數(shù)據(jù)庫。各個設備雖然用總線網絡連接在一起，但依然具有獨立性，各個煤礦遠程監(jiān)控系統(tǒng)都能獨立對數(shù)據(jù)采集工作負責。數(shù)據(jù)采集工作的參數(shù)分為工況參數(shù)和環(huán)境參數(shù)兩種[1]。工況參數(shù)包括電流、電壓、風門開關和設備開停等。

環(huán)境參數(shù)包括瓦斯、風速、風量、一氧化碳體積分數(shù)和粉塵等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)借助各級服務器把信息呈送給遠程監(jiān)控中心。

1.2 遠程遙控中心子系統(tǒng)

遠程監(jiān)控中心的工作內容是管理和維護系統(tǒng)、在規(guī)定時間內接收并處理各個煤礦的工作情況和數(shù)據(jù)信息、及時公布信息處理結果、及時處理重要參數(shù)等。一氧化碳或瓦斯體積分數(shù)超標都可能引起煤炭事故，這就需要指揮中心直接對工作現(xiàn)場做出指示，當機立斷，通過緊急處理和決策防止煤礦事故的發(fā)生。在特殊情況下，監(jiān)控指揮中心可以通過視頻直接指導工人作業(yè)，確保礦井生產安全。控制中心具備礦井的一切數(shù)據(jù)和信息，并且與客戶共享各種數(shù)據(jù)及其分析系統(tǒng)，方便客戶隨時對信息進行查詢和調用。外部存儲器可以有效補充內部Flash供不應求的情況[2]。例如，可以串行Flash，利用外擴的外部存儲器存儲需要進行保護的數(shù)據(jù)，通過總線把Flash連接到設備中，形成主從模式。存儲過程的讀和寫分別采用獨立的系統(tǒng)。KGS-20瓦斯傳感器的基本敏感材料是二氧化錫，具有功耗低的特點，這種半導體型氣體傳感器適用于檢測可燃氣的體積分數(shù)。由負載電阻電壓的變化可以計算傳感器敏感組件電阻的變化，只有檢測電壓、負載電阻、驅動電壓的實際數(shù)據(jù)與參數(shù)相符，才能確保傳感器的高效有序運轉。

1.3 計算機通訊網絡

數(shù)據(jù)挖掘技術的運用提高了數(shù)據(jù)處理的效率和準確率，為網絡系統(tǒng)提供了便利[3]。監(jiān)控中心的另一任務是通過對數(shù)據(jù)的歸納和推理來找出數(shù)據(jù)內部規(guī)律，挖掘數(shù)據(jù)背后的隱含信息，進而對礦井的實際運行情況做出準確判斷和預測，并把預測呈交給上級主管部門或管理部門。計算機網絡通信建立在IP或TCP協(xié)議基礎之上，廣泛應用于各級調度室，客戶機均采用Windows2000進行系統(tǒng)操作。

2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結構體系

2.1 用戶層

用戶層指的是客戶層，不能直接訪問后臺數(shù)據(jù)庫，需要根據(jù)操作要求調用業(yè)務邏輯，通過友好的態(tài)度和方式查詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)。網絡數(shù)據(jù)動態(tài)發(fā)布形式既有利于快速獲取各個煤礦的數(shù)據(jù)信息，有利于工作人員與礦井工人互相傳遞礦井下的生產信息。除此之外，新聞和電子郵件有利于客戶間的信息交流和數(shù)據(jù)共享，BBS及遠程登錄也可以為客戶提供快速交流的平臺[4]。

2.2 數(shù)據(jù)層

合理預測煤礦數(shù)據(jù)參數(shù)，如一氧化碳體積分數(shù)和瓦斯體積分數(shù)等，可以有效消除煤礦生產過程中存在的安全隱患。礦井生產設備及生產過程都具有周期性和重復性的特點，同樣，數(shù)據(jù)的采集也具有周期性。因此，相關的管理人員應該加強數(shù)據(jù)規(guī)律的分析，提高數(shù)據(jù)采集的準確率，減少給煤礦安全系統(tǒng)帶來的損失。

2.3 服務器層

遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠管理服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和Web服務器運行。其中，管理服務器主要負責管理局域礦監(jiān)控網絡，數(shù)據(jù)庫服務器負責存儲工況參數(shù)信息和對客戶開放礦井歷史數(shù)據(jù)，Web服務器主要負責為客戶發(fā)布動態(tài)網頁。如果這三個服務器由容量較大的微機構成，不僅可以為客戶提供高質量服務，還能節(jié)約成本。

2.4 業(yè)務邏輯層

業(yè)務邏輯層是系統(tǒng)的關鍵因素。業(yè)務邏輯層需要分析遠程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)信息，借助煤礦現(xiàn)場信息和瓦斯體積分數(shù)來預測并處理發(fā)生的煤礦事故，運用數(shù)據(jù)挖掘技術，分析、預測工況參數(shù)和現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)，監(jiān)控重要設備的運轉情況，對出現(xiàn)的故障進行診斷。通常情況下，煤礦需要對數(shù)量龐大、模糊復雜的數(shù)據(jù)進行檢測，而由此得到的預測會存在較大誤差，只可作為預測的參考，提示、建議工作人員的下一步行動，不能對管理人員的決策產生決定作用。監(jiān)測系統(tǒng)解決了數(shù)據(jù)分析、預測難題，對特定的數(shù)據(jù)信息有一定的約束力，而數(shù)據(jù)挖掘技術的運用，為廣大客戶提供了優(yōu)質的服務，促進了網絡系統(tǒng)的發(fā)展。

3 數(shù)據(jù)挖掘技術在煤礦遠程監(jiān)控中的應用

3.1 數(shù)據(jù)倉庫

數(shù)據(jù)倉庫是聯(lián)機分析應用數(shù)據(jù)源和決策支持系統(tǒng)的結構化數(shù)據(jù)環(huán)境，主要研究和解決信息問題，數(shù)據(jù)倉庫具有具有擴展性、面向主題、效率高和數(shù)據(jù)質量高的特點。數(shù)據(jù)倉庫包括工況參數(shù)和環(huán)境參數(shù)主題，典型性的倉庫還包括數(shù)據(jù)集市、數(shù)據(jù)導入和訪問工具等。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘模型

數(shù)據(jù)挖掘又叫做資料探勘或數(shù)據(jù)采礦，指的是在處理大量數(shù)據(jù)時，運用算法搜索隱含信息的過程。遠程監(jiān)控主要負責吸收有價值的知識、深層次分析數(shù)據(jù)、智能判斷參數(shù)及設備工作情況，及時發(fā)現(xiàn)煤礦工程存在的問題和故障。建立數(shù)據(jù)挖掘模型可以對數(shù)據(jù)進行整理、分析、歸納和預測，能在實踐中不斷調整和優(yōu)化[5]。因此，建立模型可以有效保障煤礦生產的安全。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘技術的應用

數(shù)據(jù)挖掘技術在煤礦生產過程中起到了重要的促進作用。數(shù)據(jù)挖掘技術既可以自動檢查數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫，又可以對數(shù)據(jù)進行有效分析和預測，為決策提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)挖掘技術是通過建立數(shù)據(jù)模型來預測數(shù)據(jù)，總結數(shù)據(jù)規(guī)律，提高預測的準確率。目前，數(shù)據(jù)挖掘技術主要應用于描述問題形式、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)集成等領域。

4 結束語

總之，數(shù)據(jù)挖掘技術在煤礦遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的運用，推動了數(shù)據(jù)信息化建設的發(fā)展。遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)各個企業(yè)的信息傳遞和數(shù)據(jù)資源共享，而數(shù)據(jù)挖掘技術則提高了數(shù)據(jù)分析的深度和效率，提供了良好的工況參數(shù)和礦井環(huán)境參數(shù)，進而實現(xiàn)了煤礦的安全生產。

參考文獻

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[2]聶飛霞.基于數(shù)據(jù)挖掘技術的圖書館個性化推薦系統(tǒng)研究[D].西北大學，2013.

[3]楊馭東.基于數(shù)據(jù)挖掘技術的瓦斯涌出量預測方法研究[D].內蒙古科技大學，2013.

[4]郝夢堯.基于通信技術的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)研究與應用[J].科技致富向導，2013，3（30）：129-130.

[5]王若成.基于數(shù)據(jù)挖掘的煤礦計算機安全監(jiān)測體系建立[J].煤炭技術，2013，1（26）：124-125.endprint