煤礦井下危險源相關性數據融合分析

劉云飛河北工程大學

煤礦井下危險源相關性數據融合分析

劉云飛
河北工程大學

煤礦重大危險源數據的處理對危險源的識別具有重要意義。根據煤礦重大危險源監測環境，分析了威脅煤礦安全生產的主要因素，并針對數據的準確性和可靠性設計了危險源數據處理的具體方法。同時結合危險源數據在時空上的冗余對數據的相關性和數據融合進行了方法探討，從而為煤礦危險源監測精確數據的提供和網絡開銷的降低提供理論支撐。

煤礦危險源；數據相關性；數據融合

隨著物聯網技術的發展，煤礦信息化方面也得到了前所未有的發展，在煤礦安全生產和監測預警方面起到了舉足輕重的作用，如井下人員定位系統、瓦斯監控系統等均已納入國家安全生產監督管理的相關文件[1]。但其它行業相比，煤礦行業信息化的發展要明顯地落后，已有的系統之間相互獨立，難于形成合力。而單方面的數據處理系統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據的時間和空間上的相關性，從總體上共享各系統的數據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生，如何有效地預防事故發生成為現場安全管理迫切需要解決的問題。由于煤礦井下環境復雜，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，而要確定煤礦重大危險源需要對產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域；

（2）煤礦井下工作人員的安全意識；

（3）井下運輸設備和監測設備的危險性；

（4）溫度、濕度等危險源周邊環境因素；

（5）井下工作環境的抗災、救災承載能力。

建立在以上觸發因素基礎上才能客觀的反應危險源發展趨勢和危險等級。因此除人為因素外，對煤礦重大危險源監測數據的準確性和可靠性變得尤為重要。

2　危險源數據處理方法

煤礦井下危險源監測主要是通過監測網絡的傳感器采集相關信息，由采集器節點的處理器對數據進行特征提取、識別和評價等綜合數據處理程序[4]。而在煤礦信息化建設的初期階段對監測系統的開發功能較為單一，系統存在結構異構性和數據多源性，數據平臺的建設多采用普通的數據庫，對數據內容和數據格式方面的描述也相對簡單，這在一定程度上阻礙了系統的綜合決策分析。煤礦危險源的判定需要多種因素共同決定，需要對危險源產生的時間、空間狀態等進行綜合分析，融合危險源監測數據后才能得出真實可靠的決策內容。

對危險源的數據處理需要建立在統一規劃，整體設計，分步實施的原則下形成統一的數據描述方式，打破煤礦信息化建設初期那種功能單一、網絡獨立、數據私有的現狀，將各個子系統的監控功能采用模塊化方式設計，來實現重大危險源的監測預警等功能。這樣才能將煤礦各種安全子系統與量化的人為因素相結合，實現對整個煤礦的優化管理與安全動態跟蹤。

3　危險源相關性數據融合

對煤礦重大危險源評判來說，數據間的相關性不僅需要定性分析，更需要定量表示，包括數據的查詢、存儲、傳輸和融合，數據相關性的評價一定程度上能夠有效減少操作復雜度[3]。由于危險源監測網絡中單個節點的監測范圍和可靠性是有限的，為了保障監測信息的準確性，網絡監測數據往往是多源的，且相鄰節點采集到的數據存在一定的冗余性，這些相似性的數據給網絡資源帶來不必要的開銷。

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

數據采集階段主要確定信息源的相關特征及其表現形式，主要操作包括抑制重復數據傳輸和緩存空間相關性數據等；相關性分析方面主要是對數據的相關性進行挖掘和評估，確定多源數據之間的相關性；而在數據融合階段，首先是對數據特征的選擇，對相關性數據進行特征提取，減少需要傳輸的數據量，再在特征提取的基礎上通過數據合并、壓縮、過濾、篩選、計算、預測、評估等手段去除時間上的相關性數據得到預測評估值。通過這種危險源數據資源共享、信息聯動的方式可有效降低相似數據傳輸量和網絡開銷，減少通信資源上競爭。

4　結論

根據煤礦危險源的監測環境，提出了針對性的多源監測數據處理方法，為煤礦危險源的判定和危險源監測系統的整體設計提供重要依據。同時結合煤礦井下危險源的特點，將監測數據進行多源數據融合處理，通過挖掘監測數據之間的時間和空間的相關性等方法全局性的判斷環境狀態，為煤礦重大危險源評判提供高質量的監測信息。

[1]國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知(國發[2010]23號).

[2]孫繼平.煤礦事故分析與煤礦大數據和物聯網[J].工礦自動化:2015,41(3):1-4.

[3]魏忠誠.無線傳感器網絡相關性及關鍵技術研究[D].河北：河北工程大學,2012.

邯鄲市科學技術研究與發展計劃項目（1421103054-6）。

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