[發(fā)明專利]基于CO數(shù)據(jù)的綜采工作面作業(yè)工序模糊聚類識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911279698.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110956155B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢震;王海波;姚超修;武福生;蔣澤;韓朝暉;屈世甲;何敏;張衛(wèi)國(guó);張煒;謝浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司;中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F18/23213
• 分類號(hào): G06F18/23213;G06F18/10;G06F18/213;G06F18/24
• 代理公司: 常州聯(lián)正專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32546
• 代理人: 張?jiān)?/td>

本發(fā)明涉及一種基于CO數(shù)據(jù)的綜采工作面作業(yè)工序模糊聚類識(shí)別方法，包括采集原始CO濃度時(shí)間序列、小波閾值去噪、小波分解、重構(gòu)小波分解系數(shù)、求解各頻帶能量、構(gòu)建特征向量及模式識(shí)別。本發(fā)明將監(jiān)控系統(tǒng)中濃度時(shí)間序列與采煤工序有效對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)以CO數(shù)據(jù)為分析基礎(chǔ)對(duì)采煤工序進(jìn)行辨識(shí)，進(jìn)而有助于煤礦的工程技術(shù)人員更加及時(shí)地掌握和判斷綜采工作面的實(shí)時(shí)綜采作業(yè)狀況以及不同階段CO涌出特點(diǎn)作出不同的應(yīng)急預(yù)案，為后續(xù)不同工序下的分類預(yù)警作支撐。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于安全監(jiān)控系統(tǒng)CO數(shù)據(jù)的綜采工作面作業(yè)工序模糊聚類模式識(shí)別。

背景技術(shù)：

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄CH4、CO、風(fēng)速等傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，然而并沒(méi)有深入的進(jìn)行挖掘，以自然發(fā)火為例，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，對(duì)于礦井自燃災(zāi)害通常以安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CO氣體濃度為監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)指標(biāo)，并規(guī)定了24ppm為閾值的報(bào)警極限。但煤礦井下特別是煤自燃需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的工作面上隅角的CO氣體并不只是來(lái)源于采空區(qū)內(nèi)的遺煤氧化，研究表明該處CO氣體還會(huì)來(lái)自煤層賦存原生CO以及工作面割煤，尤其是正常作業(yè)流程中的割煤作業(yè)流程對(duì)煤體的破壞較大，會(huì)涌出較多的CO氣體，而其他階段產(chǎn)生的CO氣體并不多，不同作業(yè)工序下產(chǎn)生CO氣體的規(guī)律呈現(xiàn)明顯的不同，因此為了更有效的利用安全監(jiān)控系統(tǒng)CO數(shù)據(jù)進(jìn)行煤自燃的監(jiān)測(cè)判定，有必要對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，提取明顯的特征參數(shù)作為識(shí)別指標(biāo)，將監(jiān)控系統(tǒng)中濃度時(shí)間序列與采煤工序有效對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)以CO數(shù)據(jù)為分析基礎(chǔ)對(duì)采煤工序進(jìn)行辨識(shí)，進(jìn)而有助于煤礦的工程技術(shù)人員更加及時(shí)地掌握和判斷綜采工作面的實(shí)時(shí)綜采作業(yè)狀況以及不同階段CO涌出特點(diǎn)作出不同的應(yīng)急預(yù)案，為后續(xù)不同工序下的分類預(yù)警作支撐。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種能有效的區(qū)分綜采工作面不同采煤工序下的CO濃度時(shí)間序列的基于安全監(jiān)控系統(tǒng)CO數(shù)據(jù)的綜采工作面作業(yè)工序模糊聚類模式識(shí)別。

本發(fā)明提供一種基于CO數(shù)據(jù)的綜采工作面作業(yè)工序模糊聚類識(shí)別方法，包括如下步驟：

一、選取綜采工作面為研究對(duì)象，采集工作面上隅角CO濃度，并記錄CO濃度時(shí)間序列曲線；

二、對(duì)CO濃度時(shí)間序列進(jìn)行小波閾值去噪處理；

三、采用小波包能量譜對(duì)CO濃度時(shí)間序列進(jìn)行特征向量提取；

四、通過(guò)模糊聚類理論對(duì)CO濃度時(shí)間序列特征向量進(jìn)行模式識(shí)別。

其中，步驟二具體包括如下步驟：

(1)分解小波，選用合適的小波基，確定分解層數(shù)，對(duì)含噪信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算分析參數(shù)；

(2)閾值函數(shù)構(gòu)造，閾值函數(shù)包括軟閾值及硬閾值，硬閾值是將小波分解系數(shù)后的絕對(duì)值與閾值進(jìn)行對(duì)比，如果信號(hào)不大于閾值則設(shè)置為零，反之保持不變，軟閾值是將小波分解系數(shù)后的絕對(duì)值與閾值進(jìn)行對(duì)比后，把不大于閾值的函數(shù)設(shè)置為零，而大于閾值的信號(hào)設(shè)置為絕對(duì)值與閾值的差，信號(hào)就會(huì)趨向于零，表達(dá)式(1)如下

其中，λ₁-上閾值；λ₂-下閾值；-小波系數(shù)；w_j,k-原始小波系數(shù)；

(3)閾值的選取，選擇無(wú)偏風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)準(zhǔn)則確定閾值；

(4)重構(gòu)小波，經(jīng)過(guò)閾值函數(shù)處理后的小波系數(shù)經(jīng)過(guò)逆變換得到的信號(hào)，重構(gòu)得到濾除噪聲后的CO濃度時(shí)間序列曲線。

其中，步驟三具體包括如下步驟：

(1)以Db5為小波基對(duì)采集并去噪處理的CO濃度時(shí)間序列進(jìn)行小波包分解，得到各頻帶系數(shù)分布圖；

(2)通過(guò)小波包能量譜的方法提取各頻帶內(nèi)的能量作為特征向量，作為識(shí)別綜采工作面不同工序的特征參數(shù)。