基于數(shù)據(jù)挖掘的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王慧

摘? 要：煤礦安全生產(chǎn)是煤礦發(fā)展重要的一部分，而在對(duì)煤礦安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問題，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法是在特定點(diǎn)設(shè)定傳感器，進(jìn)而達(dá)到對(duì)信號(hào)的采集，再通過有線傳輸將信號(hào)傳輸?shù)娇刂浦行模@種傳輸方式存在著極大的測(cè)量盲區(qū)，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的危險(xiǎn)不能及時(shí)預(yù)警，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種誤判與漏判的現(xiàn)象，為此需要加強(qiáng)對(duì)煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而提高煤礦安全預(yù)警的精確性。該文分析了基于Apriori的煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與基于Apriori的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而為更好地設(shè)計(jì)煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：Apriori? 煤礦安全預(yù)警? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）07（c）-0016-02

1? 基于Apriori的煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

為了有效地保證煤礦安全監(jiān)測(cè)的精確性，其監(jiān)控結(jié)構(gòu)會(huì)涉及到多個(gè)領(lǐng)域，但實(shí)際上煤礦生產(chǎn)過程中其環(huán)境極其惡劣，這就極易造成安全監(jiān)控出現(xiàn)各種問題。同時(shí)傳統(tǒng)的有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是依靠特定的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行特殊的應(yīng)用型鋪設(shè)，這種監(jiān)測(cè)方式的移動(dòng)性與組網(wǎng)性較差，在一定程度上極大地影響了煤礦生產(chǎn)質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在煤礦監(jiān)測(cè)中逐步引入了無線傳感技術(shù)與特種總線技術(shù)，并且煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正在向著智能化與精準(zhǔn)化的方向發(fā)展，其中無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)能力強(qiáng)、無盲點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，通過無線傳感器可以有效地對(duì)煤礦數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，為此，無線監(jiān)測(cè)在煤礦安全監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。除此之外，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行處理，并不能很好地對(duì)數(shù)據(jù)加以深度處理分析，這就極易造成數(shù)據(jù)信息的遺漏，而且對(duì)安全預(yù)警決策時(shí)并沒有采取智能化的手段，主要是依靠人工，這大大降低了工作的效率。在煤礦安全監(jiān)測(cè)中該文主要是將TT-CAN總線傳輸技術(shù)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)相結(jié)合，采用改進(jìn)的Apriori煤礦安全預(yù)警對(duì)上位機(jī)數(shù)控進(jìn)行軟件模塊分析，從而得到煤礦安全中各因素之間的關(guān)系，進(jìn)而提高煤礦安全監(jiān)測(cè)的效率。

該系統(tǒng)是由3層組成的，第一層主要是數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)預(yù)處理電路，該系統(tǒng)通過特種傳感器對(duì)與煤礦安全相關(guān)的各因素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，待數(shù)據(jù)采集完成后再通過數(shù)據(jù)預(yù)處理將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到原始數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣一來就便于后期對(duì)數(shù)據(jù)的使用。第二層采用的是以DSP與MCO2515為架構(gòu)的可靠性TTCAN兼容控制器，該兼容控制器可以有效的降低錯(cuò)誤率，而且具有較高的實(shí)時(shí)性。第三層主要是數(shù)據(jù)上位機(jī)分析系統(tǒng)，分析與煤礦安全因素相關(guān)聯(lián)的因素，研究這些因素與預(yù)警的相關(guān)性，從而確保煤礦安全預(yù)警的準(zhǔn)確性。在對(duì)煤礦上位機(jī)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析時(shí)需要先將系統(tǒng)形成后采集的數(shù)據(jù)上傳，其中傳感器所采集到的數(shù)據(jù)可以有效地實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)覆蓋，將煤礦安全的各因素進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)采集覆蓋，這在極大程度上提高了煤礦安全預(yù)測(cè)的精確度。除此之外，該系統(tǒng)還能夠提供較為完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以將煤礦安全因素之間的關(guān)聯(lián)加以分析，這樣一來就可以有效地幫助工作人員對(duì)煤礦安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這極大地為煤礦安全的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)提供了保障。

2? 基于Apriori的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于Apriori的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)涵蓋了系統(tǒng)各層的硬件支撐，按照系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架，該文中的硬件設(shè)計(jì)主要包括傳感器節(jié)點(diǎn)與組網(wǎng)、總線支撐、告警模型構(gòu)造3個(gè)部分。

2.1 傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

該文的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器安全因素主要來源于TTCAN總線結(jié)合的固定傳感器與ZIGBEE的移動(dòng)傳感器。當(dāng)危險(xiǎn)數(shù)據(jù)超出預(yù)警線時(shí)，這時(shí)固定傳感器就會(huì)報(bào)警，一部分固定節(jié)點(diǎn)就會(huì)充當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)的角色，進(jìn)而達(dá)到對(duì)各種外圍電路進(jìn)行外圍支撐的目的。在AT89C52芯片的基礎(chǔ)之上進(jìn)行移動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理，使得光電耦合電路與現(xiàn)場(chǎng)相連接，進(jìn)而達(dá)到有效采集數(shù)據(jù)的目的。但事實(shí)上，由于煤礦生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種惡劣環(huán)境，這時(shí)在采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)就會(huì)造成噪聲混入到數(shù)據(jù)采集中，進(jìn)而影響到有用信號(hào)的采集，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問題。為了有效解決這類問題可采用放大信號(hào)電路與濾波電路的方式，或是采用一定的芯片使噪音得以消除。該文外圍支撐中的信號(hào)放大電路則是采用AD620芯片有效地將信號(hào)進(jìn)行去噪，從而保證了信號(hào)的帶寬與精準(zhǔn)度。濾波電路則是采用MAX275帶通濾波器來達(dá)到濾波的低失真，并采用二階的貝塞爾濾波器設(shè)計(jì)模式有效設(shè)定最低與最高頻率的區(qū)間。通過ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)傳輸將預(yù)處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，從而確保支撐電力有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)（如圖1所示）。

2.2 總線架構(gòu)的設(shè)計(jì)

煤礦安全警報(bào)的實(shí)時(shí)性會(huì)直接影響到煤礦的安全，而事實(shí)上傳統(tǒng)的CAN總線在煤礦安全事件發(fā)生時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的警報(bào)具有一定的延時(shí)性，這就會(huì)大大影響到煤礦安全的監(jiān)控，不能有效地滿足煤礦安全警報(bào)的實(shí)時(shí)性。而TTCAN總線則可以有效地冗余時(shí)間控制器，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性大大提高，為此，該文采用雙通道冗余的TTCAN控制器，每個(gè)TTCAN控制器配備兩路CAN總線，并將DSP芯片與CAN控制器有效結(jié)合來設(shè)計(jì)TTCAN的硬件，從而形成了一套獨(dú)立的總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有效地實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)層之間的全面冗余。

2.3 診斷模型的構(gòu)造

該系統(tǒng)采用預(yù)處理的方式進(jìn)行上位機(jī)數(shù)據(jù)分析，主要操作程序是將數(shù)據(jù)裝入SpssClemntine數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)，再通過Apriori算法的方式對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行詳細(xì)的分析，這時(shí)為了有效地找到最大的數(shù)據(jù)頻繁集就需要采用特定的最小支持度與置信度支持，為了確保加載數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性可以采用SQL技術(shù)將數(shù)據(jù)直接加載到數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘。

3? 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性較差、存在盲區(qū)的缺陷，為此，在進(jìn)行煤礦安全預(yù)警中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)誤判與漏判的情況。該文則是通過改進(jìn)Apriori的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將TTCAN與無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而使測(cè)量盲點(diǎn)得以消除，而且數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性也得到了有效的保障，并對(duì)煤礦安全生產(chǎn)中的各因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)性的及時(shí)識(shí)別，達(dá)到對(duì)煤礦安全的多角度預(yù)警，從而確保煤礦的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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