矿井瓦斯浓度数据采集与融合及安全预警方法
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为避免单点失效 和获 取数据 的全 面合理性 ，本文 提 出 对于井 下的多条巷道 ，根据 每条巷道 的实 际情 况划分 多个
监测 区域 ，每个监 测 区域再设 置多 个监测 点 ，形成 多监测 区域多监测点 的监 测格 局 ，进而对 整个 井下 的瓦斯 浓度情 况进行监测和评 价 。此外 ，传感器 在每 条巷道 的不 同监测 区域 ，同一监测 区域 中的不 同监测 点采 集到 的瓦斯浓 度数 据可能会存在 很大 的差别 ，同时 ，不 同传感器 采集 到的 瓦 斯浓度数据其 重要 程度也 不尽 相 同。也 就是说 ，那 些来 自 关键监测 区域和关键监 测点 的传感 器所 采集 到的瓦 斯浓度 数据应该最具代 表性 ，应 该受 到足够 的重视 ，因此还 需要 对监测区域和监测 点 的权重进 行评估 ，才能 得出合 理准确 的监测结果 。
２０１６年 ３月 第 ３７卷 第 ３期
计 算机 工程 与设计
ＣＯＭ ＰＵＴＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ
Ｍ ａ ｒ．２０１６ ＶｏＩ．３７ Ｎｏ．３
矿 井 瓦斯 浓 度 数 据 采 集 与 融合 及 安 全 预 警 方 法
戴 结，刘建辉 ，王 伟
（辽 宁工程 技 术大 学 电子与信 息 工程 学院 ，辽 宁 葫 芦 岛 １２５１０５）
Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄａｔａ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ
Biblioteka Baidu
ＤＡＩ Ｚｈｅ，ＬＩＵ Ｊｉａｎ－ｈｕｉ，Ｗ ＡＮＧ Ｗ ｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈ ｕｌｕｄａｏ １２５１０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｅ－ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｅ－ｗａｒｎｉｎｇ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅ＆ Ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｇａｓ ｄｅｎｓｉ— ｔｙ ｄａｔａ ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｍ ｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｆｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄａｔａ ｗａｓ ｐｒｅ－ ｓｅｎｔｅｄ ｂｙ ｌｅｖｅｒａｇｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔｓ ａｓｓｉｇｎｍ ｅｎｔ ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ｐｒｏｐ ｏ ｓｅｄ． Ｔｈｅ ｆｕｓｉｎｇ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｇａｓ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｍｕｌｔｉ－ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｒｅａ ａｎｄ ｍ ｕｌｔｉ－ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｏ ｉｎｔ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ａ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｅｘａｍｐｌｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｐｒｏｐ ｏ ｓｅｄ ｃａｎ ｃａｐｔｕｒｅ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｍ ｕｌｔｉ－ａｒｅａｓ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｃｏｒｒｅｃｔ ｄａｔａ ｏｎ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｂｅｃｏｍｅｓ
ｍｏｒｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ；ｆｕｚｚｙ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ；ｓａｆｅｔｙ ｐｒｅ－ｗａｒｎｉｎｇ
Ｏ 引 言
目前大多数 的煤矿 井下 瓦斯浓 度监测 系统 基本上 是在 监测区域放置一个 瓦斯浓 度传感 器 ，然后 根据传 感器 上传 的数据是否超过 瓦斯 浓度 阈值进 行安全 预警 。然 而 ，这种 方法的缺点是单个 传感器 采集 的数据 有可 能不准 确 ，或者 单个数据采集点获取 的数据 不能够 合理 的反映 当前监 测 区 域的整体瓦斯浓度 。
摘 要 ：针对煤矿 瓦斯浓度监测和安全预警需求及井下环境特点 ，提 出一种 煤矿 井下瓦斯浓度数据 采集策略和 数据融合及 预警方法 。介绍煤矿井下瓦斯浓度 数据采集策略 和相 应监 测 系统的硬件 构成 ，提 出一种利 用模糊综合评 判模型 对瓦斯浓度 数 据 进 行 融 合 的 方 法 ，给 出各 瓦斯 浓度 数 据 监 测 区域 和 监 测 点 的权 重分 配 方 案 ，结 合 实例 描 述 多监 测 区 域 多监 测 点 的 瓦斯 浓度数据融合与结果评判及预 警方法。实验 结果表 明，该 方法能够更为全 面地获取 井下多 区域 多地 点瓦斯浓度数据 ，有效 避免极端数据对判别 当前通风环境下瓦斯浓度数 据的影响，瓦斯浓度数据 融合 与评判 结果 更为客观 准确 。 关键词 ：瓦斯浓度 ；模糊 ；综合评判 ；数据融合 ；安全预警 中 图 法 分 类 号 ：ＴＰ２１２ 文 献 标 识 号 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００—７０２４ （２０１６）０３—７８３—０５ ｄｏｉ：１０．１６２０８／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－７０２４．２０１６．０３．０４３
监测 区域 ，每个监 测 区域再设 置多 个监测 点 ，形成 多监测 区域多监测点 的监 测格 局 ，进而对 整个 井下 的瓦斯 浓度情 况进行监测和评 价 。此外 ，传感器 在每 条巷道 的不 同监测 区域 ，同一监测 区域 中的不 同监测 点采 集到 的瓦斯浓 度数 据可能会存在 很大 的差别 ，同时 ，不 同传感器 采集 到的 瓦 斯浓度数据其 重要 程度也 不尽 相 同。也 就是说 ，那 些来 自 关键监测 区域和关键监 测点 的传感 器所 采集 到的瓦 斯浓度 数据应该最具代 表性 ，应 该受 到足够 的重视 ，因此还 需要 对监测区域和监测 点 的权重进 行评估 ，才能 得出合 理准确 的监测结果 。
２０１６年 ３月 第 ３７卷 第 ３期
计 算机 工程 与设计
ＣＯＭ ＰＵＴＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ
Ｍ ａ ｒ．２０１６ ＶｏＩ．３７ Ｎｏ．３
矿 井 瓦斯 浓 度 数 据 采 集 与 融合 及 安 全 预 警 方 法
戴 结，刘建辉 ，王 伟
（辽 宁工程 技 术大 学 电子与信 息 工程 学院 ，辽 宁 葫 芦 岛 １２５１０５）
Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄａｔａ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ
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ＤＡＩ Ｚｈｅ，ＬＩＵ Ｊｉａｎ－ｈｕｉ，Ｗ ＡＮＧ Ｗ ｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈ ｕｌｕｄａｏ １２５１０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｅ－ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｆｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｅ－ｗａｒｎｉｎｇ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅ＆ Ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｇａｓ ｄｅｎｓｉ— ｔｙ ｄａｔａ ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｍ ｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｆｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄａｔａ ｗａｓ ｐｒｅ－ ｓｅｎｔｅｄ ｂｙ ｌｅｖｅｒａｇｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔｓ ａｓｓｉｇｎｍ ｅｎｔ ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ｐｒｏｐ ｏ ｓｅｄ． Ｔｈｅ ｆｕｓｉｎｇ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｇａｓ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｍｕｌｔｉ－ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｒｅａ ａｎｄ ｍ ｕｌｔｉ－ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｏ ｉｎｔ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ａ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｅｘａｍｐｌｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｐｒｏｐ ｏ ｓｅｄ ｃａｎ ｃａｐｔｕｒｅ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｍ ｕｌｔｉ－ａｒｅａｓ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｃｏｒｒｅｃｔ ｄａｔａ ｏｎ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｂｅｃｏｍｅｓ
ｍｏｒｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｇａｓ ｄｅｎｓｉｔｙ；ｆｕｚｚｙ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ；ｓａｆｅｔｙ ｐｒｅ－ｗａｒｎｉｎｇ
Ｏ 引 言
目前大多数 的煤矿 井下 瓦斯浓 度监测 系统 基本上 是在 监测区域放置一个 瓦斯浓 度传感 器 ，然后 根据传 感器 上传 的数据是否超过 瓦斯 浓度 阈值进 行安全 预警 。然 而 ，这种 方法的缺点是单个 传感器 采集 的数据 有可 能不准 确 ，或者 单个数据采集点获取 的数据 不能够 合理 的反映 当前监 测 区 域的整体瓦斯浓度 。
摘 要 ：针对煤矿 瓦斯浓度监测和安全预警需求及井下环境特点 ，提 出一种 煤矿 井下瓦斯浓度数据 采集策略和 数据融合及 预警方法 。介绍煤矿井下瓦斯浓度 数据采集策略 和相 应监 测 系统的硬件 构成 ，提 出一种利 用模糊综合评 判模型 对瓦斯浓度 数 据 进 行 融 合 的 方 法 ，给 出各 瓦斯 浓度 数 据 监 测 区域 和 监 测 点 的权 重分 配 方 案 ，结 合 实例 描 述 多监 测 区 域 多监 测 点 的 瓦斯 浓度数据融合与结果评判及预 警方法。实验 结果表 明，该 方法能够更为全 面地获取 井下多 区域 多地 点瓦斯浓度数据 ，有效 避免极端数据对判别 当前通风环境下瓦斯浓度数 据的影响，瓦斯浓度数据 融合 与评判 结果 更为客观 准确 。 关键词 ：瓦斯浓度 ；模糊 ；综合评判 ；数据融合 ；安全预警 中 图 法 分 类 号 ：ＴＰ２１２ 文 献 标 识 号 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００—７０２４ （２０１６）０３—７８３—０５ ｄｏｉ：１０．１６２０８／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－７０２４．２０１６．０３．０４３