基于KPCA-BiLSTM-iForest的瓦斯体积分数异常智能识别方法

为了实现瓦斯体积分数异常在线精准超前识别,提出1种基于多元异构数据融合的瓦斯体积分数异常识别方法(KPCA-BiLSTM-iForest),该方法采用核主成分分析(KPCA)对非线性数据进行降维和特征提取,提取主要信息并减少计算量,并采用双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)对降维后的数据进行瓦斯体积分数预测,利用隔离森林(iForest)根据预测结果及实际值相关数据进行异常检测。研究结果表明:该方法能够提前20 min检测到瓦斯体积分数异常,且异常识别准确率较KPCA-LSTM-iForest方法,KPCA-iForest方法和KPCA-BiLSTM-LOF方法可以提升3个百分点以上。研究结果可为识别瓦斯体积分数异常并提出预警提供依据。

煤矿工业数据AI模型自动推理技术

煤矿生产过程的智能化主要依托于人工智能(AI)技术分析煤矿工业数据,但单一应用场景AI模型无法适用于煤矿复杂的应用场景,且仅使用分布式计算来处理AI模型输入特征值会导致模型应用效率降低。针对上述问题,提出了一种煤矿工业数据AI模型自动推理技术。该技术架构包括数据层、计算驱动层和模型推理层:数据层采集各类监测数据并统一存储,为计算驱动层提供原始数据;计算驱动层将数据层采集的海量原始数据转换成煤矿应用场景AI模型输入特征值,通过煤矿应用场景AI模型输入特征值双计算引擎自动切换机制,根据数据量自动合理地选择使用基于Spark的分布式计算方式或基于Python的单机计算方式,解决了海量数据计算速度慢、数据应用延迟大的问题;模型推理层将特征值输入应用场景AI模型进行推理,引入煤矿应用场景AI模型多触发方式协同推理机制,通过定时触发、人为交互触发、信号反馈触发3种触发方式,解决了在煤矿复杂的应用条件下单一应用场景AI模型利用效果差的问题。测试和应用结果表明,该技术可实现多应用场景AI模型输入特征值的快速计算,以及不同应用场景AI模型的快速、自动、协同推理。

煤矿事故大数据驱动的风险治理模式研究综述

为明确智能化风险治理在煤矿的研究进展,综合分析数据驱动的煤矿安全风险治理模式研究发展现状,评述用于煤矿安全风险评估的不同预测手段和分析模型,首先,明确智能化风险治理的概念,并检索相关文献确定分析范围;然后,从数据驱动分析方法、煤矿安全风险评估模型和煤矿大数据预测预警平台等3方面,综述事故大数据研究现状、存在的问题及发展趋势。结果表明:煤矿安全领域已基本形成数据驱动的风险分析理论和应用框架,但仍不能满足风险评估与应急管理的需求。在预警平台应用方面,已形成统一的、通用的煤矿安全生产大数据分析平台基本框架,但在生产实际中的应用和推广还远远不够。未来应从提高数据质量和融合动静态多源数据入手,构建综合风险评估模型,研判煤炭开采风险,并加强数据驱动分析在生产实际中的应用,以推动煤矿安全风险治理模式由经验主义向数据驱动转变,实现煤矿安全风险治理信息化与智能化。

矿山智能供电数据应用规范构建研究

传统的电力监控系统,存在数据标准规范不统一、系统分散建设、设备厂商接口与协议不开放、兼容性差等问题,导致系统集成和融合难度大,在矿山企业信息管理数据中形成了信息孤岛。随着智能化矿山建设目标的确立以及数据融合共享规范体系的建立,有效地打破了数据壁垒和信息烟囱,在规范体系下智能供电数据应用规范的建设也迎来了新的发展高潮。结合多年来在智能矿山供电系统建设方面的经验,总结了目前我国矿山智能供电数据应用建设面临的问题,阐明了在智能化矿山数据融合共享规范体系下智能供电数据应用规范建设的原则和框架,阐述了数据融合共享规范体系下智能供电数据应用规范建设的关键点,包括智能供电管控平台、智能变电所、智能配电装置、智能防越级跳闸系统、智能精准选漏保护系统五大专题为核心的供电数据应用规范建设的重点建设内容,形成了较为完整的数据融合共享规范下智能供电数据应用建设规范。

矿井三维空间数据模型建立

针对标准化煤矿数据模型欠缺导致的煤矿数据利用效率低、数据共享少等问题,研究了煤矿三维空间多元数据关系及其属性数据规划;给出了从采掘工程平面图到巷道三维建模的过程及算法,形成了基于ORM映射的煤矿数据模型,并在WebGL技术体系下进行了三维模型输出。结果表明:建立的空间数据模型存储、利用效率高,能够为矿山安全信息化智能决策的数据利用及分析提供支持。

煤矿GIS一张图快速构建平台研究

目前,煤矿使用的工程专题地图基本都是CAD制图,高效提取CAD图件中的数据并快速组织成地理信息系统(GIS)服务,进而支持矿井空间对象创建和业务属性扩展,集成安全生产实时数据,是构建煤矿GIS一张图的关键。基于ArcGIS平台将CAD图件转为GIS服务的方法实现过程较为繁琐,且ArcGIS平台成本较高,无法较好地跨平台运行。针对该问题,设计了一种煤矿GIS一张图快速构建平台。该平台包括CAD图件管理、地图服务发布、专题地图管理3大功能模块:CAD图件管理模块用于图件基础信息管理和状态跟踪,地图服务发布模块用于地图打包发布和在线预览,专题地图管理模块用于地图服务管理、矿井对象创建及属性扩展。基于开放设计联盟(ODA)的Teigha for Java SDK实现CAD图件全要素精确识别与快速准确提取;通过构建基于GIS数据特征的煤矿CAD图件数据分层描述模型,实现了CAD图件全要素数据快速存储;按照面向对象设计思路,开发了Spring Cloud框架下的Web端煤矿CAD图件数据集存储接口及专题地图服务发布平台,实现了煤矿GIS一张图快速构建。以某煤矿采掘工程平面图为例,分别采用传统方法和快速构建平台进行煤矿GIS一张图的构建,对比结果表明,快速构建平台可大幅提高煤矿GIS一张图的构建效率,为煤矿智能化建设提供时空数字底座。

基于GIS的煤矿地质测量信息数据模型研究

该文从煤矿地质测量的基础工作入手,探究面向GIS的煤矿地质测量信息数据模型构建方法。通过煤矿地质基础工作、煤矿测量基础工作和水文地质基础工作收集海量的测量信息,构建煤矿地质测量信息的概念数据模型和逻辑数据模型。以数据模型为基础,融合信息分类与编码技术,设计煤矿地质测量空间信息系统(MSGIS),用点、线、面这些基本图素直观简洁地表示测量信息,准确形象地描述矿区地质模型,进一步提高系统的易用性和实用性。

基于三维GIS的煤矿数据集成自动化监测系统

为了有效监控煤矿中人员、设备的安全性,该文设计基于三维GIS的煤矿数据集成自动化监测系统。采用无线传感器网络监测煤矿,利用各类传感器采集顶板压力、煤尘、瓦斯等监测数据,提出无线传感器节点定位算法,将RSSI测距定位方法与Euclidean算法相结合,确定传感器节点位置;利用OPC技术集成各类异构煤矿监测数据,引入三维GIS监测平台,通过数字高程模型构建煤矿模型,结合无线传感器网络监测结果,实现煤矿监测数据的可视化。实验结果表明,该系统对煤矿数据集成的自动化监测误差能够控制在0.05%范围内,针对异常监测结果进行预警,能够有效实现煤矿可视化监测。

智能矿山传感器数据采集技术研究

当前的煤矿传感器数据采集解析系统能够实时监测煤矿生产环境中传感器的关键参数。但现有系统在智能化数据解析和处理能力上存在不足,无法高效利用海量数据。为提高数据采集系统的智能化程度,提出了一种基于BS(Browser/Server)架构的可视化配置功能,通过数据源协议等基础信息的配置、原始数据与数据对象模型的映射绑定、配置数据到采集解析服务之间的实时同步,提高了数据采集与解析的效率和准确性。

煤矿灾害预警平台研究与应用

随着煤矿信息化与智能化建设工作的不断推进,灾害治理与安全生产的要求日益提高,各类灾害事故的频发使灾害预警系统的重要性更突显。传统煤矿灾害预警系统难以挖掘分析各种监测信息的数据特征,对海量灾害监测数据利用率较低,导致预警的可信度不高。探讨煤矿灾害预警平台的设计、研发和应用情况,利用数据挖掘分析技术,构建预警指标体系与灾害预警模型,对潜在灾害开展早期预警,降低事故发生的风险,从而提高煤矿安全生产水平。

沙梁煤矿地质保障系统建设与应用

煤矿地质保障系统是通过对地质、测量和掘进等多源数据的融合分析与管理,建立完善的高精度三维透明地质模型体系,实现地质数据可视化共享、动态修正、资源管理、智能管控、安全生产、地质灾害预警等。为响应国家对煤矿智能化开采的指示及对安全开采的要求,提出基于三维可视化与多源数据融合的煤矿地质保障系统,并将该系统进行了具体的工程应用。

智能化煤矿监测监控数据治理能力提升路径研究

为提升智能化煤矿的生产经营水平,探索治理能力提升路径,根据煤矿监测监控数据要素与应用范式的特点,界定了智能化煤矿监测监控数据治理的概念内涵,提出了从基础数据采集,数据开发管理到数据价值形成的全过程数据治理的研究范式和总体框架,遵循数据驱动决策理念,形成了“信息挖掘—理论推演—场景应用”的数据价值实现过程,并构建了监测监控数据治理能力提升路径的结构方程理论模型,系统分析了智能化煤矿建设背景下监测监控数据治理能力提升的需求导向、学习元素与学习模式之间的传递作用与影响关系,探究了当前煤炭企业监测监控数据治理能力提升的关键路径。

智能化煤矿数据治理概念模型及技术架构研究

智能化煤矿有限的网络、存储、计算资源同技术协同、数据协同、业务协同、组织协同和战略协同的现实需求之间的矛盾凸显,已使数据治理成为制约煤矿智能化建设的关键瓶颈,但智能化煤矿数据治理尚未形成完善的概念模型和技术架构。针对该问题,首先界定智能化煤矿数据治理内涵和关键活动,阐明数据治理对智能化煤矿建设的重要意义,基于五要素集成论构建智能化煤矿数据治理概念模型;然后在概念模型的指导下形成智能化煤矿数据治理技术架构基本思想并对技术架构进行具体设计;最后提出智能化煤矿数据治理实施策略,以期为智能化煤矿数据治理提供分析框架和研究逻辑,从顶层设计角度为智能化煤矿数据治理的技术实现指明思想路线和实施策略。

基于HDF5的煤矿地质三维层叠网格模型分布式存储研究

利用真三维网格化地质模型实现煤矿地质环境的多分辨率表达和多参数的融合是煤矿地学大数据研究的重点内容之一,其核心问题是三维地质模型数据组织、存储和管理等。针对煤矿三维地质网格模型的数据规模、分布式存储和查询性能等问题,提出了一种基于HDF5的煤矿地质三维层叠网格模型分布式存储方案。在网格数据组织方面,采用层叠网格模型对三维地质模型数据进行压缩和分块组织,通过数据分块解决大规模地质网格模型数据的组织问题,数据分块同时将空间相近的数据集中在相邻的硬盘扇区或存储设备中,有利于提高数据调度效率。在数据存储方面,HDF5作为存储的持久化层,用来存储所有的原始数据,采用内存数据库Redis存储热点数据、HDF5元数据等相关信息。在Web服务方面,使用H5Serv发送和接收HDF5数据。在HDF5实现分布式方面,利用网络文件系统(NFS)实现HDF5数据在不同节点服务器之间的共享;利用Rsync和Inotify实现HDF5数据在不同节点服务器的数据实时同步;通过Nginx实现访问时反向代理和数据服务节点的负载均衡。使用Docker容器技术将数据节点服务和Nginx服务进行统一部署,通过JupyterLab交互式分析平台实现实时数据资源的调度和管理。实验结果表明:基于层叠网格的地质模型数据组织和基于HDF5的分布式存储可实现煤矿三维地质网格模型的有效存储管理和空间查询;相对于体素模型和八叉树模型,层叠网格模型数据量小,便于实现地质界面的空间快速查询,空间查询性能优于关系型数据库MySQL和非关系型数据库MongoDB,更适合煤系沉积地层结构的网格化表达和数据组织;基于HDF5的文件存储明显比MySQL和MongoDB数据库存储更加节省空间,主要原因在于HDF5的DataSet可直接存储数据块,不需要额外存储信息。基于层叠网格模型和HDF5的数据组织和存储方案可为煤矿三维地质网格模型的有效存储管理提供借鉴。

采煤沉降区建筑结构稳定性分析

采煤沉降区面积较大或建筑平面面积较大时,建筑结构稳定性分析结果往往不准确,设计了一种新的采煤沉降区建筑结构稳定性分析方法。通过多源SAR数据融合,实现采煤沉降区的建筑地面监测,构建采煤沉降区的建筑结构有限元计算模型;通过有限元分析法实施建筑结构数值模拟,对建筑地基在建筑荷载作用下的土体空间实施受力分析,获取地基沉降和变形情况;通过模拟沉降区建筑结构应力场特征分析采煤沉降区的建筑结构稳定性。测试结果表明,设计方法的模拟准确度较高,且计算性能比较优越,能够满足设计需求。

基于数据挖掘的煤矿安全投入决策分析

由于传统方法进行煤矿安全投入决策分析后,煤矿安全投入成本较高,煤炭产量较低,决策效果较差,为此提出基于数据挖掘的煤矿安全投入决策分析方法。通过基于关联规则精准挖掘煤矿安全数据,根据数据挖掘结果,构建煤矿安全投入评价指标体系,获取评价指标,并无量纲化处理体系中的评价指标,采用层次分析法计算指标权重,构建煤矿安全投入决策模型,获取最优决策方案。仿真实验结果表明,所提方法进行煤矿安全投入决策分析后,安全科技投入成本、安全工程投入成本、安全教育培训投入成本均较低,并且煤炭产量较高,决策效果较好。

智能化煤矿GIS地测协同多源信息数据集成处理模型

为了提高煤矿GIS地测协同多源信息数据集成处理的高效性和准确性,对智能化煤矿GIS地测协同多源信息数据集成处理模型展开研究。该模型设计智能化煤矿GIS地测多源地理空间信息数据目录节点采集多源信息数据,对采集过来的数据实施预处理后从中提取出多源信息数据特征;依据提取结果结合BIM技术构建BIM模型,将采集数据及特征数据填充到模型内,通过坐标转化方法对数据实施坐标变换,实现多源链接,完成多源信息数据集成处理。通过对该方法开展集成处理性能测试,结果表明,对2 000个多源信息数据集进行集成的耗时可下降至0.7~1.2 s,对100 000个数据集进行查询的耗时仅为4.15 s,经过集成处理后,AUC值有所提高,表明模型具有一定的高效性和准确性,应用性能较好。

基于煤矿数据模型的移动监控系统

随着大型煤炭基地设备监控和业务系统的数据和系统大量增加,以及矿井移动终端设备的普及,如何有效管理多个煤矿不同系统的生产数据、监控画面,提高系统整体使用水平的问题日益突出。本文设计并实现一种移动监控系统、统一的数据模型,按照设备和业务系统分组管理生产数据,统一的设备监控画面模型,规范不同业务系统的监控内容;统一的用户权限管理,保证移动端的安全控制访问。该系统主要解决煤矿数据监控难题,随时随地监控生产过程,实现煤矿生产的精细化管理。

动态地质模型规划开采技术在薄煤层中的应用

我国煤矿资源十分丰富,特别是薄煤层具有巨大的可开发潜力,因而开展薄煤层开采技术的研究,对于提高我国煤矿行业的生产效率以及保障职工和设备安全具有积极的示范作用。从薄煤层开采中存在的问题出发,提出基于动态地质模型规划开采技术在薄煤层的应用,在黄陵双龙煤矿工作面进行工业性试验,达到减人提效的升级目的,取得一定的经济和社会价值。该技术为复杂地质条件下的薄煤层开采提供技术保障,对降低生产安全隐患,提高生产效率,优化管理,降低开采成本,保障工作面人员设备安全、高效生产具有重要意义。

关于构建矿山三维GIS的思考

根据煤矿生产的实际情况 ,分析了建立煤矿三维GIS的必要性 ,并针对当前GIS发展的状况 ,提出了建立矿山三维GIS的思路。