多传感器数据融合技术在煤矿瓦斯预警中的应用研究

发布时间：2017-07-29 20:24

  本文关键词：多传感器数据融合技术在煤矿瓦斯预警中的应用研究

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【摘要】：近年来,我国煤矿安全生产形势趋于好转,但安全事故时有发生,其中瓦斯事故是当前煤矿生产的主要灾害之一,已成为制约煤矿安全生产的重要因素,如何有效的监控煤矿井下瓦斯环境是解决煤矿安全问题的关键。随着物联网和传感网技术的发展,多传感器数据融合技术近年来成为各国的研究热点,特别是它能够利用各种传感器在性能上的差异性和互补性弥补单一传感器融合结果的片面性缺陷,这对于煤矿复杂多变的环境监测预警具有很好的适应性。论文立足于多传感器数据融合,从融合算法基本实现原理出发,首先对煤矿具体的瓦斯环境特点、瓦斯事故成因进行分析总结,然后对多传感器数据融合理论及算法进行深入的研究,分析当前主要数据融合算法的优缺点及相应的应用环境,并重点研究D-S(Dempster-Shafer)证据理论算法,对证据理论算法在解决冲突问题时存在的不足进行改进,最后提出一种基于多传感器数据融合的煤矿瓦斯预警模型,从而提高煤矿瓦斯安全预警的可靠性。本文主要工作分为以下几个部分:(1)对当前煤矿瓦斯环境监测预警中存在的问题进行分析研究,总结煤矿瓦斯灾害的类型、瓦斯事故成因以及影响瓦斯事故成因的指标选取等,掌握煤矿井下瓦斯等环境参数的特点,为后续多传感器数据融合技术在煤矿环境中具体应用提供基础。(2)对当前多传感器数据融合中主要数据融合理论进行研究分析,对当前煤矿环境监测预警中常用数据融合算法进行分析总结,重点对D-S证据理论进行分析研究。提出一种从证据源和合成规则两方面同时考虑的一种D-S证据理论改进算法。并进行了仿真验证。(3)在对现有数据融合理论和方法研究的基础上,依据煤矿预警模型的设计原则,结合煤矿监控系统的数据流动特点,确定瓦斯数据的融合层次,构建一种基于多种传感器数据融合的瓦斯预警模型,通过在不同层次选择不同的算法来实现煤矿瓦斯安全环境的评估,从而提高煤矿瓦斯监测预警系统的准确性和可靠性。最后,通过对所提模型进行了实例验证。
【关键词】：多传感器数据融合 煤矿安全 D-S证据理论 瓦斯预警
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712;TP202
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 多传感器数据融合国内外研究现状12-14
• 1.2.2 煤矿瓦斯预警系统国内外研究现状14-15
• 1.3 多传感器数据融合在煤矿预警应用中面临的挑战15-16
• 1.4 本文研究内容和结构16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 煤矿瓦斯环境特点18-22
• 2.1 煤矿事故灾害类型分析18-19
• 2.2 煤矿瓦斯事故成因19
• 2.3 影响瓦斯事故的指标选取19-20
• 2.4 煤矿瓦斯数据、信息、预警和决策20-21
• 2.4.1 瓦斯数据、信息、决策与预警的概念20
• 2.4.2 瓦斯预测与瓦斯预警的关系20-21
• 2.4.3 瓦斯监测、预警以及决策之间相互关系21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 D-S证据理论及改进算法研究22-31
• 3.1 煤矿瓦斯预警中常用数据融合算法分析22-23
• 3.2 D-S证据理论算法23-26
• 3.2.1 D-S证据理论基本定义24
• 3.2.2 D-S合成规则24-26
• 3.3 D-S证据理论算法的改进26-28
• 3.3.1 证据源的改进26-27
• 3.3.2 组合规则的改进27-28
• 3.4 算法验证28-30
• 3.5 本章小结30-31
• 第4章 基于多传感器数据融合的煤矿瓦斯预警模型构建31-41
• 4.1 多传感器数据融合概述31
• 4.2 多传感器数据融合模型31-34
• 4.3 煤矿瓦斯预警模型设计原则34
• 4.4 瓦斯预警模型整体设计34-36
• 4.5 基于最短距离聚类的数据级融合36-38
• 4.6 基于改进的D-S证据理论的决策级数据融合38-40
• 4.6.1 D-S证据理论决策流程38-39
• 4.6.2 信度函数的获得39-40
• 4.7 本章小结40-41
• 第5章 预警模型实例验证41-50
• 5.1 实验矿井简介41
• 5.2 数据采集以及融合过程41-48
• 5.2.1 瓦斯等相关数据采集41-42
• 5.2.2 最短距离聚类数据级融合42-43
• 5.2.3 D-S证据理论的决策级数据融合43-48
• 5.3 结果分析48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 结论50-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-56
• 作者简介56
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况56-57

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