基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

朱本春+趙云+丁笑迎

摘 要：在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，單憑人工計(jì)算很難及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)做出科學(xué)統(tǒng)計(jì)和判斷，影響數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)效率。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用，既能解決數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)難題，又能提高數(shù)據(jù)分析效率，對(duì)管理人員的決策提供幫助。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的運(yùn)用可以使復(fù)雜的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單化，保證礦井生產(chǎn)安全，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；煤礦；遠(yuǎn)程監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行結(jié)構(gòu)

前言

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用，對(duì)煤礦生產(chǎn)具有重要的貢獻(xiàn)作用。文章首先梳理了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程遙控中心子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行結(jié)構(gòu)，然后闡述了用戶(hù)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)器層、業(yè)務(wù)邏輯層的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，最后討論了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行結(jié)構(gòu)

1.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

就目前我國(guó)大中型煤礦使用的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)看，大致可以分為國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口兩種。國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)包括KJ2、KJ22、KJ4和AL系列等，進(jìn)口監(jiān)控系統(tǒng)包括TF200、MINOS和SEN-TURION系統(tǒng)等，這些都是具有代表性的國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。在生產(chǎn)煤礦時(shí)，需要根據(jù)具體的現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境布置總線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)連接礦井的各個(gè)設(shè)備來(lái)共享信息和數(shù)據(jù)庫(kù)。各個(gè)設(shè)備雖然用總線網(wǎng)絡(luò)連接在一起，但依然具有獨(dú)立性，各個(gè)煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)都能獨(dú)立對(duì)數(shù)據(jù)采集工作負(fù)責(zé)。數(shù)據(jù)采集工作的參數(shù)分為工況參數(shù)和環(huán)境參數(shù)兩種[1]。工況參數(shù)包括電流、電壓、風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)和設(shè)備開(kāi)停等。

環(huán)境參數(shù)包括瓦斯、風(fēng)速、風(fēng)量、一氧化碳體積分?jǐn)?shù)和粉塵等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)借助各級(jí)服務(wù)器把信息呈送給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

1.2 遠(yuǎn)程遙控中心子系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的工作內(nèi)容是管理和維護(hù)系統(tǒng)、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)接收并處理各個(gè)煤礦的工作情況和數(shù)據(jù)信息、及時(shí)公布信息處理結(jié)果、及時(shí)處理重要參數(shù)等。一氧化碳或瓦斯體積分?jǐn)?shù)超標(biāo)都可能引起煤炭事故，這就需要指揮中心直接對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)做出指示，當(dāng)機(jī)立斷，通過(guò)緊急處理和決策防止煤礦事故的發(fā)生。在特殊情況下，監(jiān)控指揮中心可以通過(guò)視頻直接指導(dǎo)工人作業(yè)，確保礦井生產(chǎn)安全。控制中心具備礦井的一切數(shù)據(jù)和信息，并且與客戶(hù)共享各種數(shù)據(jù)及其分析系統(tǒng)，方便客戶(hù)隨時(shí)對(duì)信息進(jìn)行查詢(xún)和調(diào)用。外部存儲(chǔ)器可以有效補(bǔ)充內(nèi)部Flash供不應(yīng)求的情況[2]。例如，可以串行Flash，利用外擴(kuò)的外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)需要進(jìn)行保護(hù)的數(shù)據(jù)，通過(guò)總線把Flash連接到設(shè)備中，形成主從模式。存儲(chǔ)過(guò)程的讀和寫(xiě)分別采用獨(dú)立的系統(tǒng)。KGS-20瓦斯傳感器的基本敏感材料是二氧化錫，具有功耗低的特點(diǎn)，這種半導(dǎo)體型氣體傳感器適用于檢測(cè)可燃?xì)獾捏w積分?jǐn)?shù)。由負(fù)載電阻電壓的變化可以計(jì)算傳感器敏感組件電阻的變化，只有檢測(cè)電壓、負(fù)載電阻、驅(qū)動(dòng)電壓的實(shí)際數(shù)據(jù)與參數(shù)相符，才能確保傳感器的高效有序運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3 計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的運(yùn)用提高了數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確率，為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了便利[3]。監(jiān)控中心的另一任務(wù)是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的歸納和推理來(lái)找出數(shù)據(jù)內(nèi)部規(guī)律，挖掘數(shù)據(jù)背后的隱含信息，進(jìn)而對(duì)礦井的實(shí)際運(yùn)行情況做出準(zhǔn)確判斷和預(yù)測(cè)，并把預(yù)測(cè)呈交給上級(jí)主管部門(mén)或管理部門(mén)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信建立在IP或TCP協(xié)議基礎(chǔ)之上，廣泛應(yīng)用于各級(jí)調(diào)度室，客戶(hù)機(jī)均采用Windows2000進(jìn)行系統(tǒng)操作。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系

2.1 用戶(hù)層

用戶(hù)層指的是客戶(hù)層，不能直接訪問(wèn)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，需要根據(jù)操作要求調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯，通過(guò)友好的態(tài)度和方式查詢(xún)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)發(fā)布形式既有利于快速獲取各個(gè)煤礦的數(shù)據(jù)信息，有利于工作人員與礦井工人互相傳遞礦井下的生產(chǎn)信息。除此之外，新聞和電子郵件有利于客戶(hù)間的信息交流和數(shù)據(jù)共享，BBS及遠(yuǎn)程登錄也可以為客戶(hù)提供快速交流的平臺(tái)[4]。

2.2 數(shù)據(jù)層

合理預(yù)測(cè)煤礦數(shù)據(jù)參數(shù)，如一氧化碳體積分?jǐn)?shù)和瓦斯體積分?jǐn)?shù)等，可以有效消除煤礦生產(chǎn)過(guò)程中存在的安全隱患。礦井生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程都具有周期性和重復(fù)性的特點(diǎn)，同樣，數(shù)據(jù)的采集也具有周期性。因此，相關(guān)的管理人員應(yīng)該加強(qiáng)數(shù)據(jù)規(guī)律的分析，提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確率，減少給煤礦安全系統(tǒng)帶來(lái)的損失。

2.3 服務(wù)器層

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web服務(wù)器運(yùn)行。其中，管理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)管理局域礦監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)工況參數(shù)信息和對(duì)客戶(hù)開(kāi)放礦井歷史數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器主要負(fù)責(zé)為客戶(hù)發(fā)布動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)。如果這三個(gè)服務(wù)器由容量較大的微機(jī)構(gòu)成，不僅可以為客戶(hù)提供高質(zhì)量服務(wù)，還能節(jié)約成本。

2.4 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。業(yè)務(wù)邏輯層需要分析遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)信息，借助煤礦現(xiàn)場(chǎng)信息和瓦斯體積分?jǐn)?shù)來(lái)預(yù)測(cè)并處理發(fā)生的煤礦事故，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析、預(yù)測(cè)工況參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，監(jiān)控重要設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷。通常情況下，煤礦需要對(duì)數(shù)量龐大、模糊復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，而由此得到的預(yù)測(cè)會(huì)存在較大誤差，只可作為預(yù)測(cè)的參考，提示、建議工作人員的下一步行動(dòng)，不能對(duì)管理人員的決策產(chǎn)生決定作用。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決了數(shù)據(jù)分析、預(yù)測(cè)難題，對(duì)特定的數(shù)據(jù)信息有一定的約束力，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的運(yùn)用，為廣大客戶(hù)提供了優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展。

3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是聯(lián)機(jī)分析應(yīng)用數(shù)據(jù)源和決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)環(huán)境，主要研究和解決信息問(wèn)題，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)具有具有擴(kuò)展性、面向主題、效率高和數(shù)據(jù)質(zhì)量高的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)包括工況參數(shù)和環(huán)境參數(shù)主題，典型性的倉(cāng)庫(kù)還包括數(shù)據(jù)集市、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和訪問(wèn)工具等。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘模型

數(shù)據(jù)挖掘又叫做資料探勘或數(shù)據(jù)采礦，指的是在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，運(yùn)用算法搜索隱含信息的過(guò)程。遠(yuǎn)程監(jiān)控主要負(fù)責(zé)吸收有價(jià)值的知識(shí)、深層次分析數(shù)據(jù)、智能判斷參數(shù)及設(shè)備工作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤礦工程存在的問(wèn)題和故障。建立數(shù)據(jù)挖掘模型可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、歸納和預(yù)測(cè)，能在實(shí)踐中不斷調(diào)整和優(yōu)化[5]。因此，建立模型可以有效保障煤礦生產(chǎn)的安全。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中起到了重要的促進(jìn)作用。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)既可以自動(dòng)檢查數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，又可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析和預(yù)測(cè)，為決策提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型來(lái)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)數(shù)據(jù)規(guī)律，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。目前，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要應(yīng)用于描述問(wèn)題形式、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)集成等領(lǐng)域。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在煤礦遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用，推動(dòng)了數(shù)據(jù)信息化建設(shè)的發(fā)展。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)企業(yè)的信息傳遞和數(shù)據(jù)資源共享，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)則提高了數(shù)據(jù)分析的深度和效率，提供了良好的工況參數(shù)和礦井環(huán)境參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了煤礦的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]彭泓.基于數(shù)據(jù)挖掘與信息融合的瓦斯災(zāi)害預(yù)測(cè)方法研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2013.

[2]聶飛霞.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的圖書(shū)館個(gè)性化推薦系統(tǒng)研究[D].西北大學(xué)，2013.

[3]楊馭東.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法研究[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2013.

[4]郝夢(mèng)堯.基于通信技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013，3（30）：129-130.

[5]王若成.基于數(shù)據(jù)挖掘的煤礦計(jì)算機(jī)安全監(jiān)測(cè)體系建立[J].煤炭技術(shù)，2013，1（26）：124-125.endprint