煤礦監測監控系統信息融合結構的探討

李博

摘 要：為了深入挖掘煤礦既有監測監控系統數據隱藏的信息，信息融合技術成為了核心的實現手段。為此，本文探討一種煤礦監測監控系統信息融合結構。

關鍵詞：煤礦監測監控系統；信息融合；結構

我國煤炭資源豐富，煤田面積達到55萬平方公里左右，且年產量位居世界首位，可見煤炭在我國經濟發展中的地位非常重要。但我國煤炭生產水平卻遠不及世界發達國家，其中最為重要的原因是煤炭企業安裝的監測監控系統沒有起到應有的作用，即：監測監控系統僅具備數據采集、傳送、儲存和顯示功能，而尚無法挖掘隱藏在數據中的信息。為此，筆者介紹一種煤礦監測監控系統信息融合結構。

1 信息融合

信息融合是在一定準則下，運用計算機技術自動分析和整合多個傳感器觀測到的具有時序性的信息，用以幫助完成決策與估計任務。據此定義，信息融合的基礎是多傳感器，并通過處理、分析和計算等手段來綜合判斷目標，從而實現準確描述環境。換而言之，信息融合的核心思想是逐級處理多源信息和抽象化處理數據，以提高整個系統的效能，其中按數據處理的抽象程度，可分為數據級融合、特征級融合和決策級融合。其中，數據級融合的任務主要是融合整理傳感器原始的觀測數據，并進行去偽存真，但要求傳感器觀測的物理量相同；特征級融合的任務主要是先提取傳感器原始觀測數據的特征，再融合具有代表性的特征，得到全新的特征向量，最后再按目標初步判斷整個分析過程；決策級融合的任務是先利用傳感器對應處理原始的觀測數據，得到目標初步的決斷結果，再借助決策層的融合綜合分析初步的決斷結果，從而得到最后的判斷結果，詳見表1。

2 煤礦監測監控系統信息融合結構

在煤礦監測監控系統中，信息融合技術的應用要求建立一個合適的信息融合結構，用以約束信息融合的實現流程，即：

2.1 數據級融合結構

理論上，數據級融合負責最低級的處理，比如消除原始數據的誤差。對于煤礦監測監控系統，數據級融合主要負責消除原始觀測數據的干擾因素，以使數據更具真實性。為此，在數據級融合中，要求預先處理傳感器原始的觀測數據。通常來講，數據級融合結構按傳感器觀測數據的不同方式主要分為分散式、樹狀、并行和帶反饋的并行結構。

2.2 特征級融合結構

理論上，特征級融合負責提取預處理信息的特征，從而得到特征矢量。對于煤礦監測監控系統，特征級融合主要負責提取、分析預處理過的數據，且據此，特征級融合結構可以分為分布式、集中式和多級式結構。

2.3 決策級融合結構

對于煤礦監測監控系統，決策級融合主要負責綜合分析、處理特征級融合得到的結果，并按實際要求估計全局態勢，從而提供決策信息。與數據級、特征級融合結構相比，決策級融合結構具有簡單的結構形式，但特征的提取方法與數據的關聯形式可以不同，其中智能算法的應用較為廣泛，如免疫算法、遺傳算法和神經網絡等。

2.4 總體結構

綜上分析，數據級融合、特征級融合和決策融合結構采用的融合結構體系可以不同。為了順利實現煤礦監測監控系統信息的融合，筆者介紹一種集散式信息融合結構，即：集散式信息融合結構的骨架是支撐式結構，而節點上采用分布式融合結構，并向數據級反饋信息融合結果，從而實現反饋控制。在集散式信息融合結構中，同步處理同一檢測對象。其中，在內部信息的處理上，先由分站集中處理采集到的信息，再傳輸到監測節點；在數據級融合結構中，底層的信息傳輸呈分散式結構，分站到調度中心的信息傳輸呈并行結構，而服務器到其他設備的信息傳輸呈帶反饋的樹狀結構，這對有效控制底層到高層的信息傳輸具有重要作用；在特征級融合結構中，傳感器到分站的信息傳輸呈分布式結構，但在整體結構中則呈帶反饋的多級式結構；在決策級融合結構中，信息分類與挖掘都呈集散式。

3 結語

在煤礦監測監控系統中，信息融合技術實現了多層、多級和多方面處理多源數據，從而提高了系統的魯棒性與可靠性，有效預測和評估了煤礦生產的安全狀態，預防和減少了安全、質量事故的發生，并最終促進了我國煤礦企業的健康發展。

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