本發(fā)明涉及煤礦安全預(yù)警，具體涉及基于邊緣計(jì)算的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、預(yù)警系統(tǒng)是為了提高煤礦安全管理水平、預(yù)防礦難事故而建立的，煤礦作為高危行業(yè)，存在著諸如瓦斯爆炸、塌方、水害等多種潛在的危險(xiǎn)，歷史上也發(fā)生過多次嚴(yán)重的礦難事故，造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此，煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)的建立和完善顯得尤為重要。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

3、現(xiàn)有的預(yù)警系統(tǒng)通常是在煤礦的主要工作區(qū)域安裝一系列的傳感設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，然而，由于煤礦開采時(shí)會對周邊區(qū)域造成連帶影響（例如煤礦開采時(shí)產(chǎn)生的振動可能會造成周邊區(qū)域坍塌），如果僅通過對主要工作區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，當(dāng)周邊區(qū)域出現(xiàn)異常時(shí)，會輻射到煤礦的主要工作區(qū)域（例如周邊區(qū)域坍塌可能會使主要工作區(qū)域的巖層移動和應(yīng)力集中，導(dǎo)致主要工作區(qū)域迅速塌方），此時(shí)，即使預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警也會導(dǎo)致工作人員無法及時(shí)轉(zhuǎn)移出礦洞，從而無法保障煤礦的安全開采。

4、基于此，本發(fā)明提出基于邊緣計(jì)算的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)及方法，能夠?qū)γ旱V開采進(jìn)行多區(qū)域多源數(shù)據(jù)融合監(jiān)測預(yù)警，并定期結(jié)合多區(qū)域的監(jiān)測結(jié)果來評估是否需要對整個煤礦開采進(jìn)行管理，大大保障了煤礦的安全開采。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供基于邊緣計(jì)算的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)及方法，以解決背景技術(shù)中不足。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于邊緣計(jì)算的煤礦安全預(yù)警方法，所述預(yù)警方法包括以下步驟：

3、預(yù)警系統(tǒng)通過煤礦管理平臺獲取煤礦開采區(qū)域地圖信息，基于地圖信息將煤礦開采區(qū)域劃分為一個子工作區(qū)域以及多個子周邊區(qū)域，依據(jù)多個子周邊區(qū)域與子工作區(qū)域的距離生成每個子周邊區(qū)域的權(quán)重；

4、在煤礦開采過程中，獲取子工作區(qū)域的實(shí)時(shí)累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并基于實(shí)時(shí)累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算工作區(qū)域異常評分，依據(jù)工作區(qū)域異常評分與異常閾值的對比結(jié)果預(yù)測子工作區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，獲取多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，依據(jù)土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與指數(shù)閾值的對比結(jié)果預(yù)測子周邊區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，基于子工作區(qū)域異常預(yù)測結(jié)果以及子周邊區(qū)域異常預(yù)測結(jié)果生成相應(yīng)的管理策略發(fā)送至煤礦管理平臺；

5、定期獲取子工作區(qū)域的工作區(qū)域異常評分均值以及多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值，將多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值加權(quán)計(jì)算獲取周邊區(qū)域異常評分賦值，通過評估模型分析工作區(qū)域異常評分均值以及周邊區(qū)域異常評分賦值判斷是否需要對煤礦進(jìn)行管理，判斷結(jié)果發(fā)送至煤礦管理平臺。

6、在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于地圖信息將煤礦開采區(qū)域劃分為一個子工作區(qū)域以及多個子周邊區(qū)域，包括以下步驟：

7、獲取子工作區(qū)域的圓心位置以及半徑，第一個子周邊區(qū)域以子工作區(qū)域向外擴(kuò)散為環(huán)形區(qū)域，第???個子周邊區(qū)域以第子周邊區(qū)域向外擴(kuò)散為環(huán)形區(qū)域，每個子周邊區(qū)域的寬度均相同，對每個子周邊區(qū)域，從內(nèi)向外依次劃分設(shè)定邊界，第i個子周邊區(qū)域的內(nèi)半徑為，外半徑為，且。

8、在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，依據(jù)多個子周邊區(qū)域與子工作區(qū)域的距離生成每個子周邊區(qū)域的權(quán)重，包括以下步驟：

9、獲取每個子周邊區(qū)域與子工作區(qū)域的距離，表達(dá)式為：，式中，為第i個子周邊區(qū)域邊界與子工作區(qū)域邊界的距離，表示第i個子周邊區(qū)域外半徑，表示第i個子周邊區(qū)域內(nèi)半徑，則第i個子周邊區(qū)域的權(quán)重為：

10、

11、式中，為第i個子周邊區(qū)域的權(quán)重，??表示子周邊區(qū)域的數(shù)量，為第i個子周邊區(qū)域邊界與子工作區(qū)域邊界的距離。

12、在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，在煤礦開采過程中，獲取子工作區(qū)域的實(shí)時(shí)累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，包括以下步驟：

13、累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的函數(shù)表達(dá)式為：，為累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為時(shí)間??時(shí)刻的瓦斯?jié)舛仍鲩L速率，為時(shí)間??時(shí)刻的煤塵濃度增長速率，為時(shí)間范圍；

14、土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的獲取邏輯為：通過傳感設(shè)備實(shí)時(shí)獲取子工作區(qū)域土層的振動幅度以及位移量，對振動幅度以及位移量做歸一化處理，將振動幅度以及位移量的取值范圍映射到[0,1]之間，獲取振動幅度歸一化值以及位移量歸一化值，將振動幅度歸一化值以及位移量歸一化值求和得到土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

15、在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于實(shí)時(shí)累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算工作區(qū)域異常評分，依據(jù)工作區(qū)域異常評分與異常閾值的對比結(jié)果預(yù)測子工作區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，包括以下步驟：

16、預(yù)警系統(tǒng)獲取累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)后，綜合計(jì)算獲取工作區(qū)域異常評分，函數(shù)表達(dá)式為：，式中，為工作區(qū)域異常評分，為累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，、??分別為累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)以及土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的比例系數(shù)，且、?均大于0；

17、將獲取的工作區(qū)域異常評分與預(yù)設(shè)的異常閾值進(jìn)行對比，異常閾值用于預(yù)測煤礦開采過程中子工作區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，若工作區(qū)域異常評分小于等于異常閾值，預(yù)測煤礦開采過程中子工作區(qū)域不會出現(xiàn)異常，若工作區(qū)域異常評分大于異常閾值，預(yù)測煤礦開采過程中子工作區(qū)域會出現(xiàn)異常。

18、在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，獲取多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，依據(jù)土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與指數(shù)閾值的對比結(jié)果預(yù)測子周邊區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，包括以下步驟：

19、將對子周邊區(qū)域獲取的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與預(yù)設(shè)的指數(shù)閾值進(jìn)行對比，指數(shù)閾值用于預(yù)測在煤礦開采過程中子周邊區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，若土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)小于等于指數(shù)閾值，預(yù)測在煤礦開采過程中子周邊區(qū)域不會出現(xiàn)異常，若土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大于指數(shù)閾值，預(yù)測在煤礦開采過程中子周邊區(qū)域會出現(xiàn)異常。

20、在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過評估模型分析工作區(qū)域異常評分均值以及周邊區(qū)域異常評分賦值判斷是否需要對煤礦進(jìn)行管理，包括以下步驟：

21、在煤礦多次開采過程中，若對子工作區(qū)域以及子周邊區(qū)域預(yù)測均無異常，則預(yù)警系統(tǒng)每隔一段時(shí)間獲取多次工作區(qū)域異常評分計(jì)算工作區(qū)域異常評分均值，獲取多次子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為每個子周邊區(qū)域計(jì)算土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值；

22、將多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值加權(quán)計(jì)算獲取周邊區(qū)域異常評分賦值，表達(dá)式為：

23、

24、式中，為周邊區(qū)域異常評分賦值，為第i個子周邊區(qū)域的權(quán)重，??表示子周邊區(qū)域的數(shù)量，表示第i個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值；

25、通過評估模型分析工作區(qū)域異常評分均值以及周邊區(qū)域異常評分賦值判斷是否需要對煤礦進(jìn)行管理，評估模型的函數(shù)表達(dá)式為：

26、

27、式中，為管理值，為工作區(qū)域異常評分均值，為周邊區(qū)域異常評分賦值；

28、若管理值大于管理閾值，判斷需要對煤礦進(jìn)行管理，若管理值小于等于管理閾值，判斷不需要對煤礦進(jìn)行管理。

29、在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于邊緣計(jì)算的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)，包括區(qū)域劃分模塊、區(qū)域異常預(yù)測模塊、綜合評估模塊；

30、區(qū)域劃分模塊：通過煤礦管理平臺獲取煤礦開采區(qū)域地圖信息，基于地圖信息將煤礦開采區(qū)域劃分為一個子工作區(qū)域以及多個子周邊區(qū)域，依據(jù)多個子周邊區(qū)域與子工作區(qū)域的距離生成每個子周邊區(qū)域的權(quán)重；

31、區(qū)域異常預(yù)測模塊：在煤礦開采過程中，獲取子工作區(qū)域的實(shí)時(shí)累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并基于實(shí)時(shí)累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算工作區(qū)域異常評分，依據(jù)工作區(qū)域異常評分與異常閾值的對比結(jié)果預(yù)測子工作區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，獲取多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，依據(jù)土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與指數(shù)閾值的對比結(jié)果預(yù)測子周邊區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，基于子工作區(qū)域異常預(yù)測結(jié)果以及子周邊區(qū)域異常預(yù)測結(jié)果生成相應(yīng)的管理策略發(fā)送至煤礦管理平臺；

32、綜合評估模塊：定期獲取子工作區(qū)域的工作區(qū)域異常評分均值以及多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值，將多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值加權(quán)計(jì)算獲取周邊區(qū)域異常評分賦值，通過評估模型分析工作區(qū)域異常評分均值以及周邊區(qū)域異常評分賦值判斷是否需要對煤礦進(jìn)行管理，判斷結(jié)果發(fā)送至煤礦管理平臺。

33、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

34、1、本發(fā)明通過將煤礦開采區(qū)域劃分為一個子工作區(qū)域以及多個子周邊區(qū)域，獲取子工作區(qū)域的實(shí)時(shí)累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并基于實(shí)時(shí)累積風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算工作區(qū)域異常評分，依據(jù)工作區(qū)域異常評分與異常閾值的對比結(jié)果預(yù)測子工作區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，依據(jù)土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與指數(shù)閾值的對比結(jié)果預(yù)測子周邊區(qū)域是否會出現(xiàn)異常，基于子工作區(qū)域異常預(yù)測結(jié)果以及子周邊區(qū)域異常預(yù)測結(jié)果生成相應(yīng)的管理策略發(fā)送至煤礦管理平臺，定期通過評估模型分析工作區(qū)域異常評分以及周邊區(qū)域異常評分判斷是否需要對煤礦進(jìn)行管理。該預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)γ旱V開采進(jìn)行多區(qū)域多源數(shù)據(jù)融合監(jiān)測預(yù)警，并定期結(jié)合多區(qū)域的監(jiān)測結(jié)果來評估是否需要對整個煤礦開采進(jìn)行管理，大大保障了煤礦的安全開采；

35、2、本發(fā)明在煤礦多次開采過程中，若對子工作區(qū)域以及子周邊區(qū)域預(yù)測均無異常，則預(yù)警系統(tǒng)每隔一段時(shí)間獲取多次工作區(qū)域異常評分計(jì)算工作區(qū)域異常評分均值，獲取多次子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為每個子周邊區(qū)域計(jì)算土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值，將多個子周邊區(qū)域的土層風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值加權(quán)計(jì)算獲取周邊區(qū)域異常評分賦值，通過評估模型分析工作區(qū)域異常評分均值以及周邊區(qū)域異常評分賦值判斷是否需要對煤礦進(jìn)行管理。該預(yù)警系統(tǒng)能夠定期結(jié)合子工作區(qū)域以及子周邊區(qū)域的狀況來判斷是否需要對煤礦進(jìn)行提前管理，從而能夠在煤礦開采前進(jìn)行安全評估，進(jìn)一步提高了對煤礦開采的安全預(yù)警效果。