本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理，具體涉及一種基于大數(shù)據(jù)分析的煤礦水害實(shí)時(shí)預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是煤礦水害領(lǐng)域，將采集的多種數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和歸一化后，通過大數(shù)據(jù)分析法對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，根據(jù)多種數(shù)值數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)水害發(fā)生的可能性，綜合考慮了多種因素和數(shù)據(jù)源，使水害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)更為全面地覆蓋煤礦水害檢測(cè)區(qū)域。

2、現(xiàn)有的煤礦水害預(yù)警方法，雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了水害預(yù)警，但傳統(tǒng)的煤礦水害預(yù)警方法多依賴于人工讀取和經(jīng)驗(yàn)判斷，存在反應(yīng)不及時(shí)、準(zhǔn)確性不高的問題。缺乏通過大數(shù)據(jù)分析法分析大量歷史數(shù)據(jù)得到的模擬數(shù)據(jù)，難以綜合考慮多種數(shù)據(jù)的偏差值結(jié)合輔助判斷檢測(cè)值進(jìn)行水害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)劃分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一；為此，本發(fā)明提出了一種基于大數(shù)據(jù)分析的煤礦水害實(shí)時(shí)預(yù)警方法，用于解決以下技術(shù)問題：

2、現(xiàn)有的煤礦水害預(yù)警方法，雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了水害預(yù)警，但傳統(tǒng)的煤礦水害預(yù)警方法多依賴于人工讀取和經(jīng)驗(yàn)判斷，存在反應(yīng)不及時(shí)、準(zhǔn)確性不高的問題。缺乏通過大數(shù)據(jù)分析法分析大量歷史數(shù)據(jù)得到的模擬數(shù)據(jù)，難以綜合考慮多種數(shù)據(jù)的偏差值結(jié)合輔助判斷檢測(cè)值進(jìn)行水害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)劃分。

3、為解決上述問題，本發(fā)明的第一方面提供了一種基于大數(shù)據(jù)分析的煤礦水害實(shí)時(shí)預(yù)警方法，包括以下模塊：

4、數(shù)據(jù)采集模塊：通過安裝在煤礦內(nèi)部礦井扇形區(qū)域的傳感器網(wǎng)絡(luò)采集礦井水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巖層厚度數(shù)據(jù)和化學(xué)有害物質(zhì)數(shù)據(jù)；

5、數(shù)據(jù)傳輸模塊：將礦井水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巖層厚度數(shù)據(jù)和化學(xué)有害物質(zhì)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊；

6、數(shù)據(jù)處理模塊：將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括清洗和歸一化處理，得到水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)值；

7、數(shù)據(jù)分析模塊：通過大數(shù)據(jù)分析法對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的最大值和最小值得到水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)的模擬值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值和模擬值得到數(shù)據(jù)第一偏差值，賦予相應(yīng)權(quán)重得到綜合檢測(cè)第一偏差評(píng)價(jià)值，通過標(biāo)準(zhǔn)值和數(shù)據(jù)測(cè)量值得到數(shù)據(jù)第二偏差值，賦予相應(yīng)權(quán)重得到綜合檢測(cè)第二偏差評(píng)價(jià)值，通過化學(xué)有害物質(zhì)數(shù)據(jù)得到輔助判斷檢測(cè)值；

8、安全預(yù)警模塊：通過綜合檢測(cè)第一偏差評(píng)價(jià)值和綜合檢測(cè)第二偏差評(píng)價(jià)值得到綜合偏差評(píng)價(jià)值，根據(jù)綜合偏差評(píng)價(jià)值結(jié)合輔助判斷檢測(cè)值得到綜合偏差判斷值分析結(jié)果，根據(jù)潛在的水害風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行安全程度劃分，并進(jìn)行預(yù)警。

9、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述數(shù)據(jù)采集模塊在煤礦內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)采集礦井水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巖層厚度數(shù)據(jù)和化學(xué)有害物質(zhì)數(shù)據(jù)，包括以下步驟：

10、測(cè)量煤礦內(nèi)部礦井的弧度，分成若干個(gè)均等的扇形區(qū)域，在扇形區(qū)域安裝傳感器網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)；

11、其中采集的數(shù)據(jù)包括：礦井水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)，在煤礦內(nèi)部礦井水積聚區(qū)域部署水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器，監(jiān)測(cè)水中的化學(xué)有害物質(zhì)數(shù)據(jù)包括，硫酸鹽、氯化物和氟化物。

12、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述數(shù)據(jù)傳輸模塊將礦井水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巖層厚度數(shù)據(jù)和化學(xué)有害物質(zhì)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊。

13、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述數(shù)據(jù)處理模塊將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括清洗和歸一化處理，得到水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)值，包括以下步驟：

14、s301：將接收到的水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)，通過python高級(jí)編程語言的pandas庫的數(shù)據(jù)清洗工具對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗操作；

15、s302：將清洗后的水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)，通過python高級(jí)編程語言的sk?l?earn庫進(jìn)行歸一化操作；

16、s303：對(duì)預(yù)處理后的水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。

17、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟s303，包括以下步驟：

18、每間隔一個(gè)時(shí)間段t記錄水位數(shù)據(jù)數(shù)值，通過數(shù)據(jù)最大值和最小值得到水位數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：

19、

20、其中a1為水位數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，n為檢測(cè)次數(shù)，bi為第i次檢測(cè)的水位值，bmax為檢測(cè)水位最大值，bmin為檢測(cè)水位最小值；

21、每間隔一個(gè)時(shí)間段t記錄微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)值，通過數(shù)據(jù)最大值和最小值得到微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式:

22、

23、其中，a2為微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，n為檢測(cè)次數(shù)，ci為第i次檢測(cè)的微震監(jiān)測(cè)值，cmax為檢測(cè)微震監(jiān)測(cè)最大值，cmin為檢測(cè)微震監(jiān)測(cè)最小值；

24、每間隔一個(gè)時(shí)間段t記錄巖層厚度數(shù)據(jù)數(shù)值，通過數(shù)據(jù)最大值和最小值得到巖層厚度數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：

25、

26、其中，a3為巖層厚度數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，n為檢測(cè)次數(shù)，di為第i次檢測(cè)的巖層厚度值，dmax為檢測(cè)巖層厚度最大值，dmin為檢測(cè)巖層厚度最小值。

27、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述數(shù)據(jù)分析模塊通過大數(shù)據(jù)分析法對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的最大值和最小值得到水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)的模擬值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值和模擬值得到綜合檢測(cè)第一偏差評(píng)價(jià)值，包括以下步驟：

28、水位數(shù)據(jù)模擬值計(jì)算公式：

29、

30、其中，m1為水位數(shù)據(jù)模擬值，e在該計(jì)算式中為常數(shù)，bmax為檢測(cè)水位最大值，bmin為檢測(cè)水位最小值；

31、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模擬值計(jì)算公式：

32、

33、其中，m2為微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模擬值，e在該計(jì)算式中為常數(shù)，cmax為檢測(cè)微震監(jiān)測(cè)最大值，cmin為檢測(cè)微震監(jiān)測(cè)最小值；

34、巖層厚度數(shù)據(jù)模擬值計(jì)算公式：

35、

36、其中，m3為巖層厚度數(shù)據(jù)模擬值，e在該計(jì)算式中為常數(shù)，dmax為檢測(cè)巖層厚度最大值，dmin為檢測(cè)巖層厚度最小值；

37、通過賦予水位數(shù)據(jù)、微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巖層厚度數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值與模擬值的差值相應(yīng)權(quán)重得到綜合檢測(cè)第一偏差評(píng)價(jià)值計(jì)算公式：

38、d1＝α1×(a1-m1)+α2×(a2-m2)+α×(a3-m3)

39、其中，d1為綜合檢測(cè)第一偏差評(píng)價(jià)值，a1為水位數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，a2為微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，a3為巖層厚度數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，m1為水位數(shù)據(jù)模擬值，m2為微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模擬值，m3為巖層厚度數(shù)據(jù)模擬值，α1，α2，α3分別為相應(yīng)權(quán)重，α1為0.4，α2為0.3，α3為0.3。

40、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：將標(biāo)準(zhǔn)值和數(shù)據(jù)測(cè)量值的差值得到數(shù)據(jù)第二偏差值，賦予相應(yīng)權(quán)重得到綜合檢測(cè)第二偏差評(píng)價(jià)值，包括以下步驟：

41、綜合檢測(cè)第二偏差評(píng)價(jià)計(jì)算公式：

42、d2＝α1×(a1-n1)+α2×(a2-n2)+α3×(a3-n3)

43、其中，d2為綜合檢測(cè)第二偏差評(píng)價(jià)值，a1為水位數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，a2為微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，a3為巖層厚度數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，n1為水位數(shù)據(jù)測(cè)量值，n2為微震頻率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量值，n3為巖層厚度數(shù)據(jù)測(cè)量值，α1，α2，α3分別為相應(yīng)權(quán)重，α1為0.4，α2為0.3，α3為0.3。

44、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述通過化學(xué)有害物質(zhì)數(shù)據(jù)得到輔助判斷檢測(cè)值，包括以下步驟：

45、通過在t時(shí)間段內(nèi)，檢測(cè)化學(xué)有害物質(zhì)測(cè)量值含量和化學(xué)有害物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值含量得到輔助判斷檢測(cè)計(jì)算公式：

46、

47、其中，q為輔助判斷檢測(cè)值，s1，s2和s3為化學(xué)物質(zhì)的類型，分別為硫酸鹽、氯化物和氟化物，m(s1)，m(s2)，m(s3)分別為s1，s2和s3化學(xué)物質(zhì)的測(cè)量值含量，n(s1)，n(s2)和n(s3)分別為s1，s2和s3化學(xué)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值含量。

48、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述安全預(yù)警模塊根據(jù)綜合檢測(cè)第一偏差評(píng)價(jià)值和綜合檢測(cè)第二偏差評(píng)價(jià)值得到綜合偏差評(píng)價(jià)值，通過綜合偏差評(píng)價(jià)值結(jié)合輔助判斷檢測(cè)值得到綜合偏差判斷值分析結(jié)果，根據(jù)潛在的水害風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行安全程度劃分，并進(jìn)行預(yù)警，包括以下步驟：

49、通過綜合檢測(cè)第一偏差評(píng)價(jià)值和綜合檢測(cè)第二偏差評(píng)價(jià)值得到綜合偏差評(píng)價(jià)計(jì)算公式：

50、

51、其中，d為綜合偏差評(píng)價(jià)值，e在該計(jì)算式中為常數(shù)，d1為綜合檢測(cè)第一偏差評(píng)價(jià)值，d2為綜合檢測(cè)第二偏差評(píng)價(jià)值；

52、通過綜合偏差評(píng)價(jià)值和輔助判斷檢測(cè)值得到綜合偏差判斷計(jì)算公式：

53、e＝{d×log(q+1)}×100％

54、其中，e為綜合偏差判斷計(jì)算數(shù)值，d為綜合偏差評(píng)價(jià)值，q為輔助判斷檢測(cè)值；

55、根據(jù)綜合偏差判斷值的計(jì)算結(jié)果，將潛在的水害風(fēng)險(xiǎn)程度可劃分為三種情況：

56、若0＜e≤20％，則潛在的水害風(fēng)險(xiǎn)程度為低風(fēng)險(xiǎn)程度；

57、若20％＜e≤60％，則潛在的水害風(fēng)險(xiǎn)程度為中風(fēng)險(xiǎn)程度；

58、若60％＜e，則潛在的水害風(fēng)險(xiǎn)程度為高風(fēng)險(xiǎn)程度；

59、針對(duì)三種水害風(fēng)險(xiǎn)程度的調(diào)節(jié)情況：

60、若為低風(fēng)險(xiǎn)程度，針對(duì)煤礦內(nèi)部檢測(cè)區(qū)域發(fā)出三級(jí)安全預(yù)警信號(hào)；

61、若為中風(fēng)險(xiǎn)程度，針對(duì)煤礦內(nèi)部檢測(cè)區(qū)域發(fā)出二級(jí)安全預(yù)警信號(hào)；

62、若為高風(fēng)險(xiǎn)程度，針對(duì)煤礦內(nèi)部檢測(cè)區(qū)域發(fā)出一級(jí)安全預(yù)警信號(hào)。

63、本發(fā)明的有益效果：

64、本發(fā)明通過在煤礦內(nèi)部監(jiān)測(cè)區(qū)域采集多種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行清洗和歸一化后得到對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)現(xiàn)了不同量級(jí)的多種數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行組合；

65、本發(fā)明通過將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析模塊通過大數(shù)據(jù)分析法對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到數(shù)據(jù)模擬值，通過傳感器采集得到數(shù)據(jù)測(cè)量值，分別與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)合得到綜合偏差評(píng)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了結(jié)合多種數(shù)據(jù)源綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)狀態(tài)，減少因單一數(shù)據(jù)源造成的誤差；

66、本發(fā)明通過綜合偏差評(píng)價(jià)值與輔助判斷檢測(cè)值得到綜合偏差判斷值，針對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行水害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦水害的早期預(yù)警，提高煤礦安全生產(chǎn)水平。