《基于多传感器信息融合的煤矿环境探测与危险评估》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于多传感器信息融合的煤矿环境探测与危险评估（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要本文针对近年来我国频繁发生的矿难事故，依托煤矿救灾机器人平台，结合矿难事故后煤矿井下危险环境的特点，设计了一套煤矿井下多传感器信息采集系统，同时提出一种基于粗集一神经网络的煤矿井下环境危险度的新算法，对煤矿环境做出准确实时的评估。该系统采用飞思卡尔公司最新推出的1 6 位单片机眦9 S 1 2 D G l 2 8 B 作为控制核心组成智能节点，对矿难发生时特征比较明显的有毒有害气体、温度、风量等几种传感器的信息进行采集以及融合处理，同时为了简化系统结构，提高系统的可靠性，智能节点通讯采用c A N 总线结构这样充分结合了淝9 s 1 2 D G l 2 8 B 处理速度快，易扩展和C A
2、N 总线数据传输的可靠性、开放性，在硬件上保证了危险环境探测的实时性和准确性。在控制算法上，神经网络具有并行处理、信息分布存储等特点，可通过训练、学习产生一个非线性映射，自适应地对数据进行聚类，同时具有较好的抑制噪声干扰的能力和较强的鲁棒性。其缺点是当输入信息空间的维数较大时，网络不仅结构复杂，而且训练时间也很长而粗集可对数据进行属性约简和值约简，消除样本中的噪声和冗余对象。这两者的结合不仅可以减小网络的规模，同时通过消除对象冗余可减少网络的训练和学习负担，还可以通过消除噪声提高神经网络预测的准确性。本文根据神经网络的自学习能力强和粗集理论属性约简的特点，结合煤矿井下复杂环境详细论证了两者结合
3、的原理、算法及实现过程，将其结合起来形成粗一神经网络算法实现对煤矿井下环境危险程度的评估。仿真结果表明，该粗神经网络能够准确评估处煤矿井下环境危险的程度，有较强的抗干扰能力和较高的准确度，从而验证了系统的有效性和可行性关键字：c 心信息融合粗集神经网络数据采集粗神经网络A B S T R A C TI nr e c e n ty e a r s ，t h ef T e q u c n to c c u I T e n c A ，o f m i n ea c c i d e n t sb r i n gg r e a tl o s st ol i f ea n df o r t u n e B
4、a s e do nt h ec o m p l e xe n v i r o n m e n to ft h eI n i n e , w ed e s i g n e dam u l t i s o n s o ri n f o r m a t i o na c q u i s i t i o na n df u s e 町s t 聊也M e a n w h i l e , an 棚R o I 咄S e t - N e u t r a lN e t w o r kM g o f i t h mf o rm i n er i s k - a 姻m s m e n ti sp u tu pt
5、om a k oa c c u r a t er e a l - t i m ea s s e s s m e n to f t h em i n ee l l v i r o n m c r R T h es y s t e mu s e 8F r e e s c a l e sl a t e s t1 6 - b i tM C UM C 9 S 1 2 D G l 2 8 Ba sc o r et oc o m p o a l li n t e l l i g e n tc o n u - o ln o d e tT h r o u g hw h i c hw ec o m m u n i
6、 c a t ew i t ht h e蝴s 吣f o ri u f o r m a l i o na c q u i s i t i o n I no r d e rt os i m # i f yt h es y s t e ma r c h i t e c t u r ea n di m p l o v ot h er e l i a b i l i t y , C A Nb u si su s e da sc o m m 衄2 a t i o n 刚n K ：t I 啪o f t h ei n t e l l i g e n tn o d es y s t e m T h i se n
7、 s m ot h er e a l - t i m ea n da c c u r a c yo ft h ed a n g e r o u se m v i r o n m e n td e t e c t i o ni nh a r d w a l “ o I nc o n t r o la l g o r i t h m s ，n e u r a ln e t w o r k sh a st h ea d v a n t a g eo fp a r a l l e lp r o c e s s i n ga n di n f o r m a t i o ns t o r a g e 1
8、 ) l n m eR o u g hs e tc a ne “ h m i n a mt h en o i s ea n dr e d u n d a n tt a r g e ts a m p l e sb ya t t r i b u t er c d u O i o na n dv a l u er e d u c t i o nt Ot h ed a t a B a s e d0 1 1t h i s ，t h ea r t i c l ec o m b i n et h et w ot h e o r yi n t oR o u g hS e t - N e u t r a lN
9、e t w o r k 假S 吼E x p l a i n e di t sp r i n c i p l e s , a l g o r i t h m sa n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s s T h e nl 麟i tt or o a l i g ct h ed a n g e ra s s e s s m e n to f t h em i n oe n v i r o n m e n t T h ec o m b i n a t i o no ft h et w om e t h o dc a nn o to n l yr e d
10、u c et h es i z eo ft h en e t w o r k , t h e nr e d u c en e t w o r kb u r d e no ft r a i n i n ga n ds t u d y , b u ta l s oc f l ni m p r o v ot h ep r e d i c ta c c u r a c yo ft h en e u t r a ln e t w o r k S i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h eR S Nc 锄a 吲n a t c l ya s t mt
11、h ed a n g e ro ft h em i n oe n v i r o n m e n t , m e a n w h i l eh a sas t r o n ga n t i - j a m m i n gc a p a b i l i t ya n dah i 庐a c c u r a c 弘t h u sv e r i f y i n gt h ee f f e c t i v e n e s sa n df e a s i b i l i t yo f t h es y s t e m K e yw o r d ：D a t aA c q u i s i t i o n ，
12、I n f o r m a t i o n - F u s i o n ，C A N ，：R o u g hS e t , N e u t r a IN e t w o r k 。R S N2原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：羔立：趟日期：垫宴：竺：三兰：关于学位论文使用授权的声明本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许论
13、文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：一导师签丧菇山东大学硕士论文1 1 课题研究的背景与意义第一章绪论近年来，我国矿难事故频繁发生，给人民生命及财产造成了巨大的损失，煤矿安全生产问题引起了社会的广泛关注，政府更是加大力度对各级煤矿进行整顿和规范，力求通过严格规范的管理将煤矿事故降到最低。对于煤矿来说，除了规范管理之外，还要采用先进的技术和设备用于矿难的预防与救护工作在日常生产过程中，大部分规范的矿井在大巷、皮带巷等主要巷道采用分布式传感
14、器网络的形式，对井下的各种环境参数进行长期检测；在采煤工作面等分支巷道主要采用监控队员定期检测的方式。而对一些管理不规范的小矿，其检测设备落后，检测规程不严谨，极容易造成误检和漏检。灾害一旦发生，救护过程中最危险也是最为重要的阶段，就是事故现场勘查阶段，这时候往往发生事故的区域情况不明，贸然派救护队员下去极易发生二次事故从而导致更多人员的伤亡。救护人员面临的危险主要包括，二次爆炸、毒气( 特别是C O 等) 、冒落等等。很多煤矿发生二次事故，都是在现场探测阶段，例如1 9 8 3 年4 月丰城局坪湖矿放炮后引起矿井火灾，在救护队准备灭火过程中，发生瓦斯爆炸，1 1 名参加井下救灾的救护队员在事
15、故抢救中遇难，l O 名救护队员被烧伤；2 0 0 1 年承德矿难，在救护队员到达井下5 1 3 米时发现瓦斯严重超标且有火源，尚未安全撤离即发生二次爆炸，1 0 名救护队员全部葬身井下；2 0 0 3 年山东某煤矿发生瓦斯爆炸，由于不完全燃烧，产生大量一氧化碳，实测c 0 浓度超过正常值近4 0 0 倍，幸被及时发现并顺利撤离，否则后果不堪设想。除了火灾、高温、浓烟、毒气、冒落等，煤矿井下还存在很多人员难以进入的危险区域，即使在日常的工作和生产中，有些区域也是未知和存在危险的，例如封闭区域的探测，采空区顶板变形情况的检测等。可见，在井下事故发生后以及其他可能存在危险因素的情况下，急需一种能够
16、代替救护队员或者其他工作人员进入危险区域完成现场探测的设备，将现场的图像、温度、气体情况等环境参数检测出来并将数据传回指挥中心，从而大大减少工作人员到危险区域探测的危山东大学硕士论文险性。本课题研究所依托的平台一井下探测机器人将能够胜任这个工作井下探测机器人的主要作用，在于及时将现场的气体、温度等环境信息检测出来，通过合适的通讯线路传至井上工作控制台，由控制台对井下的视频及各传感器信息做进一步的处理并显示，对煤矿井下复杂危险的环境信息做出准确及时的评估，供井上人员进行分析参考，以便实时做出控制决策，实现自主移动、人员跟踪、营救等。所以，本文研究的多传感器数据采集与融合处理系统成为探测机器人的一项关键技术。1 2 国内外研究现状国内外对矿井安全设备的研究比较多，但以煤矿危险区域探测机器人的形式进行井下信息采集与融合处理的研究非常很少目前，只有美国等少数国家在类似方向上有所建树。A m i n e B o t 矿山探索者机器人被设计用来探测事故或者遗弃矿山的危险程度，以减少矿难中的人员及设备损失。位于美国亚利桑那州菲尼克斯市的A
