CN103485825A - 一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法,涉及煤矿安全领域。本发明通过定时获取采样数据,对数据进行分析筛选,获取拟合序列,绘制直线方程的拟合曲线,根据拟合曲线计算出时间差,并运用时间差对预警等级进行判断,发生异常时采取相应的预警措施。本发明相对准确的描述温度变化趋势,预测矿井温度,合理地划分预警等级。
Description
技术领域
本发明涉及物联网通信技术中的煤矿安全领域,尤其涉及一种温度预警的方法,适用于煤矿安全监管系统。
背景技术
随着社会的发展和科学的进步,煤矿机械化程度不断提高,特别是随着开采深度的逐渐增加,矿井热害问题日益突显,高温环境不仅影响生产效率,而且严重危害着工作人员的健康。对热害的防治已经成为了煤矿安全生产中的一个重要课题,所以对矿井温度的预警也越来越重要。
目前,煤矿矿井下对温度的预警主要采用的是超限预警方式,通过设置温度预警阈值,当温度到达这个阈值时进行声光报警,这种方法最简单直接,但同时也存在缺陷,实时的数据无法判断温度变化的快慢,对不同等级的预警所采取的措施缺乏合理性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,本发明提出用曲线拟合预测矿井温度,计算时间差,并通过时间差进行温度预警的方法,可以相对准确的描述温度变化趋势,预测矿井温度,合理地划分预警等级,根据不同预警等级采取合理的措施。
本发明采用的技术方案如下:
一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法,其包括以下步骤:
(1)设置采样频率,温度上限T高,温度下限T低;
(2)设置三个预警等级,并通过设置三个时间差标准t黄、t橙、t红作为预警触发条件;
(3)对传感器传上来的数据通过过滤算法进行筛选,去除错误数据;
(4)根据筛选处理之后的温度数据,获取预拟合序列Sn;调用Matlab求直线方程的系数,绘制直线方程的拟合曲线,根据拟合曲线求取时间差,通过时间差与预警触发条件进行比较,对不同预警等级发出不同的警报,并采取相应的预警措施。
传统的温度预警方法是通过设置温度预警阈值,超限后进行声光报警。本发明提出的通过时间差进行温度预警的方法,是使用曲线拟合的方式预测温度变化趋势,实时更新拟合曲线,根据绘制的拟合曲线到达温度上限的时间计算出时间差,用时间差与设置的不同预警等级触发时间进行比较,如果发现异常,则采取相应等级的预警措施。
本发明提出的通过一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法,能够相对准确的描述温度变化趋势,预测矿井温度,合理地划分预警等级。
附图说明
图1为本发明涉及的通过时间差进行煤矿井下温度预警方法的流程图;
图2为常见函数拟合曲线比较图;
图3为计算时间差模型图;
图4为获取拟合数据序列流程图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案,以下结合附图对实施方式作进一步的描述。
如图1所示,设置基本参数,包括:采样频率,温度上限T高,温度下限T低。根据矿井实际环境以及采取预警措施的实施效率划分三个预警等级,警报严重程度由低到高依次分为:Ⅲ级预警(黄色警报),Ⅱ级预警(橙色警报),Ⅰ级预警(红色警报),设置三个时间差标准t黄、t橙、t红作为预警触发条件。
采集数据,对传感器传上来的数据进行筛选统计,运用过滤算法去除错误数据,把处理之后的数据显示出来。根据显示出来的温度数据获取拟合序列,利用剩余平方和检验法算出该序列的拟合函数系数,绘制拟合曲线。本发明中采用一次函数作为拟合函数,通过以下例子进行说明。
以一个异常温度数据序列为例,假设序列Sn={24.2024.3224.5825.0825.2625.5025.8526.0326.4526.6026.9827.06},假设温度变量为T,时间变量为t,横坐标为时间,纵坐标为温度,调用Matlab软件,对Sn进行常见函数拟合,绘制出几种常见函数的拟合曲线,如图2所示。从图2中可以看出,二次方程、三次方程、幂函数等拟合出来的曲线在数据序列范围之外会发生急剧的变化,虽然其对已知数据序列的拟合度可能较高,但经过观察曲线,发现曲线的走势受最后两个数据点的位置关系影响较大,所以不适合用于对未来温度的预测,而直线方程受最后两个数据点的位置关系影响较小,能够较好的描述一定时间内温度变化趋势。通过对矿井下实际温度数据的分析,发现在日常工作中,通风强度一定,井下温度变化趋势非常缓慢,只有发生异常时温度才会发生明显的变化,直线方程拟合曲线也可以描述正常时的温度变化。因此本发明采用直线方程对温度数据进行拟合。
根据拟合曲线计算时间差,如图3所示。按《煤矿安全规程》的规定,井下各地点温度不允许超过28℃(井下变电所,变电硐室30℃),为方便解释本预警方法原理,设置上限温度为30℃,而实际运用中温度上下限的设置要结合矿井通风情况,降温速度等实际情况而决定。记录此刻横坐标t1,找出拟合曲线中温度为30℃的点,记录该点的横坐标t2,t2与t1之差就是本次计算获取的时间差t。比较t与t红,若t<=t红,进行红色报警,通知人员安全撤离;若t>=t红,比较t与t橙,如果t<=t橙,进行橙色报警,停止作业,通知技术人员勘测;若t>=t橙,比较t与t黄,如果t<=t黄,进行黄色报警,加大通风强度,开启制冷设备,加大制冷强度。采取一系列措施后当检测到温度T<=T低,减小制冷强度,恢复正常生产。
为保证拟合曲线准确性更高,获取的拟合序列不能过短或过长,过短可能存在数据的特殊性,导致拟合的曲线没有参考价值,过长则会使拟合曲线变化趋势不明显,影响对温度的预测,获取拟合序列的流程如图4所示。本发明获取拟合序列采用的方法是:设置温度变化的幅度阈值T幅,计算每次采取的温度数据变化幅度值ΔT,记录连续三次ΔT,若每次都小于T幅,则表明此时矿井温度出于正常状态或者轻微的异常状态,获取12个数据点用以绘制拟合曲线,能够反应温度的整体变化趋势;若每次ΔT都大于T幅,表明此时温度表现出异常状况,正在逐渐升高并且变化速度比较快,为更明确温度变化趋势,获取6个数据点用以绘制拟合曲线。上述温度变化幅度阈值需要通过对矿井实际情况的分析后进行设置。
本发明使用了曲线拟合的方法,对温度传感器采集的温度数据进行定时拟合,根据拟合曲线计算出的时间差,达到了预测矿井温度并进行不同等级预警的目的。
Claims (4)
1.一种通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)设置采样频率,温度上限T高,温度下限T低;
(2)设置三个预警等级,并通过设置三个时间差标准t黄、t橙、t红作为预警触发条件;
(3)对传感器传上来的数据通过过滤算法进行筛选,去除错误数据;
(4)根据筛选处理之后的温度数据,获取预拟合序列Sn;调用Matlab求直线方程的系数,绘制直线方程的拟合曲线,根据拟合曲线求取时间差,通过时间差与预警触发条件进行比较,对不同预警等级发出不同的警报,并采取相应的预警措施。
2.根据权利要求1所述的通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法,其特征在于所述获取拟合序列的方法是,设置温度变化的幅度阈值T幅,计算每次采取的温度数据变化幅度值ΔT,记录连续三次ΔT,若每次都小于T幅,则表明此时矿井温度出于正常状态或者轻微的异常状态,获取此时刻以及最近的11个点,共12个数据点,用以绘制拟合曲线;若每次ΔT都大于T幅,表明此时温度表现出异常状况,获取此刻以及最近的5个点,共6个数据点作为拟合序列,用以绘制拟合曲线。
3.根据权利要求1所述的通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法,其特征在于,所述获取时间差的方法是,记录此刻横坐标t1,找出拟合曲线中温度为温度上限T高的点,记录该点的横坐标t2,t2与t1之差就是本次计算获取的时间差t。
4.根据权利要求3所述的通过时间差进行煤矿井下温度预警的方法,其特征在于,所述通过时间差与预警触发条件进行比较,对不同预警等级发出不同的警报的方法是:比较t与t红,若t<=t红,进行红色报警;若t>=t红,比较t与t橙,如果t<=t橙,进行橙色报警;若t>=t橙,比较t与t黄,如果t<=t黄,进行黄色报警。
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