CN109681273B - 一种井下环境预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井下环境监测技术领域，具体地说，涉及一种井下环境预警方法。其采用传感器采集井下环境参数数据，采用卡尔曼滤波根据前一时刻的观测值预测当前时刻的预测值，之后能够根据当前时刻的观测值与预测值之间的关系，及时发现异常参数，进而仅针对异常参数进行较快频率检测。从而能够较佳地降低系统的负担、提升数据检测的时效性。
Description
技术领域
本发明涉及井下环境监测技术领域，具体地说，涉及一种井下环境预警方法。
背景技术
由于生产环境恶劣，煤矿井下工作风险性高，为了减少或防止事故的发生，需要对井下环境进行检测，根据《煤矿安全规程》(2012年新版)第149条之规定，矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度。井下环境检测一般是通过设置于井下大量的传感器来完成的，这些传感器包括瓦斯浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、氧浓度传感器等等。
现有传感器测量数据通常设定为定时采集，采集频率过快会导致处理模块负载过大，同时增加了整个监测系统的通信负担；采集频率过慢会导致数据不具有时效性，致使系统失去预警意义。
发明内容
本发明的内容是提供一种井下环境预警方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
根据本发明的一种井下环境预警方法，其包括以下步骤：
S1、采用传感器采集井下环境参数数据，初始化传感器参数，设置初始采样周期为T；
S2、采用卡尔曼滤波，根据前一时刻的观测值Zk，预测当前时刻的预测值Xk；其中，
Zk＝HkXk+Vk；
S3、根据K-1时刻的观测值预测K时刻的预测值，判定K时刻的观测值是否超过K时刻预测值的m％，若未超过则进入步骤S4，若超过则进入步骤S5；
S4、将K时刻记为新的K-1时刻，进入步骤S3；
S5、以T/n为新的采样周期，取K时刻之后连续采集的n个数据的均值作为K+1时刻的观测值，判定K+1时刻的观测值是否超过预警值，若超过则执行步骤S6，若未超过则执行步骤S7；
S6、通过一报警装置进行报警，并将采样周期设为T/n直至警报解除，并在警报解除后将采样周期设为T、进入步骤S3；
S7、以T/n为采样周期，取K+1时刻之后连续采集的n个数据的均值作为K+2时刻的观测值，判定K+2时刻的观测值是否超过预警值，若超过则进入步骤S6，若未超过则执行步骤S8；
S8、通过卡尔曼滤波计算K、K+1和K+2时刻的预测值，并分析K、K+1和K+2时刻的预测值是否有上升趋势，若有则依次执行步骤S9和步骤S11，若无则依次执行步骤S10和步骤S11；
S9、若当前采样周期为T，则以T/n作为新的采样周期；若当前采样周期为T/n，则以T/pn作为新的采样周期；若当前采样周期为T/pn，则采样周期维持不变；
S10、若当前采样周期为T，则维持不变；若当前采样周期为T/n，则以T作为新的采样周期；若当前采样周期为T/pn，则以T/n作为新的采样周期；
S11、将K+2时刻记为新的K-1时刻，进入步骤S3。
本发明的井下环境预警方法，不需要依赖任何特殊的硬件，在保障了预警实时性和有效性的同时，能够有效地降低传感器的负载以及整个系统的通信压力，从而能够较佳地实现系统的运行稳定性，有效地避免预警的误报和漏报。
通过本发明的方法，使得在正常状态下能够以一个较长的采样周期对环境参数进行采集，从而能够有效地降低整个检测系统的负荷；通过步骤S3中，对实际观测值和预测值的判定，能够及时的发现异常数据，并能够及时地缩短采样周期，排查异常，从而能够有效地保证对异常数据检测的时效性。
作为优选，m取20。
作为优选，n和p均取不为1的正整数。
作为优选，n取3，p取2。
附图说明
图1为实施例1中的井下环境预警方法的流程图；
图2为实施例1中的井下环境预警方法的硬件系统框图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种井下环境预警方法，其包括以下步骤：
S1、采用传感器采集井下环境参数数据，初始化传感器参数，设置初始采样周期为T；
S2、采用卡尔曼滤波，根据前一时刻的观测值Zk，预测当前时刻的预测值Xk；其中，
Zk＝HkXk+Vk；
S3、根据K-1时刻的观测值预测K时刻的预测值，判定K时刻的观测值是否超过K时刻预测值的m％，若未超过则进入步骤S4，若超过则进入步骤S5；
S4、将K时刻记为新的K-1时刻，进入步骤S3；
S5、以T/n为新的采样周期，取K时刻之后连续采集的n个数据的均值作为K+1时刻的观测值，判定K+1时刻的观测值是否超过预警值，若超过则执行步骤S6，若未超过则执行步骤S7；
S6、通过一报警装置进行报警，并将采样周期设为T/n直至警报解除，并在警报解除后将采样周期设为T、进入步骤S3；
S7、以T/n为采样周期，取K+1时刻之后连续采集的n个数据的均值作为K+2时刻的观测值，判定K+2时刻的观测值是否超过预警值，若超过则进入步骤S6，若未超过则执行步骤S8；
S8、通过卡尔曼滤波计算K、K+1和K+2时刻的预测值，并分析K、K+1和K+2时刻的预测值是否有上升趋势，若有则依次执行步骤S9和步骤S11，若无则依次执行步骤S10和步骤S11；
S9、若当前采样周期为T，则以T/n作为新的采样周期；若当前采样周期为T/n，则以T/pn作为新的采样周期；若当前采样周期为T/pn，则采样周期维持不变；
S10、若当前采样周期为T，则维持不变；若当前采样周期为T/n，则以T作为新的采样周期；若当前采样周期为T/pn，则以T/n作为新的采样周期；
S11、将K+2时刻记为新的K-1时刻，进入步骤S3。
本实施例中，步骤S3中的m的数值能够根据实际的控制要求和环境参数类型进行自行设定，从而能够较为灵活地适用于多种工况或是对多种环境参数进行预警。
本实施例中，步骤S1中所采用的传感器包括现有的温湿度传感器、瓦斯浓传感器度、氧浓度传感器等，从而能够较佳地对井下环境中的多种环境参数进行检测，在实际运用时，能够根据现场要求自由增减传感器种类，以实现对不同环境参数的检测。其中，传感器在选择时，应当选择符合煤安认证的现有传感器，从而使得传感器能够较佳地对井下铺设点处的环境参数进行检测。
本实施例中，能够采用一计算处理单元实现对数据的逻辑处理与运算。其中，计算处理单元能够采用现有的单片机加以实现。计算处理单元能够实现如对传感器数据的接受、对所接受数据的卡尔曼滤波处理、与设定阈值的比较等，从而能够较佳地实现本实施的预警方法。
本实施例中，步骤S6中的报警装置能够采用符合煤安认证的现有声光报警器，从而能够较佳地实现报警功能。
本实施例中，计算处理单元和报警装置能够均设于相应传感器处，计算处理单元能够对传感器处所上传数据的进行处理，且计算处理单元能够在任意时刻的观测值大于预警值时向报警装置发送报警指令，从而能够及时地进行危险报警。其中，步骤S5和步骤S7中所说的预警值，能够根据实际情况进行预设。
本实施例中，计算处理单元还能够将数据处理的结果通过数据传输装置发送给一中央控制装置，数据传输装置能够包括有线或无线数据传输网络，中央控制装置能够包括设于井上的上位机；另外，中央控制装置也能够通过数据传输装置向计算处理单元发送相关指令或数据。从而能够较佳地实现对数据的远程监控管理。
在实际的井下环境预警中，需要采用多种、多个的相关传感器，本实施例的井下环境预警方法，在实际运用时能够单独地运用于每个不同的传感器，通过数据传输装置，能够实现在中央控制装置处对所有检测数据的统筹监控，以及对所有传感器的统筹管理。
本实施例的井下环境预警方法，不需要依赖任何特殊的硬件，在保障了预警实时性和有效性的同时，能够有效地降低传感器的负载以及整个系统的通信压力，从而能够较佳地实现系统的运行稳定性，有效地避免预警的误报和漏报。
本实施例中，m取20。
按照实际工况，n和p均能够取不为1的正整数，本实施例中，n取3，p取2。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种井下环境预警方法，其包括以下步骤：
S1、采用传感器采集井下环境参数数据，初始化传感器参数，设置初始采样周期为T；
S2、采用卡尔曼滤波，根据前一时刻的观测值Zk，预测当前时刻的预测值Xk；其中，
Zk＝HkXk+Vk；
S3、根据K-1时刻的观测值预测K时刻的预测值，判定K时刻的观测值是否超过K时刻预测值的m％，若未超过则进入步骤S4，若超过则进入步骤S5；
S4、将K时刻记为新的K-1时刻，进入步骤S3；
S5、以T/n为新的采样周期，取K时刻之后连续采集的n个数据的均值作为K+1时刻的观测值，判定K+1时刻的观测值是否超过预警值，若超过则执行步骤S6，若未超过则执行步骤S7；
S6、通过一报警装置进行报警，并将采样周期设为T/n直至警报解除，并在警报解除后将采样周期设为T、进入步骤S3；
S7、以T/n为采样周期，取K+1时刻之后连续采集的n个数据的均值作为K+2时刻的观测值，判定K+2时刻的观测值是否超过预警值，若超过则进入步骤S6，若未超过则执行步骤S8；
S8、通过卡尔曼滤波计算K、K+1和K+2时刻的预测值，并分析K、K+1和K+2时刻的预测值是否有上升趋势，若有则依次执行步骤S9和步骤S11，若无则依次执行步骤S10和步骤S11；
S9、若当前采样周期为T，则以T/n作为新的采样周期；若当前采样周期为T/n，则以T/pn作为新的采样周期；若当前采样周期为T/pn，则采样周期维持不变；
S10、若当前采样周期为T，则维持不变；若当前采样周期为T/n，则以T作为新的采样周期；若当前采样周期为T/pn，则以T/n作为新的采样周期；
S11、将K+2时刻记为新的K-1时刻，进入步骤S3；
n和p均取不为1的正整数。
2.根据权利要求1所述的一种井下环境预警方法，其特征在于：m取20。
3.根据权利要求2所述的一种井下环境预警方法，其特征在于：n取3，p取2。
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