基于数据挖掘的煤矿安全预警系统设计

王慧

摘  要：煤矿安全生产是煤矿发展重要的一部分，而在对煤矿安全进行监测中经常会出现各种问题，传统的监测方法是在特定点设定传感器，进而达到对信号的采集，再通过有线传输将信号传输到控制中心，而这种传输方式存在着极大的测量盲区，对系统中出现的危险不能及时预警，经常会出现各种误判与漏判的现象，为此需要加强对煤矿安全预警系统的设计，从而提高煤矿安全预警的精确性。该文分析了基于Apriori的煤矿监测系统整体设计与基于Apriori的煤矿安全预警系统设计，从而为更好地设计煤矿安全预警系统提供一定的参考。

关键词：Apriori  煤矿安全预警  系统设计

中图分类号：TP311    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（c）-0016-02

1  基于Apriori的煤矿监测系统整体设计

为了有效地保证煤矿安全监测的精确性，其监控结构会涉及到多个领域，但实际上煤矿生产过程中其环境极其恶劣，这就极易造成安全监控出现各种问题。同时传统的有线监测系统是依靠特定的测试点进行特殊的应用型铺设，这种监测方式的移动性与组网性较差，在一定程度上极大地影响了煤矿生产质量。随着科学技术的发展，在煤矿监测中逐步引入了无线传感技术与特种总线技术，并且煤矿监测系统正在向着智能化与精准化的方向发展，其中无线传感网络具有组网能力强、无盲点的优势，通过无线传感器可以有效地对煤矿数据进行全面的监测，为此，无线监测在煤矿安全监测中得到了广泛的应用。除此之外，传统的监测方法在对数据进行分析时只是简单地进行处理，并不能很好地对数据加以深度处理分析，这就极易造成数据信息的遗漏，而且对安全预警决策时并没有采取智能化的手段，主要是依靠人工，这大大降低了工作的效率。在煤矿安全监测中该文主要是将TT-CAN总线传输技术与无线传感网络的数据采集技术相结合，采用改进的Apriori煤矿安全预警对上位机数控进行软件模块分析，从而得到煤矿安全中各因素之间的关系，进而提高煤矿安全监测的效率。

该系统是由3层组成的，第一层主要是数据采集节点与数据预处理电路，该系统通过特种传感器对与煤矿安全相关的各因素进行数据采集，待数据采集完成后再通过数据预处理将数据存储到原始数据库，这样一来就便于后期对数据的使用。第二层采用的是以DSP与MCO2515为架构的可靠性TTCAN兼容控制器，该兼容控制器可以有效的降低错误率，而且具有较高的实时性。第三层主要是数据上位机分析系统，分析与煤矿安全因素相关联的因素，研究这些因素与预警的相关性，从而确保煤矿安全预警的准确性。在对煤矿上位机中的数据进行实时分析时需要先將系统形成后采集的数据上传，其中传感器所采集到的数据可以有效地实现无盲区覆盖，将煤矿安全的各因素进行全面的数据采集覆盖，这在极大程度上提高了煤矿安全预测的精确度。除此之外，该系统还能够提供较为完整的数据库，可以将煤矿安全因素之间的关联加以分析，这样一来就可以有效地帮助工作人员对煤矿安全进行实时监测，这极大地为煤矿安全的准确监测提供了保障。

2  基于Apriori的煤矿安全预警系统设计

基于Apriori的煤矿安全预警系统的硬件设计涵盖了系统各层的硬件支撑，按照系统的总体设计框架，该文中的硬件设计主要包括传感器节点与组网、总线支撑、告警模型构造3个部分。

2.1 传感网络组网设计

该文的煤矿监控系统的传感器安全因素主要来源于TTCAN总线结合的固定传感器与ZIGBEE的移动传感器。当危险数据超出预警线时，这时固定传感器就会报警，一部分固定节点就会充当中继节点的角色，进而达到对各种外围电路进行外围支撑的目的。在AT89C52芯片的基础之上进行移动传感器数据的采集与处理，使得光电耦合电路与现场相连接，进而达到有效采集数据的目的。但事实上，由于煤矿生产中经常会出现各种恶劣环境，这时在采用无线传感网络时就会造成噪声混入到数据采集中，进而影响到有用信号的采集，不利于及时发现安全问题。为了有效解决这类问题可采用放大信号电路与滤波电路的方式，或是采用一定的芯片使噪音得以消除。该文外围支撑中的信号放大电路则是采用AD620芯片有效地将信号进行去噪，从而保证了信号的带宽与精准度。滤波电路则是采用MAX275带通滤波器来达到滤波的低失真，并采用二阶的贝塞尔滤波器设计模式有效设定最低与最高频率的区间。通过ZIGBEE无线网络传输将预处理的数据传输到控制中心，从而确保支撑电力有效实现网络的组网（如图1所示）。

2.2 总线架构的设计

煤矿安全警报的实时性会直接影响到煤矿的安全，而事实上传统的CAN总线在煤矿安全事件发生时对数据的警报具有一定的延时性，这就会大大影响到煤矿安全的监控，不能有效地满足煤矿安全警报的实时性。而TTCAN总线则可以有效地冗余时间控制器，使数据传输的准确性大大提高，为此，该文采用双通道冗余的TTCAN控制器，每个TTCAN控制器配备两路CAN总线，并将DSP芯片与CAN控制器有效结合来设计TTCAN的硬件，从而形成了一套独立的总线结构，进而有效地实现各数据层之间的全面冗余。

2.3 诊断模型的构造

该系统采用预处理的方式进行上位机数据分析，主要操作程序是将数据装入SpssClemntine数据挖掘平台，再通过Apriori算法的方式对数据的关联性进行详细的分析，这时为了有效地找到最大的数据频繁集就需要采用特定的最小支持度与置信度支持，为了确保加载数据的准确性可以采用SQL技术将数据直接加载到数据挖掘平台，进而实现关联规则的挖掘。

3  结语

综上所述，传统的煤矿安全预警系统具有实时性较差、存在盲区的缺陷，为此，在进行煤矿安全预警中会经常出现误判与漏判的情况。该文则是通过改进Apriori的煤矿安全预警系统设计，将TTCAN与无线传感网络技术相结合，进而使测量盲点得以消除，而且数据的实时性也得到了有效的保障，并对煤矿安全生产中的各因素进行关联规则，从而实现对相关性的及时识别，达到对煤矿安全的多角度预警，从而确保煤矿的安全生产。

参考文献

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