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基于数据挖掘的煤矿安全监测系统研究

作　者: 王宏云
导　师: 付华
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 数据挖掘安全监测模糊聚类模糊评判时间序列预测特征分析
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文对数据挖掘技术在煤矿安全监测系统中的应用作了初步的研究与探讨。同时针对目前煤矿安全监测系统中存在的不足,提出了改进的煤矿安全监测方案,基于CAN总线与无线射频技术相结合的煤矿安全监测系统。实现了部分硬件的设计。该方法弥补了传统有线传输只能测量固定地方的瓦斯浓度,缺乏移动性的问题,又解决了无线传感器网络的电源供给有限的弊端,综合了两种方法的优点,可以更好的进行监测。在软件方面,首先提出应用数据挖掘的模糊聚类方法和模糊评判技术,进行井下环境监测区域的划分和危险等级的判定,提出了综合距离度量和相似度量的新统计量,MATLAB仿真实验结果表明,该方法在煤矿安全监测中具有潜在的应用价值;其次提出应用时间趋势结构序列数据挖掘方法,进行煤矿井下瓦斯时间序列趋势的预测,MATLAB仿真实验结果表明,时间序列数据挖掘方法在煤矿井下环境预测中具有重要的应用价值;最后提出应用特征分析方法进行井下监测传感器的优化布点,建立了特征分析模型,突破了传统传感器布点只依据《煤矿安全规程》的布点方法,在理论和科学的层次上对传感器的布点问题进行了研究,实现了井下环境监测传感器的灵活布置。MATLAB仿真实验验证了方法的可行性。但由于条件和时间的限制,很多方面还有待改进和深入研究。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-20
  1.1 选题背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 煤矿安全监测系统发展概况  12-15
    1.2.2 数据挖掘技术发展概况  15-16
    1.2.3 煤矿环境监测传感器优化布点研究现状  16-17
  1.3 课题的研究内容及主要工作  17-18
  1.4 论文的组织结构  18-20
2 数据挖掘技术研究  20-29
  2.1 数据挖掘技术概述  20-26
    2.1.1 数据挖掘的概念  20-22
    2.1.2 数据挖掘的任务  22-23
    2.1.3 数据挖掘的过程  23-25
    2.1.4 数据挖掘的特点  25-26
  2.2 数据挖掘的算法特性和分类  26-28
  2.3 数据挖掘的意义及应用  28-29
3 煤矿安全监测系统结构设计与改进  29-44
  3.1 煤矿安全监测系统的结构方案的选择  29-32
  3.2 煤矿安全监测系统实现的功能  32
  3.3 改进的煤矿安全监测系统技术优越性  32-34
    3.3.1 CAN 总线  32-33
    3.3.2 无线传输技术  33-34
  3.4 CAN 总线各部分功能设计  34-39
    3.4.1 CAN 总线协议选择  34-36
    3.4.2 中继技术研究  36-37
    3.4.3 CAN 总线硬件接口电路实现  37-39
  3.5 无线传输技术研究  39-42
    3.5.1 射频识别技术工作原理  39-40
    3.5.2 频段的选择  40
    3.5.3 射频芯片的选择  40-42
  3.6 智能传感器节点设计  42-43
  3.7 基于数据挖掘的煤矿安全监测系统  43-44
4 模糊聚类和模糊评判在煤矿安全监测系统中的应用研究  44-60
  4.1 模糊聚类分析在煤矿环境监测区域划分中的应用研究  44-52
    4.1.1 数据的正规化  44-45
    4.1.2 聚类的数学模型与模糊聚类  45-46
    4.1.3 衡量样本相似程度的统计量  46-50
    4.1.4 模糊相似矩阵  50
    4.1.5 算法在煤矿环境监测区域划分中的实现  50-52
  4.2 模糊评判在煤矿安全监测危险等级判定中的应用研究  52-59
    4.2.1 模糊评判  52-54
    4.2.2 模糊评判在煤矿安全监测危险等级判定中的实现  54-59
  4.3 总结  59-60
5 时间序列数据挖掘在煤矿监测趋势预测中的应用研究  60-68
  5.1 时间序列的定义  61
  5.2 时间序列数据挖掘与传统时间序列分析  61-62
  5.3 时序趋势结构序列预测  62-63
  5.4 趋势结构序列时序数据挖掘  63-64
  5.5 时序趋势结构序列预测的支持度和可信度  64-65
    5.5.1 支持度  64-65
    5.5.2 可信度  65
  5.6 时序趋势结构序列预测在煤矿瓦斯预测中的应用  65-67
  5.7 总结  67-68
6 特征分析在煤矿环境监测传感器优化布点中的研究  68-76
  6.1 煤矿环境监测传感器优化布点研究的必要性和意义  68-69
  6.2 传感器优化方案的设计  69
  6.3 优化算法研究及实现  69-75
    6.3.1 特征分析模型建立  70-71
    6.3.2 联系度  71-72
    6.3.3 原始数据“二进制”赋值  72
    6.3.4 特征分析方法在煤矿环境监测传感器优化布点中的实现  72-75
  6.4 总结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-81
附录A CAN 总线数据采集通信原理图  81-82
作者简历  82-83
学位论文数据集  83-84

基于数据挖掘的煤矿安全监测系统研究

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