專利名稱：：采用模糊模式識別預(yù)測隧道瓦斯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及隧道施工
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是一種采用模糊模式識別預(yù)測隧道瓦斯的方法。
背景技術(shù)：
：目前對瓦斯的預(yù)測依然是事后預(yù)測，即瓦斯?jié)舛瘸薏艌?bào)警，沒有提前的預(yù)測功能。為此，隨著瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的普及，如何利用瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)來進(jìn)行有效的瓦斯異常預(yù)警預(yù)測，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種采用模糊模式識別預(yù)測隧道瓦斯的方法，具體是根據(jù)瓦斯隧道中瓦斯?jié)舛鹊默F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行瓦斯異常預(yù)警預(yù)測，克服瓦斯?fàn)顟B(tài)突變所帶來的不安全因素的影響。本發(fā)明是一種采用模糊模式識別預(yù)測隧道瓦斯的方法，在地面中心站布設(shè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊接口和分站，在隧道內(nèi)掌子面、襯砌、加寬帶和回風(fēng)口處監(jiān)測點(diǎn)分別布設(shè)掌子面?zhèn)鞲衅?、襯砌傳感器、加寬帶傳感器和回風(fēng)口傳感器，所述四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分別布設(shè)左拱腳傳感器、右拱腳傳感器和拱頂傳感器，所有傳感器通過通訊電纜與分站相連接，分站通過傳輸數(shù)據(jù)線與通訊接口相連接，數(shù)據(jù)通訊接口與計(jì)算機(jī)相連接，其特征在于，包括如下步驟(1)在所述計(jì)算機(jī)內(nèi)建立模糊模式識別技術(shù)模型；(2)所述各種傳感器把所監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)變成電信號傳輸給所述分站；(3)所述分站對不同檢測部位的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)分別進(jìn)行分析處理，同時(shí)將處理后的瓦斯?jié)舛葌鬟f給所述計(jì)算機(jī)；(4)計(jì)算機(jī)根據(jù)瓦斯?jié)舛壤L制時(shí)間曲線圖形，確定曲線圖形中3個(gè)重要異常點(diǎn)位異常起始點(diǎn)、緩慢上升到快速上升/快速上升到緩慢上升/緩慢下降到快速上升/快速下降到緩慢下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)、峰值點(diǎn)。(5)計(jì)算機(jī)根據(jù)所述時(shí)間曲線圖形和異常點(diǎn)位確定模糊模式識別技術(shù)模型的參數(shù)，調(diào)用模糊模式識別技術(shù)模型對監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。本發(fā)明中異常點(diǎn)是指瓦斯?jié)舛葹镺.1%的點(diǎn)，緩慢上升到快速上升/快速上升到緩慢上升/緩慢下降到快速上升/快速下降到緩慢下降中"緩慢"、"快速"指的是瓦斯?jié)舛群瘮?shù)曲線中曲率的變化程度，曲率值在00.5之間為"緩慢上升"或者"緩慢下降"；曲率值大于0.5為"快速上升"或者"快速下降"。本發(fā)明通過對瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行瓦斯監(jiān)測，對隧道內(nèi)瓦斯分布趨勢進(jìn)行預(yù)警預(yù)測，為制定防治瓦斯技術(shù)措施提供了參考依據(jù)，同時(shí)，確保施工人員安全，因此，本發(fā)明對瓦斯隧道施工安全具有重要意義。本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是本發(fā)明的基本方法邏輯方框圖2是掌子面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測到的07.11.20-07.11.26七天的每小時(shí)瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間曲線圖圖3是kl6+650監(jiān)測點(diǎn)左拱腳傳感器監(jiān)測到的07.12.07-07.12.10四天的30次瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間曲線圖4是K16+993監(jiān)測點(diǎn)傳感器監(jiān)測到的05.11.19-05.12.13的日平均監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間曲線圖具體實(shí)施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。S卩，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。如圖1所示，對某個(gè)隧道多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)用模糊模式識別技術(shù)對瓦斯分布進(jìn)行趨勢預(yù)測預(yù)報(bào)。本方法中包括的系統(tǒng)在地面中心站布設(shè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊接口和分站，在隧道內(nèi)掌子面、襯砌、加寬帶和回風(fēng)口處監(jiān)測點(diǎn)分別布設(shè)掌子面?zhèn)鞲衅鳌⒁r砌傳感器、加寬帶傳感器和回風(fēng)口傳感器，所述四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分別布設(shè)左拱腳傳感器、右拱腳傳感器和拱頂傳感器，所有傳感器通過通訊電纜與分站相連接，分站通過傳輸數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)通訊接口相連接，數(shù)據(jù)通訊接口與計(jì)算機(jī)相連接。計(jì)算機(jī)上裝有監(jiān)控測試軟件和模糊模式識別技術(shù)模型，監(jiān)測方式選擇有1)單點(diǎn)測:分別顯示四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)掌子面處、襯砌處、加寬帶處和回風(fēng)口處中每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù);2)分點(diǎn)測可以選擇顯示任一傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)；分站具有對監(jiān)測點(diǎn)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、屏蔽干擾信息的功能；每個(gè)傳感器監(jiān)測相應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)的瓦斯?jié)舛?。在隧道?nèi)施工時(shí)啟動計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)通訊接口同時(shí)向分站3發(fā)送配置、巡檢、控制等命令，分站又通過通訊電纜把命令傳輸給各種傳感器，分布在各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的傳感器開始對相應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，傳感器將監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號，同時(shí)通過通訊電纜傳輸給分站3，分站將分析處理結(jié)果通過數(shù)據(jù)接口傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算完成顯示、打印、報(bào)警等功能。在本實(shí)施例中選取3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)來對瓦斯?jié)舛戎卸唐谖磥頎顩r進(jìn)行趨勢預(yù)測預(yù)報(bào)。3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)所形成的曲線圖形如下①掌子面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測到的07.11.20-07.11.26七天的每小時(shí)瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間曲線圖形，其中A左側(cè)為用來建模的實(shí)測部分，A右側(cè)為論證建模的實(shí)測部分。②kl6+650監(jiān)測點(diǎn)左拱腳傳感器監(jiān)測到的07.12.07-07.12.10四天的30次瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間曲線圖形，其中B左側(cè)為用來建模的實(shí)測部分，B右側(cè)為論證建模的實(shí)測部分。③K16+993監(jiān)測點(diǎn)傳感器監(jiān)測到的05.11.19-05.12.13的日平均監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)間曲線圖形，其中C左側(cè)為用來建模的實(shí)測部分，C右側(cè)為用來論證建模的實(shí)測部分。用模糊模式識別方法對其進(jìn)行趨勢預(yù)測，其步驟為(一)特征l:瓦斯?jié)舛戎礽1，即曲線的幅值，可描述為"低'古，，#13—,J-提取以下幾個(gè)特征11"中等"Al2禾口"可描述為"下降"3，為異常處曲線出現(xiàn)的尖峰數(shù)21'平緩特征2:增量i2，即曲線的增"^22和"上升"A23;特征3:峰值A(chǔ)31_j曲線斜率來度單峰"'32和"多峰"^33，可描述為"無峰"將獲得的原始數(shù)據(jù)依據(jù)特征值的提取原則實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)到特征向量的轉(zhuǎn)換，待檢樣本建模部分的特征向量如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(二)特征參數(shù)的模糊化將特征向量根據(jù)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊劃分，確定每個(gè)參數(shù)的隸屬度/^0'二l，2J^=1'2_3)，各特征參數(shù)的隸屬度劃分原則<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>把各種典型異常的模糊集'用'的隸屬函數(shù)7的組合來表達(dá)，即表達(dá)成模糊向量的形式^=(A"M2W3、/^l、/^2、/^3^1'/^2，/^)，每種典型異常的波形都是^z'上的模糊子集，表示如下平緩正常型A=(l,O,O;O丄O;l'O,O)三角正常形=(O，O.，W,O;(U，O)增量正常型^4^=(0山0;0丄0;0X0)增量異常型A=((U，o;oJ，o;i，o，o)多峰異常^根據(jù)隸屬度的劃分原則將其轉(zhuǎn)化為論域里的特征向:■A12#21A22//3310001010000100101053100010001(H)判決準(zhǔn)則選擇歐氏距離的貼近度作為(二)中所述樣本訓(xùn)練集上的判決準(zhǔn)則。歐氏貼近度的運(yùn)算公式如下"04、S)=1_卡」Z(6")-"))'.=i式中Xi為包含的特征，A、B為模糊子集，ua、ub為評判對象因素,根據(jù)歐氏貼近度的運(yùn)算公式計(jì)算出的貼近度<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>這3個(gè)實(shí)際監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)用模糊模式識別作出的未來趨勢預(yù)測結(jié)果分別是平緩正常型、三角正常型和平緩正常型。這個(gè)預(yù)測結(jié)果與樣本實(shí)測數(shù)據(jù)相符，樣本實(shí)測數(shù)據(jù)圖形如A、B、C的右側(cè)部分所示。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。權(quán)利要求1.一種瓦斯預(yù)測預(yù)報(bào)方法，在地面中心站布設(shè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊接口和分站，在隧道內(nèi)掌子面、襯砌、加寬帶和回風(fēng)口處監(jiān)測點(diǎn)分別布設(shè)掌子面?zhèn)鞲衅?、襯砌傳感器、加寬帶傳感器和回風(fēng)口傳感器，所述四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分別布設(shè)左拱腳傳感器、右拱腳傳感器和拱頂傳感器，所有傳感器通過通訊電纜與分站相連接，分站通過傳輸數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)通訊接口相連接，數(shù)據(jù)通訊接口與計(jì)算機(jī)相連接，其特征在于，包括如下步驟(1)在所述計(jì)算機(jī)內(nèi)建立模糊模式識別技術(shù)模型；(2)所述各種傳感器把所監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)變成電信號傳輸給所述分站；(3)所述分站對不同檢測部位的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)分別進(jìn)行分析處理，同時(shí)將處理后的瓦斯?jié)舛葌鬟f給所述計(jì)算機(jī)；(4)計(jì)算機(jī)根據(jù)瓦斯?jié)舛壤L制時(shí)間曲線圖形，確定曲線圖形中3個(gè)重要異常點(diǎn)位異常起始點(diǎn)、緩慢上升到快速上升/快速上升到緩慢上升/緩慢下降到快速上升/快速下降到緩慢下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)、峰值點(diǎn)；(5)計(jì)算機(jī)根據(jù)所述時(shí)間曲線圖形和異常點(diǎn)位確定模糊模式識別技術(shù)模型的參數(shù)，調(diào)用模糊模式識別技術(shù)模型對監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的瓦斯預(yù)測預(yù)報(bào)方法，其特征在于，所述模糊模式識別技術(shù)模型步驟為(1)提取以下3個(gè)特征瓦斯?jié)舛戎?、增量？2和峰值"3，其中F〃瓦斯?jié)舛戎?，即曲線的幅值，可描述為"低"A"、"中等"^12和"高"〃13;增量F2，即曲線的增量，由曲線斜率來度量，可描述為"下降"^21、"平緩"^22和"上升"A23;峰值j，為異常處曲線出現(xiàn)的尖峰數(shù)，可描述為"無峰"、"單峰"1和"多峰"^33;(2)特征參數(shù)的模糊化首先依據(jù)特征值的提取原則，將獲得的時(shí)間曲線圖形中的原始數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)到特征向量的轉(zhuǎn)換，再將特征向量根據(jù)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊劃分，確定每個(gè)參數(shù)的隸屬度"=:U^J=1，2^3)，各特征參數(shù)的隸屬度劃分原則<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>把各種典型異常的模糊集即表達(dá)成模糊向量的形式的隸屬函數(shù)的組合來表達(dá)(4=(^11',M3,/^21，化2，/^23,Al,7^3)，每種典型異常的波形都是J'^'上的模糊子集，表示如下平緩正常型.爿1=(L0'0;0丄0;L0'0)爿i=(l,O,O;O丄O;l,O,O).三角正常形.片ii=(0，0-5，0.5;0;i,0;(U，0)An=(0，0.5，0.5;(U,0;(U，0).增量正常型^4^=(0山0;0丄0;04，0)^4^=(0山0;0丄0;0X0).增量異常型.42=((U，O;(U肌O，O)^2=((U，O;(U肌O，O).多峰異常.爿2=(0，0.5,0.5;0,0.5，0.5;0，(U)爿2=(0，0.5,0.5;0,0.5，0.5;0，(U)(3)判決準(zhǔn)則選擇歐氏距離的貼近度作為②中所述樣本訓(xùn)練集上的判決準(zhǔn)則，歐氏貼近度的運(yùn)算公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中xi為包含的特征，A、B為模糊子集，uAuB為評判對象因素。全文摘要本發(fā)明公開了一種采用模糊模式識別預(yù)測隧道瓦斯的方法，該方法根據(jù)隧道瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)對瓦斯未來中短期狀況進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，克服以往無法提前進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)的缺陷。本發(fā)明通過將監(jiān)測點(diǎn)傳感器監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號傳輸給分站，在分站內(nèi)進(jìn)行分析處理，然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)調(diào)用模糊模式識別技術(shù)模型對瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢預(yù)測預(yù)報(bào)，達(dá)到了根據(jù)現(xiàn)場瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)對瓦斯進(jìn)行事前預(yù)測的目的。本發(fā)明為制定防治瓦斯技術(shù)措施提供了參考依據(jù)，同時(shí)，確保了施工人員安全，因此，本發(fā)明對瓦斯隧道施工安全具有重要意義。文檔編號E21F17/18GK101603433SQ20091030157公開日2009年12月16日申請日期2009年4月15日優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日發(fā)明者睿丁,卿三惠申請人:中鐵二局股份有限公司