本發(fā)明涉及井下巷道監(jiān)測，具體涉及一種用于井下施工現(xiàn)場的監(jiān)測預(yù)警處理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、井下施工現(xiàn)場環(huán)境極其復(fù)雜多變，面臨多種潛在的安全風(fēng)險，包括但不限于瓦斯爆炸、頂板塌陷、火災(zāi)、有害氣體泄漏等。這些風(fēng)險不僅威脅到施工人員的生命安全，還可能導(dǎo)致生產(chǎn)活動中斷，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，實時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)在保障施工人員的生命安全和確保生產(chǎn)活動的順利進行方面顯得尤為重要。

2、傳統(tǒng)的井下監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要依賴于傳感器數(shù)據(jù)的直接采集和簡單的數(shù)據(jù)分析方法。然而，這種系統(tǒng)存在以下幾個顯著的局限性：

3、每個傳感器獨立工作，缺乏對多個傳感器數(shù)據(jù)的綜合分析。當某一的傳感器節(jié)點遭遇性能退化、信號失真或是完全失效的情況時，該節(jié)點所負責監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)將無法被有效采集與傳輸，進而影響到整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完整性和準確性。同時單一傳感器的故障不僅會導(dǎo)致局部信息缺失，還可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，干擾其他正常運作單元的工作狀態(tài)評估，甚至造成整個井下監(jiān)測的可靠性大幅度下降。

4、基于此，急需一種用于井下施工現(xiàn)場的監(jiān)測預(yù)警處理系統(tǒng)及方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中由于部分傳感器出現(xiàn)故障的情況下導(dǎo)致局部信息缺失，從而使得整個井下現(xiàn)場監(jiān)測的可靠性大幅度下降的問題，極大提高了部分傳感器出現(xiàn)故障的情況下所對應(yīng)的井下現(xiàn)場監(jiān)測的可靠度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于井下施工現(xiàn)場的監(jiān)測預(yù)警處理系統(tǒng)及方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中由于部分傳感器出現(xiàn)故障的情況下導(dǎo)致局部信息缺失，從而使得整個井下現(xiàn)場監(jiān)測的可靠性大幅度下降的問題，極大提高了部分傳感器出現(xiàn)故障的情況下所對應(yīng)的井下現(xiàn)場監(jiān)測的可靠度。

2、為了達到上述目的，提供了一種用于井下施工現(xiàn)場的監(jiān)測預(yù)警處理系統(tǒng)，包括服務(wù)端和管理端；

3、所述服務(wù)端包括：

4、數(shù)據(jù)采集模塊，用于在當前時刻下，對井下巷道內(nèi)基于預(yù)先制定的傳感器點位設(shè)置方案中某一監(jiān)測組的各個傳感器點位上所布置的各個傳感器的傳感器數(shù)據(jù)進行采集；

5、識別模塊，用于根據(jù)所采集到的傳感器數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的傳感器點位設(shè)置方案中的傳感器點位數(shù)，依次判斷當前時刻下各個傳感器點位上所對應(yīng)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)是否存在異常，若是，則判斷對應(yīng)的傳感器為異常傳感器，若否，則對應(yīng)的傳感器為正常傳感器；直到完成所有傳感器的判斷，形成各自所對應(yīng)的異常傳感器集和正常傳感器集；

6、計算模塊，用于根據(jù)當前時刻下正常傳感器集所對應(yīng)正常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，基于預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度選取策略，分別選取出異常傳感器集中各個異常傳感器各自所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度集合，并基于各個異常傳感器所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度集合中的各個數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，以及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度所對應(yīng)的正常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，計算出對應(yīng)的異常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)；

7、預(yù)測模塊，用于在完成所有異常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)的計算后，調(diào)取異常傳感器和正常傳感器所對應(yīng)的第一監(jiān)測預(yù)警模型，并將異常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)，以及正常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)輸入到對應(yīng)的第一監(jiān)測預(yù)警預(yù)測模型，輸出當前時刻下井下巷道所對應(yīng)的第一預(yù)測結(jié)果；

8、預(yù)警模塊，用于根據(jù)當前時刻下井下巷道所對應(yīng)的第一預(yù)測結(jié)果，判斷當前時刻下井下巷道是否存在危險，若是，則向管理端發(fā)送第一預(yù)警信息。

9、本方案的技術(shù)原理及效果：在本方案中，首先對當前時刻下的井下巷道內(nèi)某一監(jiān)測組所對應(yīng)的各個傳感器點位上的傳感器進行傳感器數(shù)據(jù)的采集，然后根據(jù)所采集到的傳感器數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的傳感器點位設(shè)置方案中的傳感器點位數(shù)，依次判斷當前時刻下各個傳感器點位上所對應(yīng)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)是否存在異常，通過有這一步實現(xiàn)對異常傳感器和正常傳感器的區(qū)分，自動檢測并區(qū)分正常與異常的傳感器讀數(shù)。這一過程對于早期發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患至關(guān)重要，因為異常數(shù)據(jù)可能是某些潛在問題的先兆。

10、之后根據(jù)當前時刻下正常傳感器集所對應(yīng)正常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，基于預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度選取策略，分別選取出異常傳感器集中各個異常傳感器各自所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度集合，并基于各個異常傳感器所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度集合中的各個數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，以及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度所對應(yīng)的正常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，計算出對應(yīng)的異常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)，通過各個異常傳感器各自所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度集合的獲取，從而實現(xiàn)對異常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)的準確計算和補充，提高異常檢測的精度。

11、然后在完成所有異常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)的計算后，調(diào)取異常傳感器和正常傳感器所對應(yīng)的第一監(jiān)測預(yù)警模型，并將異常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)，以及正常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)輸入到對應(yīng)的第一監(jiān)測預(yù)警預(yù)測模型，輸出當前時刻下井下巷道所對應(yīng)的第一預(yù)測結(jié)果；根據(jù)當前時刻下井下巷道所對應(yīng)的第一預(yù)測結(jié)果，判斷當前時刻下井下巷道是否存在危險，若是，則向管理端發(fā)送第一預(yù)警信息。

12、相比現(xiàn)有技術(shù)中在某一的傳感器節(jié)點遭遇性能退化、信號失真或是完全失效的情況時，該節(jié)點所負責監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)將無法被有效采集與傳輸，進而影響到整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完整性和準確性。同時單一傳感器的故障不僅會導(dǎo)致局部信息缺失，還可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，干擾其他正常運作單元的工作狀態(tài)評估，甚至造成整個井下監(jiān)測的可靠性大幅度下降，本方案在面對部分傳感器出現(xiàn)異常時，通過識別模塊和計算模塊之間的協(xié)同配合，從而實現(xiàn)對發(fā)生異常的傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)進行準確的可靠的補充和完善，然后將異常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)和正常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)輸入到對應(yīng)的模型中，從而實現(xiàn)對井下現(xiàn)場監(jiān)測的可靠性的極大提高，確保在部分傳感器發(fā)生異常時的井下現(xiàn)場監(jiān)測的可靠度和準確度。即解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于部分傳感器出現(xiàn)故障的情況下導(dǎo)致局部信息缺失，從而使得整個井下現(xiàn)場監(jiān)測的可靠性大幅度下降的問題，極大提高了部分傳感器出現(xiàn)故障的情況下所對應(yīng)的井下現(xiàn)場監(jiān)測的可靠度。

13、進一步，所述預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度選取策略包括以下步驟：

14、s100、根據(jù)當前時刻下正常傳感器集和異常傳感器集，計算出正常傳感器集與異常傳感器集之間的傳感器數(shù)量比；

15、s200、若傳感器數(shù)量比大于或者等于預(yù)設(shè)數(shù)量比時，則基于上一時刻所對應(yīng)的分組情況，對正常傳感器集中的各個正常傳感器進行分組，形成各個傳感器組；所述分組情況包括組數(shù)以及各個組所對應(yīng)的傳感器；

16、s300、若傳感器數(shù)量比小于預(yù)設(shè)數(shù)量比，則根據(jù)正常傳感器集中的各個正常傳感器以及上一時刻所對應(yīng)的組數(shù)，對正常傳感器集中的各個正常傳感器進行隨機選取并組合，形成與上一時刻所對應(yīng)的組數(shù)相同的傳感器組；

17、s400、根據(jù)形成的各個傳感器組中的各個傳感器，調(diào)取異常傳感器集中各個異常傳感器與各個傳感器組中的所有正常傳感器之間所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度；

18、s500、獲取對應(yīng)的監(jiān)測組所在的井下巷道的巷道基本數(shù)據(jù)以及監(jiān)測組在井下巷道的安裝位置數(shù)據(jù)，并基于巷道基本數(shù)據(jù)以及安裝位置數(shù)據(jù)，對調(diào)取的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度進行動態(tài)調(diào)整；

19、s500、根據(jù)動態(tài)調(diào)整后的異常傳感器集中各個異常傳感器與各個傳感器組中的所有正常傳感器之間所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，以及傳感器組中所有正常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)，計算出異常傳感器集中各個異常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)。

20、有益效果：在本方案中，首先通過正常傳感器集和異常傳感器集之間的傳感器數(shù)量比的計算，可以知曉在對應(yīng)的監(jiān)測組中存在異常的傳感器的占比。

21、當若傳感器數(shù)量比大于或者等于預(yù)設(shè)數(shù)量比時，則基于上一時刻所對應(yīng)的分組情況，對正常傳感器集中的各個正常傳感器進行分組，形成各個傳感器組；所述分組情況包括組數(shù)以及各個組所對應(yīng)的傳感器，充分考慮到在傳感器數(shù)量比滿足預(yù)設(shè)數(shù)量比時，說明傳感器損壞的比例比較小，那么在沿用上一時刻的分組時，對應(yīng)后續(xù)的計算結(jié)果也是可靠且準確的，基于上一時刻的分組情況進行分組，可以保持傳感器分組的連續(xù)性和穩(wěn)定性。這種連續(xù)性有助于減少因頻繁調(diào)整分組帶來的不必要干擾，使得系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)時更加平滑和高效。利用已有分組信息，避免了從頭開始重新分組所需的大量計算資源。這不僅節(jié)省了時間和計算成本，還提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，尤其是在大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中，這一優(yōu)勢尤為明顯。繼承歷史分組信息可以確保同一組內(nèi)的傳感器在不同時間點上的數(shù)據(jù)具有一致性，便于進行時間序列分析和趨勢預(yù)測。這對于長期監(jiān)測和故障診斷非常有利。

22、若傳感器數(shù)量比小于預(yù)設(shè)數(shù)量比，則根據(jù)正常傳感器集中的各個正常傳感器以及上一時刻所對應(yīng)的組數(shù)，對正常傳感器集中的各個正常傳感器進行隨機選取并組合，形成與上一時刻所對應(yīng)的組數(shù)相同的傳感器組；在保證組數(shù)與上一時刻相同的情況下，對傳感器組內(nèi)的各個傳感器進行隨選匹配，增加傳感器組的多樣性，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力。不同的分組組合有助于發(fā)現(xiàn)更多潛在的異常模式，提高異常檢測的全面性。防止系統(tǒng)過度依賴某一特定的分組方式，從而避免過擬合問題。這使得系統(tǒng)在面對新的或未見過的數(shù)據(jù)時，依然能夠保持良好的性能。保持與上一時刻相同的分組數(shù)，可以確保系統(tǒng)在不同時間段內(nèi)保持一致的監(jiān)測密度和覆蓋范圍。這有助于維持系統(tǒng)的整體平衡，避免因分組數(shù)變化導(dǎo)致的監(jiān)測盲區(qū)或冗余。相同的分組數(shù)確保了不同時間段內(nèi)數(shù)據(jù)的可比性，便于進行跨時段的數(shù)據(jù)對比和分析。這對于長期趨勢分析和歷史數(shù)據(jù)回溯非常有幫助。

23、之后對于每個異常傳感器，調(diào)取其與各傳感器組內(nèi)所有正常傳感器間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，例如異常傳感器a，傳感器組中的正常傳感器為a，b，c，那么在對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度的調(diào)取時就會調(diào)取異常傳感器a與正常傳感器a，b，c之間的關(guān)聯(lián)度，通過量化正常與異常傳感器間的相互關(guān)系，為后續(xù)分析提供基礎(chǔ)。

24、然后結(jié)合井下巷道的基本數(shù)據(jù)(如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、通風(fēng)條件等)及傳感器的具體安裝位置，對調(diào)取的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度進行動態(tài)調(diào)整，極大提供了調(diào)整后的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的真實性和可靠性，更加符合實際情況。

25、進一步，所述預(yù)測模塊，還用于調(diào)取正常傳感器所對應(yīng)的第二監(jiān)測預(yù)警預(yù)測模型，并將正常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)輸入到第二監(jiān)測預(yù)警預(yù)測模型中，輸出當前時刻下井下巷道所對應(yīng)的第二預(yù)測結(jié)果；

26、所述服務(wù)端還包括分析模塊，用于根據(jù)輸出的當前時刻下井下巷道所對應(yīng)的第一預(yù)測結(jié)果和第二預(yù)測結(jié)果，基于各個預(yù)測結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的權(quán)重值，計算出矯正后的最新預(yù)測結(jié)果；

27、所述預(yù)警模塊，還用于根據(jù)矯正后的最新預(yù)測結(jié)果，判斷當前時刻下井下巷道是否存在危險，若是，則向管理端發(fā)送第二預(yù)警信息。

28、有益效果：在本方案中，通過結(jié)合第一預(yù)測結(jié)果和第二預(yù)測結(jié)果，利用正常數(shù)據(jù)對異常數(shù)據(jù)進行矯正，有效減少了誤報和漏報的概率，顯著提高了預(yù)測的準確性。這種多模型融合的方法能夠更全面地反映井下巷道的實際環(huán)境狀況。

29、第二預(yù)測結(jié)果作為獨立的驗證手段，能夠有效檢測第一預(yù)測結(jié)果中的異常情況，增強了系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。這種雙重驗證機制確保了預(yù)測結(jié)果的穩(wěn)定性和可信度。而且通過矯正計算，系統(tǒng)能夠有效減少因單一模型誤差導(dǎo)致的誤報和漏報，提高了系統(tǒng)的整體可靠性。

30、進一步，所述巷道基本數(shù)據(jù)包括巷道地質(zhì)數(shù)據(jù)以及巷道數(shù)據(jù)，所述巷道數(shù)據(jù)包括巷道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、巷道支撐數(shù)據(jù)以及巷道大小數(shù)據(jù)。

31、進一步，所述服務(wù)端還包括：

32、報告制作模塊，用于在判斷結(jié)果為當前時刻下井下巷道存在危險時，根據(jù)對應(yīng)的第一預(yù)測結(jié)果，生成對應(yīng)的預(yù)警維護報告并反饋給管理端，所述預(yù)警維護報告包括當前預(yù)警等級，以及對應(yīng)的維護解決方案。

33、有益效果：當系統(tǒng)判斷當前時刻井下巷道存在危險時，報告制作模塊能夠即時生成預(yù)警維護報告，并迅速反饋給管理端。這種即時響應(yīng)機制極大縮短了從發(fā)現(xiàn)風(fēng)險到采取措施的時間，提高了應(yīng)急響應(yīng)的效率，而且預(yù)警維護報告不僅包括當前的預(yù)警等級，還提供了詳細的維護解決方案，使管理人員能夠迅速了解具體情況并采取相應(yīng)措施。

34、本發(fā)明還提供了一種用于井下施工現(xiàn)場的監(jiān)測預(yù)警處理方法，使用上述的用于井下施工現(xiàn)場的監(jiān)測預(yù)警處理系統(tǒng)，包括以下步驟：

35、s1、在當前時刻下，對井下巷道內(nèi)基于預(yù)先制定的傳感器點位設(shè)置方案中某一監(jiān)測組的各個傳感器點位上所布置的各個傳感器的傳感器數(shù)據(jù)進行采集；

36、s2、根據(jù)所采集到的傳感器數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的傳感器點位設(shè)置方案中的傳感器點位數(shù)，依次判斷當前時刻下各個傳感器點位上所對應(yīng)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)是否存在異常，若是，則判斷對應(yīng)的傳感器為異常傳感器，若否，則對應(yīng)的傳感器為正常傳感器；直到完成所有傳感器的判斷，形成各自所對應(yīng)的異常傳感器集和正常傳感器集；

37、s3、根據(jù)當前時刻下正常傳感器集所對應(yīng)正常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，基于預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度選取策略，分別選取出異常傳感器集中各個異常傳感器各自所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度集合，并基于各個異常傳感器所對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度集合中的各個數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，以及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度所對應(yīng)的正常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)，計算出對應(yīng)的異常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)；

38、s4、在完成所有異常傳感器的傳感器數(shù)據(jù)的計算后，調(diào)取異常傳感器和正常傳感器所對應(yīng)的第一監(jiān)測預(yù)警模型，并將異常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)，以及正常傳感器所對應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)輸入到對應(yīng)的第一監(jiān)測預(yù)警預(yù)測模型，輸出當前時刻下井下巷道所對應(yīng)的第一預(yù)測結(jié)果；

39、s5、根據(jù)當前時刻下井下巷道所對應(yīng)的第一預(yù)測結(jié)果，判斷當前時刻下井下巷道是否存在危險，若是，則向管理端發(fā)送第一預(yù)警信息。