本發(fā)明涉及一種可變步長的時序數(shù)據(jù)壓縮方法，特別是一種可變步長的礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)壓縮的方法。

背景技術(shù)：

基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，在礦井下部署多種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器，通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)可將實時監(jiān)測時序數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h端服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，采集礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)，并向用戶提供礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)。然而，礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)面臨著需要實時而綜合監(jiān)測礦井環(huán)境多種參數(shù)，以能夠動態(tài)、實時、全面地反應礦井環(huán)境情況的研究需求，勢必使得當前礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在監(jiān)測參數(shù)多、采樣頻率高、數(shù)據(jù)傳輸慢、存儲空間大等難題，因此針對礦井環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)所采集的多維監(jiān)測數(shù)據(jù)特征，設(shè)計可變步長的監(jiān)測時序數(shù)據(jù)動態(tài)壓縮方法，既可大大節(jié)約監(jiān)測數(shù)據(jù)磁盤存儲空間，又能大大降低監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸時間和成本，并提高監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)查詢和可視化效率。

專利號為201010542716.6公開了一種時序數(shù)據(jù)實時高效線性壓縮與解壓縮方法，該方法根據(jù)處理時序數(shù)據(jù)的類型和壓縮閾值，采用濾波算法對數(shù)據(jù)進行濾波，并對濾波數(shù)據(jù)進行封裝，啟用線性壓縮方法對結(jié)構(gòu)封裝數(shù)據(jù)進行線性壓縮后存入歷史數(shù)據(jù)存儲區(qū)。然而，該方法是一種典型的時序數(shù)據(jù)一維線性壓縮方法，即計算直線斜率上下限進行時序數(shù)據(jù)擬合，難以應用于多維時序數(shù)據(jù)的綜合壓縮，礦井環(huán)境實時監(jiān)測涉及水電導率、水PH值、溶解氧、水溫度、管道水壓、管道水流量等多維時序數(shù)據(jù)，需要針對各種礦井環(huán)境監(jiān)測參數(shù)計算預警級別分別進行動態(tài)壓縮。

專利號為201110078980.3公開了一種局部放電在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的壓縮方法，該方法從局部放電監(jiān)測裝置采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照預定的行寬和行高將采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲并對行、列進行異或算法相關(guān)性分析，最后將相關(guān)性處理后的壓縮數(shù)據(jù)進行存儲。然而，該壓縮方法主要針對局部放電脈沖信號數(shù)據(jù)特征而實施，其通過計算放電監(jiān)控數(shù)據(jù)行的相關(guān)性和列的相關(guān)性來進行，而礦井環(huán)境實時監(jiān)測時序數(shù)據(jù)(水電導率、水PH值、溶解氧、水溫度、管道水壓、管道水流量等)不具備行或列相關(guān)性特征，上述監(jiān)測數(shù)據(jù)會由礦井水文環(huán)境的變化而產(chǎn)生動態(tài)劇烈變化，且該方法壓縮后的監(jiān)測數(shù)值需要解碼后才能進行可視化，難以直接應用于礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)壓縮的實時性需求。

專利號為201210187697.9公開了一種時序數(shù)據(jù)擬合及壓縮方法，該方法將t時刻D維度時序數(shù)據(jù)的每一個分量用M個時間基函數(shù)的線性組合與該分量的擬合誤差的和來表示。雖然其壓縮數(shù)據(jù)的維度可以不受限制而任意擴充，但是該方法采用固定分量進行M個時間基函數(shù)的線性組合以實現(xiàn)時序數(shù)據(jù)擬合及壓縮，固定分量使得數(shù)據(jù)壓縮時不能根據(jù)時序數(shù)據(jù)變化的劇烈程度進行不同程度的有損壓縮，難以適用于礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)這種實時監(jiān)測時序數(shù)據(jù)的動態(tài)壓縮，更不能依據(jù)礦井環(huán)境監(jiān)測預警級別動態(tài)獲取壓縮步長(變量)，難以確保時序數(shù)據(jù)變化趨勢不變的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)壓縮。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明是在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可變步長的礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)壓縮方法，該方法可操作性強，壓縮數(shù)據(jù)效率較高，能最大程度地考慮各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢和特征，可為礦井環(huán)境監(jiān)測預警系統(tǒng)提供了高效的數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)方案：本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：該壓縮方法，利用變動步長壓縮算法對礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮處理，包括以下步驟：

1)在礦井下部署多種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器，采集礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)將礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中；

2)將礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)區(qū)分為實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，在規(guī)定時間內(nèi)，將各個礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器獲取的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)作為制作礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的原始數(shù)據(jù)；

3)將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本以數(shù)值大小從小到大排序，并分成四等份；將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的四分位數(shù)和四分位距作為預警級別分割點；

4)對確定預警級別分割點之后采集的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)進行異常值處理分析，刪除相對誤差較大和明顯不一致數(shù)據(jù)，計算各監(jiān)測傳感器參數(shù)判定值，判斷各監(jiān)測傳感器參數(shù)對應的預警級別；

5)分析礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)的變化趨勢及特征，依據(jù)監(jiān)測傳感器參數(shù)權(quán)重綜合計算礦井環(huán)境事件預警級別；

6)依據(jù)不同時刻的礦井預警級別確定各種礦井環(huán)境實時監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)的壓縮步長，并按照不同時段對應的壓縮步長，利用壓縮算法動態(tài)地對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行壓縮處理；

7)對礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本進行動態(tài)調(diào)整。

步驟1中，所述的多種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器包括水電導率傳感器、水PH值傳感器、溶解氧傳感器、水溫度傳感器、管道水壓傳感器、管道水流量傳感器、氣體溫度傳感器、氣體濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳傳感器、甲烷傳感器、土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器等。

步驟2中，所述的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)包括水導率監(jiān)測數(shù)據(jù)、水PH值監(jiān)測數(shù)據(jù)、溶解氧監(jiān)測數(shù)據(jù)、水溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道水流量監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣體溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣體濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)、光照強度監(jiān)測數(shù)據(jù)、二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)、甲烷監(jiān)測數(shù)據(jù)、土壤溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)和土壤濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)等，分別用a、b、c、d、e、f等表示；

所述的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)是按照采集的礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性進行區(qū)分。

步驟3中，所述的四等份的方法為四分位數(shù)方法：將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本利用快速排序算法從小到大排序，排序后第25％位置的數(shù)值稱作第一四分位數(shù)Q1，第50％位置的數(shù)值稱作第二四分位數(shù)Q2，第75％位置的數(shù)值稱作第三四分位數(shù)Q3，第三四分位數(shù)與第一四分位數(shù)的差距稱為四分位距用IQR＝Q3-Q1表示；

所述的預警級別分割點采用箱形圖方法將預警級別分割點定義為Q1-1.5IQR、Q1-IQR、Q1-0.5IQR、Q1、Q3、Q3+0.5IQR、Q3+IQR和Q3+1.5IQR。

步驟4中，所述的對采集的礦井監(jiān)測數(shù)據(jù)進行異常值處理分析，是將異常值定義為小于Q1-1.5IQR或大于Q3+1.5IQR的值；

所述的監(jiān)測傳感器參數(shù)判定值：對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)每次獲取各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)N條數(shù)據(jù)，對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)每次獲取各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)M條數(shù)據(jù)，分別求取均值作為礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器預警級別判定值，包括：實時監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算方法和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算方法；

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算公式：

式中N＝γ₂+γ₄；

歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算公式：

式中M＝γ₁+γ₂+γ₃+γ₄；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，j為正整數(shù)，T_ij為各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)監(jiān)測數(shù)值，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄分別為Ⅰ級預警級別、Ⅱ級預警級別、Ⅲ級預警級別、Ⅳ級預警級別，公式中用1、2、3、4代替四種級別；N為預警級別Ⅰ級和Ⅳ級之和，M為預警級別中四個預警級別之和；表示判定值；

所述的預警級別：分別將各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別劃分為四個等級，分別為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級，各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別用W_a、W_b、W_c、W_d、W_e、W_f分別表示。其中，Ⅳ級危險等級為特別嚴重，Ⅲ級危險等級為嚴重，Ⅱ級危險等級為較重，Ⅰ級危險等級為一般；監(jiān)測傳感器參數(shù)判定值在Q1～Q3區(qū)間預警級別為Ⅰ級、Q1-0.5IQR～Q1或Q3～Q3+0.5IQR為Ⅱ級、Q1-IQR～Q1-0.5IQR或Q3+0.5IQR～Q3+IQR為Ⅲ級、Q1-1.5IQR～Q1-IQR或Q3+IQR～Q3+1.5IQR為Ⅳ級；上述Ⅱ級中：Q1-0.5IQR～Q1，包含Q1；Q3～Q3+0.5IQR，包含Q3；Ⅲ級中，Q1-IQR～Q1-0.5IQR，包含Q1-0.5IQR；Q3+0.5IQR～Q3+IQR，包含Q3+0.5IQR；Ⅳ級中，Q1-1.5IQR～Q1-IQR，包含Q1-IQR；Q3+IQR～Q3+1.5IQR包含Q3+IQR。

步驟5中，所述的綜合計算礦井環(huán)境事件預警級別，是根據(jù)實時獲取的多種礦井環(huán)境傳感器監(jiān)測參數(shù)預警級別，按照不同的權(quán)重求取得到；綜合分析公式如下：

W＝K_a·W_a+K_b·W_b+K_c·W_c+K_d·W_d+K_e·W_e+K_f·W_f+···

式中k_a+k_b+k_c+k_d+k_e+k_f+···＝1；

式中Sum＝W_a+W_b+W_c+W_d+W_e+W_f+···；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，K_i為各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別權(quán)重，傳感器參數(shù)預警級別越高其對應的權(quán)重越大，W_i為各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別，Sum為所有參數(shù)預警級別之和；W為礦井環(huán)境事件實時預警級別，計算結(jié)果W中含有小數(shù)時則取比W大1的整數(shù)作為礦井環(huán)境事件的實時監(jiān)測預警級別，最大取值不能大于4。

步驟6中，所述的礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的壓縮步長：根據(jù)實時計算得到的傳感器參數(shù)預警級別確定壓縮步長，預警級別與壓縮步長成反比關(guān)系，按照以下方法得到壓縮步長，其中步長代表時間：

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮步長公式：

當W_i＝4，設(shè)定Step_i＝Tim；

歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮步長公式：

當W_i＝4，設(shè)定Step_i＝Tim；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，W_i為各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別，P為預警級別Ⅰ級和Ⅳ級之和，Q為預警級別中四個預警級別之和，Step_i為傳感器壓縮步長；Tim為監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸時間間隔；預警級別為Ⅳ級不進行數(shù)據(jù)壓縮，將危險等級為特別嚴重狀態(tài)下的數(shù)據(jù)全部顯示，壓縮步長確定為監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸時間間隔。

步驟6中，所述的壓縮算法：獲取實時壓縮步長和歷史壓縮步長表示的時間段內(nèi)多種礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照以下方法求取均值作為壓縮步長時間段的壓縮數(shù)值，公式如下：

${\stackrel{\‾}{x}}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}{T}_{ij}}{L};$

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，j為正整數(shù)，壓縮步長Step_i內(nèi)的各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)數(shù)據(jù)用T_ij表示，數(shù)據(jù)量用L表示。

步驟7中，所述的礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本動態(tài)調(diào)整：礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的動態(tài)調(diào)整每隔固定的預設(shè)時間間隔執(zhí)行一次，若不到預設(shè)的時間間隔則需要等待一定的時間直到滿足預設(shè)的時間間隔。具體步驟包括獲取經(jīng)過異常值處理分析后的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)，將隨機獲取的一段時間礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)添加到礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本中，組成新的礦井環(huán)境監(jiān)測樣本數(shù)據(jù)。將礦井環(huán)境監(jiān)測樣本數(shù)據(jù)重新以數(shù)值大小從小到大排序，分成四等份，并將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的四分位數(shù)和四分位距作為預警級別分割點，實現(xiàn)礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的動態(tài)調(diào)整。

有益效果：由于采用了上述方案，去除了無效的異常值數(shù)據(jù)，保留了真實的有效礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崟r獲取礦井環(huán)境預警級別，實現(xiàn)壓縮步長可定制、可配置，使得壓縮步長可以根據(jù)礦井預警級別自動劃定。預警級別較高時壓縮步長較小，數(shù)據(jù)更新時間越短，及時掌握礦井環(huán)境監(jiān)測動向；預警級別較低時壓縮步長較大，數(shù)據(jù)更新時間越長，降低了數(shù)據(jù)的冗余度。利用可變動步長壓縮算法，將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)按照礦井環(huán)境預警級別的不同選擇不同的精確度顯示數(shù)據(jù)，歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的壓縮程度比實時監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮程度較大，在保留監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征和數(shù)據(jù)變化趨勢基礎(chǔ)上，既可大大節(jié)約監(jiān)測數(shù)據(jù)磁盤存儲空間，又能大大降低監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸時間和成本，并提高監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)查詢和可視化效率。礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)壓縮方法為時序數(shù)據(jù)實時顯示和即時預警提供數(shù)據(jù)支持，實時顯示礦井環(huán)境事件預警級別，及時預報礦井環(huán)境信息，為礦井探測提供安全保障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)壓縮方法流程圖。

圖2是本發(fā)明的礦井環(huán)境監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)源分類圖。

圖3是本發(fā)明的礦井環(huán)境監(jiān)測參數(shù)預警指標及臨界值圖。

圖4是本發(fā)明的礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本動態(tài)調(diào)整流程圖

具體實施方式

該壓縮方法，利用變動步長壓縮算法對礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮處理，包括以下步驟：

1)在礦井下部署多種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器，采集礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)將礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中；

2)將礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)區(qū)分為實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，在規(guī)定時間內(nèi)，將各個礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器獲取的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)作為制作礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的原始數(shù)據(jù)；

3)將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本以數(shù)值大小從小到大排序，并分成四等份；將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的四分位數(shù)和四分位距作為預警級別分割點；

4)對確定預警級別分割點之后采集的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)進行異常值處理分析，刪除相對誤差較大和明顯不一致數(shù)據(jù)，計算各監(jiān)測傳感器參數(shù)判定值，判斷各監(jiān)測傳感器參數(shù)對應的預警級別；

5)分析礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)的變化趨勢及特征，依據(jù)監(jiān)測傳感器參數(shù)權(quán)重綜合計算礦井環(huán)境事件預警級別；

6)依據(jù)不同時刻的礦井預警級別確定各種礦井環(huán)境實時監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)的壓縮步長，并按照不同時段對應的壓縮步長，利用壓縮算法動態(tài)地對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行壓縮處理；

7)對礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本進行動態(tài)調(diào)整。

步驟1中，所述的多種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器包括水電導率傳感器、水PH值傳感器、溶解氧傳感器、水溫度傳感器、管道水壓傳感器、管道水流量傳感器、氣體溫度傳感器、氣體濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳傳感器、甲烷傳感器、土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器等。

步驟2中，所述的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)包括水導率監(jiān)測數(shù)據(jù)、水PH值監(jiān)測數(shù)據(jù)、溶解氧監(jiān)測數(shù)據(jù)、水溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道水流量監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣體溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣體濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)、光照強度監(jiān)測數(shù)據(jù)、二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)、甲烷監(jiān)測數(shù)據(jù)、土壤溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)和土壤濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)等，分別用a、b、c、d、e、f等表示；

所述的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)是按照采集的礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性進行區(qū)分。

步驟3中，所述的四等份的方法為四分位數(shù)方法：將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本利用快速排序算法從小到大排序，排序后第25％位置的數(shù)值稱作第一四分位數(shù)Q1，第50％位置的數(shù)值稱作第二四分位數(shù)Q2，第75％位置的數(shù)值稱作第三四分位數(shù)Q3，第三四分位數(shù)與第一四分位數(shù)的差距稱為四分位距用IQR＝Q3-Q1表示；

所述的預警級別分割點采用箱形圖方法將預警級別分割點定義為Q1-1.5IQR、Q1-IQR、Q1-0.5IQR、Q1、Q3、Q3+0.5IQR、Q3+IQR和Q3+1.5IQR。

步驟4中，所述的對采集的礦井監(jiān)測數(shù)據(jù)進行異常值處理分析，是將異常值定義為小于Q1-1.5IQR或大于Q3+1.5IQR的值；

所述的監(jiān)測傳感器參數(shù)判定值：對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)每次獲取各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)N條數(shù)據(jù)，對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)每次獲取各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)M條數(shù)據(jù)，分別求取均值作為礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器預警級別判定值，包括：實時監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算方法和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算方法；

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算公式：

式中N＝γ₂+γ₄；

歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算公式：

式中M＝γ₁+γ₂+γ₃+γ₄；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，j為正整數(shù)，T_ij為各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)監(jiān)測數(shù)值，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄分別為Ⅰ級預警級別、Ⅱ級預警級別、Ⅲ級預警級別、Ⅳ級預警級別，公式中用1、2、3、4代替四種級別；N為預警級別Ⅰ級和Ⅳ級之和，M為預警級別中四個預警級別之和；表示判定值；

所述的預警級別：分別將各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別劃分為四個等級，分別為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級，各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別用W_a、W_b、W_c、W_d、W_e、W_f分別表示。其中，Ⅳ級危險等級為特別嚴重，Ⅲ級危險等級為嚴重，Ⅱ級危險等級為較重，Ⅰ級危險等級為一般；監(jiān)測傳感器參數(shù)判定值在Q1～Q3區(qū)間預警級別為Ⅰ級、Q1-0.5IQR～Q1或Q3～Q3+0.5IQR為Ⅱ級、Q1-IQR～Q1-0.5IQR或Q3+0.5IQR～Q3+IQR為Ⅲ級、Q1-1.5IQR～Q1-IQR或Q3+IQR～Q3+1.5IQR為Ⅳ級；上述Ⅱ級中：Q1-0.5IQR～Q1，包含Q1；Q3～Q3+0.5IQR，包含Q3；Ⅲ級中，Q1-IQR～Q1-0.5IQR，包含Q1-0.5IQR；Q3+0.5IQR～Q3+IQR，包含Q3+0.5IQR；Ⅳ級中，Q1-1.5IQR～Q1-IQR，包含Q1-IQR；Q3+IQR～Q3+1.5IQR包含Q3+IQR。

步驟5中，所述的綜合計算礦井環(huán)境事件預警級別，是根據(jù)實時獲取的多種礦井環(huán)境傳感器監(jiān)測參數(shù)預警級別，按照不同的權(quán)重求取得到；綜合分析公式如下：

W＝K_a·W_a+K_b·W_b+K_c·W_c+K_d·W_d+K_e·W_e+K_f·W_f+···

式中k_a+k_b+k_c+k_d+k_e+k_f+···＝1；

式中Sum＝W_a+W_b+W_c+W_d+W_e+W_f+···；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，K_i為各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別權(quán)重，傳感器參數(shù)預警級別越高其對應的權(quán)重越大，W_i為各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別，Sum為所有參數(shù)預警級別之和；W為礦井環(huán)境事件實時預警級別，計算結(jié)果W中含有小數(shù)時則取比W大1的整數(shù)作為礦井環(huán)境事件的實時監(jiān)測預警級別，最大取值不能大于4。

步驟6中，所述的礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的壓縮步長：根據(jù)實時計算得到的傳感器參數(shù)預警級別確定壓縮步長，預警級別與壓縮步長成反比關(guān)系，按照以下方法得到壓縮步長，其中步長代表時間：

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮步長公式：

當W_i＝4，設(shè)定Step_i＝Tim；

歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮步長公式：

當W_i＝4，設(shè)定Step_i＝Tim；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，W_i為各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別，P為預警級別Ⅰ級和Ⅳ級之和，Q為預警級別中四個預警級別之和，Step_i為傳感器壓縮步長；Tim為監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸時間間隔；預警級別為Ⅳ級不進行數(shù)據(jù)壓縮，將危險等級為特別嚴重狀態(tài)下的數(shù)據(jù)全部顯示，壓縮步長確定為監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸時間間隔。

步驟6中，所述的壓縮算法：獲取實時壓縮步長和歷史壓縮步長表示的時間段內(nèi)多種礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照以下方法求取均值作為壓縮步長時間段的壓縮數(shù)值，公式如下：

${\stackrel{\‾}{x}}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}{T}_{ij}}{L};$

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，j為正整數(shù)，壓縮步長Step_i內(nèi)的各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)數(shù)據(jù)用T_ij表示，數(shù)據(jù)量用L表示。

步驟7中，所述的礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本動態(tài)調(diào)整：礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的動態(tài)調(diào)整每隔固定的預設(shè)時間間隔執(zhí)行一次，若不到預設(shè)的時間間隔則需要等待一定的時間直到滿足預設(shè)的時間間隔。具體步驟包括獲取經(jīng)過異常值處理分析后的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)，將隨機獲取的一段時間礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)添加到礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本中，組成新的礦井環(huán)境監(jiān)測樣本數(shù)據(jù)。將礦井環(huán)境監(jiān)測樣本數(shù)據(jù)重新以數(shù)值大小從小到大排序，分成四等份，并將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的四分位數(shù)和四分位距作為預警級別分割點，實現(xiàn)礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的動態(tài)調(diào)整。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步描述：

實施例1：該壓縮方法，利用變動步長壓縮算法對礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行動態(tài)壓縮處理，包括以下步驟，如圖1所示：

1)在礦井下部署多種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器，采集礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)將礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中；

2)將礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)區(qū)分為實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，在規(guī)定時間內(nèi)，將各個礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器獲取的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)作為制作礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的原始數(shù)據(jù)；

3)將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本以數(shù)值大小從小到大排序，并分成四等份；將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的四分位數(shù)和四分位距作為預警級別分割點；

4)對確定預警級別分割點之后采集的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)進行異常值處理分析，刪除相對誤差較大和明顯不一致數(shù)據(jù)，計算各監(jiān)測傳感器參數(shù)判定值，判斷各監(jiān)測傳感器參數(shù)對應的預警級別；

5)分析礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)的變化趨勢及特征，依據(jù)監(jiān)測傳感器參數(shù)權(quán)重綜合計算礦井環(huán)境事件預警級別；

6)依據(jù)不同時刻的礦井預警級別確定各種礦井環(huán)境實時監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)的壓縮步長，并按照不同時段對應的壓縮步長，利用壓縮算法動態(tài)地對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行壓縮處理；

7)對礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本進行動態(tài)調(diào)整。

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中進行實時可視化顯示，為用戶提供礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)，因此需要動態(tài)地反應礦井環(huán)境各種監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)變化情況，做出及時的礦井環(huán)境事件預警，其數(shù)據(jù)壓縮步長相應較??；歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)是對監(jiān)測數(shù)據(jù)的留檔存儲，用于對監(jiān)測數(shù)據(jù)開展后期的對比分析、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘應用，海量的礦井環(huán)境實時監(jiān)測數(shù)據(jù)存在較大的冗余性，因此歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮步長相應較大。

多種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器包括水電導率傳感器、水PH值傳感器、溶解氧傳感器、水溫度傳感器、管道水壓傳感器、管道水流量傳感器、氣體溫度傳感器、氣體濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳傳感器、甲烷傳感器、土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器等。如圖2所示，礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器采集的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)包括水導率監(jiān)測數(shù)據(jù)、水PH值監(jiān)測數(shù)據(jù)、溶解氧監(jiān)測數(shù)據(jù)、水溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)、管道水流量監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣體溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣體濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)、光照強度監(jiān)測數(shù)據(jù)、二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)、甲烷監(jiān)測數(shù)據(jù)、土壤溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)和土壤濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)等，分別用a、b、c、d、e、f等表示。礦井環(huán)境監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)具有實時性、時效性、多源異構(gòu)型和海量性的數(shù)據(jù)特征，按照采集的礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性可區(qū)分為實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)兩大類。

如圖3所示，將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本利用快速排序算法從小到大排序，采用四分位方法將排序后第25％位置的數(shù)值稱作第一四分位數(shù)Q1，第50％位置的數(shù)值稱作第二四分位數(shù)Q2，第75％位置的數(shù)值稱作第三四分位數(shù)Q3，第三四分位數(shù)與第一四分位數(shù)的差距稱為四分位距用IQR＝Q3-Q1表示。采用箱型圖方法將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的四分位數(shù)和四分位距作為預警級別分割點：預警級別分割點被定義為Q1-1.5IQR、Q1-IQR、Q1-0.5IQR、Q1、Q3、Q3+0.5IQR、Q3+IQR和Q3+1.5IQR。

對采集的礦井監(jiān)測數(shù)據(jù)進行異常值處理分析，是將異常值被定義為小于Q1-1.5IQR或大于Q3+1.5IQR的值；

計算各監(jiān)測參數(shù)判定值從而判斷對應的預警級別，對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)每次獲取各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)N條數(shù)據(jù)，對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)每次獲取各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)M條數(shù)據(jù)，分別求取均值作為礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器預警級別判定值。監(jiān)測參數(shù)判定值計算公式，按照監(jiān)測數(shù)據(jù)區(qū)分為實時監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算方法和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算方法，公式分別如下：

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算公式：

式中N＝γ₂+γ₄；

歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值計算公式：

式中M＝γ₁+γ₂+γ₃+γ₄；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，j為正整數(shù)，T_ij為不同監(jiān)測傳感器參數(shù)監(jiān)測數(shù)值，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄分別為Ⅰ級預警級別、Ⅱ級預警級別、Ⅲ級預警級別、Ⅳ級預警級別，公式中用1、2、3、4代替四種級別；N為預警級別Ⅰ級和Ⅳ級之和，M為預警級別中四個預警級別之和；表示判定值；

礦井監(jiān)測參數(shù)預警級別可被劃分為四個等級，分別用Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級，各種礦井環(huán)境監(jiān)測傳感器參數(shù)預警級別用W_a、W_b、W_c、W_d、W_e、W_f分別表示。其中，Ⅳ級危險等級為特別嚴重，Ⅲ級危險等級為嚴重，Ⅱ級危險等級為較重，Ⅰ級危險等級為一般。監(jiān)測數(shù)據(jù)判定值處于在Q1～Q3為Ⅰ級、Q1-0.5IQR～Q1或Q3～Q3+0.5IQR為Ⅱ級、Q1-IQR～Q1-0.5IQR或Q3+0.5IQR～Q3+IQR為Ⅲ級、Q1-1.5IQR～Q1-IQR或Q3+IQR～Q3+1.5IQR為Ⅳ級；上述Ⅱ級中：Q1-0.5IQR～Q1，包含Q1；Q3～Q3+0.5IQR，包含Q3；Ⅲ級中，Q1-IQR～Q1-0.5IQR，包含Q1-0.5IQR；Q3+0.5IQR～Q3+IQR，包含Q3+0.5IQR；Ⅳ級中，Q1-1.5IQR～Q1-IQR，包含Q1-IQR；Q3+IQR～Q3+1.5IQR包含Q3+IQR。

綜合計算礦井環(huán)境事件預警級別，是根據(jù)實時獲取的多種礦井環(huán)境傳感器監(jiān)測參數(shù)預警級別，按照不同的權(quán)重求取得到；綜合分析公式如下：

W＝K_a·W_a+K_b·W_b+K_c·W_c+K_d·W_d+K_e·W_e+K_f·W_f+···

式中k_a+k_b+k_c+k_d+k_e+k_f+···＝1；

式中Sum＝W_a+W_b+W_c+W_d+W_e+W_f+···；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，K_i為不同傳感器參數(shù)預警級別權(quán)重，傳感器參數(shù)預警級別越高其對應的權(quán)重越大，W_i為不同傳感器參數(shù)預警級別，Sum為所有參數(shù)預警級別之和；W為礦井環(huán)境事件實時預警級別，計算結(jié)果W中含有小數(shù)時則取比W大1的整數(shù)作為礦井環(huán)境事件的實時監(jiān)測預警級別，最大取值不能大于4。

根據(jù)實時計算得到的傳感器參數(shù)預警級別確定壓縮步長，預警級別與壓縮步長成反比關(guān)系，按照以下方法得到壓縮步長，其中步長代表時間：

實時監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮步長公式：

當W_i＝4，Step_i＝Tim；

歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)壓縮步長公式：

當W_i＝4，Step_i＝Tim；

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，W_i為不同傳感器預警級別，P為預警級別Ⅰ級和Ⅳ級之和，Q為預警級別中四個預警級別之和，Step_i為傳感器壓縮步長；Tim為監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸時間間隔；預警級別為Ⅳ級不進行數(shù)據(jù)壓縮，將危險等級為特別嚴重狀態(tài)下的數(shù)據(jù)全部顯示，壓縮步長確定為監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸時間間隔。

壓縮算法是通過獲取實時壓縮步長和歷史壓縮步長表示的時間段內(nèi)多種礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照以下方法求取均值作為壓縮步長時間段的壓縮數(shù)值，公式如下：

${\stackrel{\‾}{x}}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{L}{\Σ}}{T}_{ij}}{L};$

其中，i為監(jiān)測傳感器參數(shù)a、b、c、d、e、f等，j為正整數(shù)，壓縮步長Step_i內(nèi)的不同監(jiān)測傳感器參數(shù)數(shù)據(jù)用T_ij表示，數(shù)據(jù)量用L表示。

如圖4所示，本發(fā)明的礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本動態(tài)調(diào)整方法，包括以下步驟：礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的動態(tài)調(diào)整每隔固定的預設(shè)時間間隔執(zhí)行一次，若不到預設(shè)的時間間隔則需要等待一定的時間直到滿足預設(shè)的時間間隔。具體步驟包括獲取經(jīng)過異常值處理分析后的礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)，將隨機獲取的一段時間礦井環(huán)境監(jiān)測時序數(shù)據(jù)添加到礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本中，組成新的礦井環(huán)境監(jiān)測樣本數(shù)據(jù)。將礦井環(huán)境監(jiān)測樣本數(shù)據(jù)重新以數(shù)值大小從小到大排序，分成四等份，并將礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的四分位數(shù)和四分位距作為預警級別分割點，實現(xiàn)礦井環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本的動態(tài)調(diào)整。