煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)信息融合結(jié)構(gòu)的探討

李博

摘 要：為了深入挖掘煤礦既有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)隱藏的信息，信息融合技術(shù)成為了核心的實(shí)現(xiàn)手段。為此，本文探討一種煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)信息融合結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；信息融合；結(jié)構(gòu)

我國煤炭資源豐富，煤田面積達(dá)到55萬平方公里左右，且年產(chǎn)量位居世界首位，可見煤炭在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位非常重要。但我國煤炭生產(chǎn)水平卻遠(yuǎn)不及世界發(fā)達(dá)國家，其中最為重要的原因是煤炭企業(yè)安裝的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)沒有起到應(yīng)有的作用，即：監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)僅具備數(shù)據(jù)采集、傳送、儲存和顯示功能，而尚無法挖掘隱藏在數(shù)據(jù)中的信息。為此，筆者介紹一種煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)信息融合結(jié)構(gòu)。

1 信息融合

信息融合是在一定準(zhǔn)則下，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)自動分析和整合多個傳感器觀測到的具有時序性的信息，用以幫助完成決策與估計(jì)任務(wù)。據(jù)此定義，信息融合的基礎(chǔ)是多傳感器，并通過處理、分析和計(jì)算等手段來綜合判斷目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確描述環(huán)境。換而言之，信息融合的核心思想是逐級處理多源信息和抽象化處理數(shù)據(jù)，以提高整個系統(tǒng)的效能，其中按數(shù)據(jù)處理的抽象程度，可分為數(shù)據(jù)級融合、特征級融合和決策級融合。其中，數(shù)據(jù)級融合的任務(wù)主要是融合整理傳感器原始的觀測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行去偽存真，但要求傳感器觀測的物理量相同；特征級融合的任務(wù)主要是先提取傳感器原始觀測數(shù)據(jù)的特征，再融合具有代表性的特征，得到全新的特征向量，最后再按目標(biāo)初步判斷整個分析過程；決策級融合的任務(wù)是先利用傳感器對應(yīng)處理原始的觀測數(shù)據(jù)，得到目標(biāo)初步的決斷結(jié)果，再借助決策層的融合綜合分析初步的決斷結(jié)果，從而得到最后的判斷結(jié)果，詳見表1。

2 煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)信息融合結(jié)構(gòu)

在煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，信息融合技術(shù)的應(yīng)用要求建立一個合適的信息融合結(jié)構(gòu)，用以約束信息融合的實(shí)現(xiàn)流程，即：

2.1 數(shù)據(jù)級融合結(jié)構(gòu)

理論上，數(shù)據(jù)級融合負(fù)責(zé)最低級的處理，比如消除原始數(shù)據(jù)的誤差。對于煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)級融合主要負(fù)責(zé)消除原始觀測數(shù)據(jù)的干擾因素，以使數(shù)據(jù)更具真實(shí)性。為此，在數(shù)據(jù)級融合中，要求預(yù)先處理傳感器原始的觀測數(shù)據(jù)。通常來講，數(shù)據(jù)級融合結(jié)構(gòu)按傳感器觀測數(shù)據(jù)的不同方式主要分為分散式、樹狀、并行和帶反饋的并行結(jié)構(gòu)。

2.2 特征級融合結(jié)構(gòu)

理論上，特征級融合負(fù)責(zé)提取預(yù)處理信息的特征，從而得到特征矢量。對于煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，特征級融合主要負(fù)責(zé)提取、分析預(yù)處理過的數(shù)據(jù)，且據(jù)此，特征級融合結(jié)構(gòu)可以分為分布式、集中式和多級式結(jié)構(gòu)。

2.3 決策級融合結(jié)構(gòu)

對于煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，決策級融合主要負(fù)責(zé)綜合分析、處理特征級融合得到的結(jié)果，并按實(shí)際要求估計(jì)全局態(tài)勢，從而提供決策信息。與數(shù)據(jù)級、特征級融合結(jié)構(gòu)相比，決策級融合結(jié)構(gòu)具有簡單的結(jié)構(gòu)形式，但特征的提取方法與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)形式可以不同，其中智能算法的應(yīng)用較為廣泛，如免疫算法、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

2.4 總體結(jié)構(gòu)

綜上分析，數(shù)據(jù)級融合、特征級融合和決策融合結(jié)構(gòu)采用的融合結(jié)構(gòu)體系可以不同。為了順利實(shí)現(xiàn)煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)信息的融合，筆者介紹一種集散式信息融合結(jié)構(gòu)，即：集散式信息融合結(jié)構(gòu)的骨架是支撐式結(jié)構(gòu)，而節(jié)點(diǎn)上采用分布式融合結(jié)構(gòu)，并向數(shù)據(jù)級反饋信息融合結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)反饋控制。在集散式信息融合結(jié)構(gòu)中，同步處理同一檢測對象。其中，在內(nèi)部信息的處理上，先由分站集中處理采集到的信息，再傳輸?shù)奖O(jiān)測節(jié)點(diǎn)；在數(shù)據(jù)級融合結(jié)構(gòu)中，底層的信息傳輸呈分散式結(jié)構(gòu)，分站到調(diào)度中心的信息傳輸呈并行結(jié)構(gòu)，而服務(wù)器到其他設(shè)備的信息傳輸呈帶反饋的樹狀結(jié)構(gòu)，這對有效控制底層到高層的信息傳輸具有重要作用；在特征級融合結(jié)構(gòu)中，傳感器到分站的信息傳輸呈分布式結(jié)構(gòu)，但在整體結(jié)構(gòu)中則呈帶反饋的多級式結(jié)構(gòu)；在決策級融合結(jié)構(gòu)中，信息分類與挖掘都呈集散式。

3 結(jié)語

在煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多層、多級和多方面處理多源數(shù)據(jù)，從而提高了系統(tǒng)的魯棒性與可靠性，有效預(yù)測和評估了煤礦生產(chǎn)的安全狀態(tài)，預(yù)防和減少了安全、質(zhì)量事故的發(fā)生，并最終促進(jìn)了我國煤礦企業(yè)的健康發(fā)展。

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