基于大數(shù)據(jù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型

李瑋瑤

（平頂山學(xué)院，計(jì)算機(jī)學(xué)院，河南 平頂山 467000）

由于一系列不合理的采礦活動(dòng)，造成我國(guó)礦山地區(qū)環(huán)境破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，進(jìn)而頻繁引發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害，造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)及生危安全，嚴(yán)重限制了我國(guó)礦山地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]，為此提出并設(shè)計(jì)了基于大數(shù)據(jù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型。本文通過(guò)以下幾個(gè)方面論述了礦山地質(zhì)災(zāi)害的誘災(zāi)因子，主要包括地形、地貌、地層特性、地質(zhì)構(gòu)造，根據(jù)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的礦區(qū)的誘災(zāi)因子的特征，確定災(zāi)害預(yù)警模型中誘災(zāi)因子的概率取值，利用大數(shù)據(jù)下標(biāo)準(zhǔn)化算法，得出礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型的函數(shù)方程，完成對(duì)基于大數(shù)據(jù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型的設(shè)計(jì)。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型設(shè)計(jì)

礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型中，利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)預(yù)警模型的安全預(yù)警模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，只有保證安全預(yù)警模塊的準(zhǔn)確性和及時(shí)性[2]，才能根據(jù)安全預(yù)警模塊所提供的數(shù)據(jù)對(duì)礦山地質(zhì)的安全程度進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。而安全預(yù)警模塊預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，則是依靠監(jiān)測(cè)模塊的有效性和預(yù)警模型的合理性完成的，在礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型的設(shè)計(jì)中，要針對(duì)礦山地質(zhì)的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)環(huán)境合理設(shè)計(jì)礦山安全預(yù)警模型的相關(guān)技術(shù)模塊，主要包括安全監(jiān)測(cè)模塊、信息自動(dòng)采集模塊、信息傳輸模塊、預(yù)測(cè)模塊和一系列系統(tǒng)軟件等。預(yù)警模型的預(yù)測(cè)流程如圖1所示。

1.1 確定誘災(zāi)因子的概率取值

礦山周圍的地質(zhì)環(huán)境及礦床結(jié)構(gòu)是引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的重要原因，分析地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)在影響因素與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系，采用耦合分析法對(duì)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主控因素及誘災(zāi)因子進(jìn)行理論分析，再對(duì)各個(gè)誘災(zāi)因子系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，從而確定引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素。運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析法，建立科學(xué)、合理的礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)體系，并劃分各個(gè)礦區(qū)地質(zhì)的危險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而選擇合理的評(píng)價(jià)體系準(zhǔn)確的對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警。

圖1 預(yù)警模型流程圖

將礦山地貌依次分為濕地、平原、臺(tái)地、丘陵、山地。大數(shù)據(jù)顯示，地質(zhì)構(gòu)造也是引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，按照地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率，將地質(zhì)構(gòu)造由高到低依次分為斷裂密集帶、緊密褶皺帶、次緊密褶皺帶、寬緩褶皺帶。根據(jù)對(duì)近年來(lái)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分析，利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，確定預(yù)警模型中誘災(zāi)因子的概率取值變化。

1.2 實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警

由于礦山地質(zhì)災(zāi)害的成因復(fù)雜，要想準(zhǔn)確構(gòu)建預(yù)警模型，必須保證礦山地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)的合理性、典型性和普遍性，利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)選擇具有代表性的曾經(jīng)發(fā)生過(guò)地質(zhì)災(zāi)害的礦山地質(zhì)作為計(jì)算樣本，分析每個(gè)災(zāi)害樣本的誘災(zāi)因子數(shù)據(jù)。

由于各個(gè)誘災(zāi)因子的計(jì)量單位不同，直接進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果不具可比性，對(duì)各個(gè)誘災(zāi)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算公式如下：

將誘災(zāi)因子利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)處理成標(biāo)準(zhǔn)形式后，計(jì)算誘災(zāi)因子的關(guān)系矩陣，將特征值λ和特征向量A1帶入，得出誘災(zāi)因子的矩陣貢獻(xiàn)率為：

根據(jù)誘災(zāi)因子矩陣貢獻(xiàn)率，劃分地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)地及等級(jí)，由于原始誘災(zāi)因子的作用不同，因此在構(gòu)建災(zāi)害預(yù)警模型時(shí)，要利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算誘災(zāi)因子所占的權(quán)重，分析其相對(duì)權(quán)重值，進(jìn)而得出礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警模型函數(shù)：

式中，F(xiàn)i代表標(biāo)準(zhǔn)誘災(zāi)因子的列向量[7]，

至此，完成對(duì)基于大數(shù)據(jù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型的設(shè)計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證本文設(shè)計(jì)的基于大數(shù)據(jù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，實(shí)驗(yàn)論證采取具有相同誘災(zāi)因子和相同礦山環(huán)境的地區(qū)模擬地質(zhì)災(zāi)害。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用傳統(tǒng)預(yù)警模型作為實(shí)驗(yàn)論證的對(duì)比，對(duì)兩種模型的預(yù)警準(zhǔn)確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果對(duì)比圖

根據(jù)對(duì)圖2實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果對(duì)比分析可知，本文設(shè)計(jì)的基于大數(shù)據(jù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型與傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型都能完成對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警，本文設(shè)計(jì)的災(zāi)害預(yù)警模型具備有效性，能夠有效提高災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于大數(shù)據(jù)的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型具備極高的有效性，能夠提高災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性。研究中的不足之處在于只對(duì)五個(gè)誘災(zāi)因子進(jìn)行分析，分析結(jié)果存在一定誤差，因此在下次研究中，要對(duì)更多的誘災(zāi)因子進(jìn)行分析，保證分析結(jié)果具備更高的精度。希望本文的研究能夠?yàn)槲覈?guó)礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警方法提供理論依據(jù)和參考。