工矿自动化

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顾义东, 孟玮

2021, 47(10): 1-7. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17850

<摘要>(295) <HTML> (87) <PDF>(51)

摘要:
提出了煤矿5G无线通信系统的基本架构：5G核心网、基带处理单元(BBU)、远端汇聚站(RHUB)及5G基站之间由5G承载网连接，实现各网元之间信令传输；井下采用5G基站及天线实现井下无线信号覆盖，基站通过RHUB进行汇聚后，与BBU相连并接入5G核心网。比较了用户面功能/移动边缘计算(UPF/MEC)下沉与独立专网2种5G核心网建设方案的优缺点；研究了5G核心网与BBU之间、BBU与RHUB之间、RHUB与5G基站之间的承载网，重点介绍了5G核心网与BBU之间承载网常用的光纤直连、切片分组网(SPN)及第五代固定网络(F5G)3种承载方式的特点及适用场景；给出了煤矿5G基站、5G终端及5G通信模组等设备的设计方案。结合5G通信技术特点和煤矿智能化发展需求，探讨了5G无线通信系统在煤矿的典型应用，如融合一体化通信、高带宽业务应用、智能工作面业务应用、矿山车辆远程控制或无人驾驶等。指出小型化行业5G核心网设计、矿用5G基站等设备的低功耗及本安化设计、700 MHz频段5G设备的井下应用以提升5G基站覆盖范围、矿用5G手机终端的定制及行业APP的开发、低功耗5G通信模组的开发、结合现场需求更多行业应用场景的深入挖掘等是煤矿5G无线通信系统进一步的优化方向。

综放开采见方构造区冲击危险性分析及防治研究

闫耀东, 潘俊锋, 席国军, 焦彪, 史星

2021, 47(10): 7-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030070

<摘要>(163) <HTML> (21) <PDF>(11)

摘要:
目前针对综放工作面的冲击危险性分析只是从单一地质构造或见方效应因素考虑，而冲击地压矿井的开采条件一直变化，影响因素复杂多样，需要具体分析综放开采条件下地质构造与见方效应耦合区域内的冲击危险性。以胡家河煤矿401111工作面为工程背景，采用微震台网监测技术获取了见方构造区内微震事件能量及频次分布特征，研究了见方构造区的冲击危险性，得出以下结论：① 见方构造区冲击危险性高，区域内断层及褶曲分别影响煤层连续性及变形特征，致使构造应力异常。② 上覆岩层压力伴随工作面开挖逐渐向煤层转移，区域内静载荷集中程度显著，工作面推进过程见方效应致使顶板活动频繁，导致较高水平的集中动载荷。③ 见方效应与地质构造联合作用时，工作面近场煤体内集中静载荷处于最高水平，远场集中动载荷扰动最频繁，两者耦合作用下的区域冲击潜在风险极大。针对见方构造区存在的冲击危险性，从空间维度由上及下对见方构造区的3个层位采取了具体的防治措施：① 厚硬顶板断裂会产生较高水平的动载荷，对其进行预裂爆破, 降低顶板与相邻采空区的联通活动。② 工作面间煤柱及实体煤受上覆岩层的压力影响，静载荷集中程度高，实施大直径钻孔卸压，降低煤帮完整性支承压力向深处煤层转移。③ 对底板实施大直径钻孔+爆破卸压技术，阻断帮部支承压力向底板转移路径，降低巷道底鼓变形。工程实践结果表明，该防治措施卸压效果良好，见方构造区内顶板周期来压步距缩短，基本在15 m以内，工作面微震事件能量均小于104 J，无大能量事件发生，可为同类型矿井条件的冲击地压防治提供参考。

基于特征融合与DBN的矿用通风机滚动轴承故障诊断

郭秀才, 吴妮, 曹鑫

2021, 47(10): 14-20. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070050

<摘要>(160) <HTML> (17) <PDF>(19)

摘要:
针对现有矿用通风机滚动轴承故障诊断方法仅提取时频分量特征和采用浅层网络结构，导致故障诊断精度不高的问题，提出了一种基于多域特征融合与深度置信网络（DBN）的矿用通风机滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对轴承振动信号进行小波包降噪处理，对降噪后的轴承振动信号进行时域特征、频域特征、IMF能量特征提取，得到相对全面的高维特征集；然后通过基于类内、类间标准差的特征筛选方法剔除对分类无效及效果不明显的特征，筛选出高效特征；最后采用核主成分分析（KPCA）对高维筛选特征进行降维融合，消除特征间冗余，将融合特征输入至DBN中完成故障诊断。实验结果表明，相比于基于特征单一和浅层网络的诊断方法，基于多域特征融合与DBN的矿用通风机滚动轴承故障诊断方法平均准确率最高，平均诊断时间最少，对于不同损伤故障数据表现出良好的稳定性和泛化能力。

特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究

王君, 朱卫兵, 谢建林

2021, 47(10): 21-26. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17848

<摘要>(127) <HTML> (20) <PDF>(12)

摘要:
大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律，采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术，对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析，结果表明：特厚煤层大空间开采早期，覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象，之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移；采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征，与关键层所处位置具有一致的对应关系，表明关键层在岩层运动中起主控作用；充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质，结果表明在主关键层初次破断前，各关键层的分组分层运动趋势较明显，当主关键层初次破断后，受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响，覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。

矿井多视角图像拼接方法研究

王红尧, 吴佳奇, 林松, 王梦雅, 赵国瑞

2021, 47(10): 27-32. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17767

<摘要>(179) <HTML> (18) <PDF>(15)

摘要:
针对煤矿井下监控图像视野范围较小、细节特征不清晰等问题，提出了一种矿井多视角图像拼接方法。首先，采用一种改进对比度受限的自适应直方图均衡化方法对图像进行预处理，以突出图像细节，提高对比度；其次，选用ORB算法提取图像特征点，采用改进的Brief算法计算特征描述子；再次，通过K最近邻（KNN）算法实现特征点对粗匹配，基于随机采样一致性（RANSAC）算法对误匹配特征点对进行筛选、消除，并求解最优透视变换矩阵，对待匹配图像像素点进行坐标变换；最后，采用帽子函数加权平均融合算法对固定图像和待匹配图像进行拼接融合。实验结果表明：ORB算法较尺度不变的特征变换(SIFT)、KAZE算法对于单张图像提取的特征点数分别减少48%，33%，提高了有效特征点提取能力，特征点提取耗时分别减少17%，34%，提高了计算效率；采用该方法拼接的图像避免了连接处的裂缝、黑线现象，图像过渡自然，清晰度高。

一种矿井低照度图像增强算法

唐守锋, 史可, 仝光明, 史经灿, 李华烁

2021, 47(10): 32-36. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021060052

<摘要>(163) <HTML> (20) <PDF>(25)

摘要:
针对小波变换在图像边缘保持和细节处理方面无法保持平衡及多尺度Retinex算法易造成图像出现光晕伪影和噪声污染严重等问题，将小波变换与基于多尺度引导滤波的多尺度Retinex算法相结合，提出了一种矿井低照度图像增强算法。该算法首先将低照度图像进行小波分解得到高频分量和低频分量；然后对图像高频分量采用三段式阈值函数进行小波去噪，对图像低频分量采用非线性全局亮度校正以增强图像亮度，同时采用多尺度引导滤波函数代替传统多尺度Retinex算法的高斯滤波函数来估计照射分量，进而求取反射分量，并运用主成分分析法对反射分量与非线性全局亮度校正的图像进行融合，有效提升图像边缘细节保持效果；最后对图像高频分量和低频分量进行小波重构，并对小波重构后的图像进行非线性变换，解决图像泛灰问题。实验结果表明，该算法具有很强的噪声抑制能力，可有效提升图像亮度和对比度，使图像边缘保持性能和细节信息丰富度得到有效平衡，避免了图像出现光晕伪影、颜色失真等现象。

结合同态滤波与直方图均衡化的井下图像匹配算法

龚云, 杨庞彬, 颉昕宇

2021, 47(10): 37-41. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070018

<摘要>(127) <HTML> (19) <PDF>(11)

摘要:
针对现有井下图像匹配算法特征点提取不准确、匹配效果不佳的问题，提出了一种结合同态滤波与直方图均衡化的井下图像匹配算法。通过同态滤波对图像进行锐化，以提高图像清晰度；采用限制对比度的自适应直方图均衡化(CLAHE)算法对图像进行处理，以突出图像的边缘细节信息，提高图像对比度。针对传统AKAZE算法存在误匹配的问题，在采用暴力匹配算法进行粗匹配的基础上，采用基于单应性矩阵的随机采样一致性(RANSAC)算法进行精准匹配，剔除错误匹配点对。实验结果表明：使用单参数同态滤波和CLAHE算法对图像进行增强，可拉伸图像的灰度级，减少暗像元数量，增加亮像元数量，使得灰度级分布更加平滑，有利于保留图像的细节和边界信息；采用基于单应性矩阵的RANSAC算法进行精准匹配，可检测出更多特征点，提高匹配准确率，准确率最高可达9609%，匹配效果优于SURF算法和传统AKAZE算法。

煤矿井下连续采煤机定位方法研究

贺建伟

2021, 47(10): 42-48. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020120011

<摘要>(99) <HTML> (8) <PDF>(13)

摘要:
目前井下采掘装备定位方法大多采用惯导加里程计、视觉测量、测距雷达等辅助测量方式来降低惯导随时间累积所产生的位置漂移误差，但这些方法对辅助测量方式的可靠性与测量精度要求较高，且采用集中式卡尔曼滤波对数据进行滤波解算，存在计算量较大、容错性较差等问题。针对上述问题，提出了一种由捷联式惯导、测距雷达及里程计组成的连续采煤机定位方法，使用测距雷达与里程计分别测量连续采煤机的位移量，通过航位推算法推算得出机身的二维位置信息，利用二维位置信息对惯导位置解算信息进行反馈修正，减少惯导随时间累积所产生的位置漂移误差。采用联邦式卡尔曼滤波对各传感器推算得出的位置信息进行滤波解算及数据融合，通过降低方程维数减少计算量,在保证测量精度的同时还具备一定的容错性。仿真实验结果表明，该定位方法的定位精度可达±2 cm，定向精度可达15′，联邦式卡尔曼滤波算法计算量小且具备一定容错性，可为连续采煤机在巷道约束环境下的位姿精确测量、巷道自动成形控制和远程控制奠定基础。

基于改进卷积神经网络的矿井巷道场强预测

王安义, 周孝铭

2021, 47(10): 49-53. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030073

<摘要>(145) <HTML> (17) <PDF>(27)

摘要:
针对现有场强预测模型建模过程复杂、计算复杂度高、预测精度低等问题，提出了一种基于改进卷积神经网络（CNN）的矿井巷道场强预测模型。通过分析矿井大尺度衰落信道电磁波传输影响因素，以天线工作频率、巷道截面尺寸、巷道壁粗糙度、巷道壁倾斜度、巷道壁相对介电常数、收发端距离等作为模型输入，将电磁波传播路径损耗作为模型输出，从而预测巷道场强变化；改进CNN在每个卷积层后加入批量归一化层来代替原有的池化层，以避免池化层下采样导致的数据特征丢失，让每一层卷积输出保持相似分布，提高网络泛化能力，加快网络收敛。仿真结果表明，与基于CNN、BP神经网络、支持向量机的场强预测模型相比，该模型预测值与实际值吻合度较高，具有较强的鲁棒性，有效提高了矿井巷道场强预测精度。

工业脉冲噪声下无线通信系统预编码设计及性能分析

李鑫艳, 张晓光, 王艳芬, 周家思, 孙彦景

2021, 47(10): 54-61. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17735

<摘要>(126) <HTML> (17) <PDF>(10)

摘要:
矿山等场景中的工业脉冲噪声会导致无线通信系统的突发数据错误，显著降低数据传输可靠性和通信质量。现有的抗脉冲噪声研究大多只能保证通信系统的有效性或可靠性，而工业无线通信场景中的任务应用对有效性和可靠性都提出了较高要求，单一的性能研究无法满足需求。针对上述问题，综合考虑工业设备尺寸和设计复杂性，建立了联合收发端设计的多用户多输入单输出(MU-MISO)正交频分复用(OFDM)系统模型。在发射端设计了基于二次型转换的预编码算法，以最大化系统和速率；采用二次型对耦合的预编码矢量进行解耦，以降低计算复杂度。在接收端设计了深度削减脉冲噪声消除方案，以降低误码率，提高工业无线通信的可靠性。仿真结果表明：在米德尔顿A类(MCA)噪声模型下，基于二次型转换的预编码算法与半正定松弛(SDR)算法的系统和速率十分相近，验证了所提预编码算法的有效性；与主流的消隐、削减、混合3种非线性脉冲噪声消除方案相比，深度削减脉冲噪声消除方案的输出信噪比最高，误码率最低，误码率比主流的最佳方案低24%，性能最优。

基于一模分量的矿井高压电网故障区段定位方法

赵建文, 陈佳丽

2021, 47(10): 62-69. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021040039

<摘要>(144) <HTML> (14) <PDF>(9)

摘要:
矿井高压电网发生单相接地故障后，快速识别故障区段对矿井电网的安全稳定运行具有重要意义。现有配电网故障区段定位研究鲜少涉及矿井高压电网，而传统稳态法用于中性点经消弧线圈接地系统时存在定位死区，暂态法需配合选相装置使用且存在故障特征量随时间衰减的缺点。通过分析矿井高压电网单相接地故障附加状态下经Clark变换得到的电流一模分量特征，得出故障点上游电流一模分量明显大于故障点下游、电流一模分量不受故障相及消弧线圈电流影响的结论，从而提出一种无需选相、基于一模分量的矿井高压电网故障区段定位方法。该方法利用Clark变换得到矿井高压电网故障附加状态下各监测点的电流一模分量，计算各区段两侧的电流一模分量幅值差值，根据故障路径在分支节点处的电流一模分量幅值差值最小确定故障路径，再依据故障区段两侧电流一模分量幅值差值在故障路径上最大确定故障区段。仿真及实验结果表明，该方法在矿井高压电网任一相发生单相接地故障时均能实现准确的故障定位，不受故障初始角、故障接地电阻、故障位置和系统运行方式的影响。

基于电力电子变压器隔离变压的复合矿用变频器

张桂林, 王毅颖, 刘建功, 陈龙飞, 刘文壮

2021, 47(10): 70-76. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110059

<摘要>(111) <HTML> (13) <PDF>(16)

摘要:
目前矿用变频器与工频变压器分离放置，占用过多井下工作空间，且变频器输出电压谐波含量高、波形质量差。针对上述问题，分析了变压器工作频率与体积的理论关系，得出在传输功率相同的情况下，与工频变压器相比，高频变压器的尺寸更精简，体积更小，功率密度更高。用电力电子变压器（包含高频变压器的DC-DC变换器）取代常见拓扑中的中间滤波电容，提出了一种基于电力电子变压器隔离变压的复合矿用变频器拓扑结构，该拓扑中全控型开关器件IGBT的数量仅为全部功率器件数量的一半，变频器结构更紧凑、体积更小，且减少了开关损耗，降低了硬件复杂度和生产成本，提升了效率和可靠性。给出了该拓扑中三相整流输入级、中间隔离变压传输级和三相变频输出级的控制策略，采用120°坐标系下快速空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法控制输出级，以输出理想的可变频三相对称正弦交流电压。通过仿真和实验分析该变频器各级的稳态和动态特性，结果表明：该变频器可实现变频输出及电压等级的二次变换，输出调压范围更灵活；120°坐标系下快速SVPWM算法降低了输出电压谐波含量，输出的三相电压波形良好。

基于R2-MOEA/D算法的顶板支护决策模型

郝秦霞, 汪连连, 张金锁

2021, 47(10): 77-84. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020120019

<摘要>(167) <HTML> (18) <PDF>(8)

摘要:
现有的顶板支护决策方法或片面分析安全因素，或对指标客观赋予权重，未能有效分配权重系数，不能满足高维多目标顶板案例决策的需求。针对该问题，对顶板来压指标进行分析，提出了一种基于R2指标的差分高维多目标进化(R2-MOEA/D)算法的顶板支护决策模型。首先针对来压状态定义指标属性，建立顶板指标知识库，利用层次分析法和熵值法对知识库中的条件指标进行计算，得到指标的主观权重和客观权重；然后在确定主观、客观权重的基础上引入权重矩阵，构建基于R2-MOEA/D算法的顶板多目标决策模型；最后基于 R2-MOEA/D算法将多目标问题分解成多个子问题，利用切比雪夫函数作为R2指标排序标准进行个体选择，得到收敛性和多样性较好的Pareto最优解，即相似度最高的条件指标顶板案例，其对应的结果属性为事故案例的决策提供了支护方案。实验结果表明:R2-MOEA/D算法与NSGA2算法、NSGA3算法、RVEA算法相比，在数据集的收敛性和分布性上整体效果最优，改善了高维空间中的搜索能力。通过山西霍州三交河煤矿2-6011巷道和10-4151巷道对基于R2-MOEA/D算法的顶板支护决策模型进行可行性评定，结果表明：由R2-MOEA/D算法检索出的解决方案符合该矿的实际支护情况。

预制裂纹砂岩样力学特性与能量演化规律研究

王耀强

2021, 47(10): 85-90. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021010030

<摘要>(111) <HTML> (17) <PDF>(6)

摘要:
目前单条和多条预制裂纹岩样的强度与裂纹扩展规律的研究主要针对小尺度预制裂纹岩样，而在实际工程实践中岩体地质构造尺度与产状均较大，相较于完整岩体，其受采动影响后的破碎程度与动力灾害发生的可能性均较大。针对该问题，开展了完整细砂岩岩样及预制大尺度裂纹岩样的单轴压缩试验。在分析完整岩样及预制裂纹岩样基本力学性质的基础上，获取了岩样应力-应变峰前各能量指标(总应变能、弹性应变能及耗散应变能)演化机制，揭示了岩样变形破坏全过程中预制裂纹倾角对能量密度的影响。研究结果表明：① 随着预制裂纹倾角增大，岩样的峰值强度与峰值应变均减小，岩样由拉伸劈裂破坏向剪切滑移破坏转变；② 对应岩样应力-应变的弹性阶段与塑性阶段，预制裂纹岩样分别出现了加速储能期与急剧耗能期，且随着预制裂纹倾角增大，岩样耗散应变能占比与盈余应变能占比均增大，说明岩样发生动力弹射破坏能力增强，岩样破碎，而完整岩样能量演化较为平缓。由研究结果指出，在实际工程中，当揭露大尺度、大倾角缺陷(断层、节理等地质构造)时，不仅要防治缺陷周边岩体的破碎，还要时刻监测缺陷周边的能量变化，降低岩体结构性冲击危险性。

掘进巷道热环境影响因素重要性分析

董孝通, 边梦龙, 王二雨

2021, 47(10): 91-96. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021040074

<摘要>(87) <HTML> (13) <PDF>(15)

摘要:
目前大多数研究仅讨论了单一因素对掘进巷道热环境的影响，未涉及多因素对掘进巷道热环境影响的重要性。利用Fluent软件对掘进巷道进行三维建模与数值模拟，通过正交试验与控制变量法分析了入风风速、入风温度、围岩温度和风筒直径对掘进巷道热环境的影响程度。数值模拟结果表明：对掘进巷道热环境的影响程度由大到小依次为围岩温度、风筒直径、入风温度、入风风速；入风风速、入风温度和风筒直径对掘进巷道热环境的影响程度保持稳定；距离掘进工作面越远，围岩温度对掘进巷道热环境的影响越显著；掘进巷道温度与入风风速之间呈负幂函数关系，增大入风风速可降低掘进巷道温度，但入风风速过大，降温效果越来越不明显；掘进巷道温度与入风温度、围岩温度之间呈线性正相关关系，与风筒直径之间呈线性负相关关系。利用Origin对数值模拟结果进行拟合，得到掘进巷道温度与入风风速、入风温度、围岩温度、风筒直径之间的多元线性回归方程，拟合程度较好，可为工程预测掘进巷道温度提供有效参考。

基于大数据技术的区域煤矿监管数据服务平台设计

孟光伟

2021, 47(10): 97-102. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030067

<摘要>(475) <HTML> (86) <PDF>(96)

摘要:
针对煤矿监管体系中安全风险监测预警系统联网数据多级重复上传、数据不一致现象，各级安全监管机构数据存储计算资源缺乏、关联分析和数据挖掘困难等问题，设计了基于大数据技术的区域煤矿监管数据服务平台。该平台采用Kafka分布式消息队列，将区域内煤矿监测监控数据生成标准化Kafka数据体，批量上传至云平台Kafka集群；通过发布-订阅模式提供监测监控实时数据消费服务，减轻了网络传输开销，避免了联网数据多级上传和过滤带来的不利影响；采用Spark Structured Streaming计算引擎和Spark SQL进行数据实时计算和历史数据统计分析，通过集成的各类数据分析挖掘算法，为数据挖掘和预测预警提供支持；采用HBase列存储数据库实现海量历史数据的可靠存储,通过与HBase相关联的Hive数据仓库建立各类主题数据模型库，满足数据的多维关联分析需求；通过统一安全权限认证的数据订阅服务为各级监管机构提供所需的煤矿监测监控数据、统计分析数据和数据挖掘结果，将后台数据服务中心与前端监管监察业务系统解耦，通过数据服务为各级监管机构提供数据定制和消费服务，提高了数据利用效率。应用结果表明，平台可满足区域煤矿监测监控数据的存储、分析计算和数据共享需求。

基于多系统融合的反风演练指挥平台设计与应用

王宝来, 胡开庚, 陈安国, 韩国庆, 袁志金

2021, 47(10): 103-109. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030069

<摘要>(97) <HTML> (11) <PDF>(11)

摘要:
针对目前煤矿反风演练过程中存在的反馈信息不及时、缺乏大数据的有效分析和实时操作不方便等问题，设计了基于多系统融合的反风演练指挥平台。该平台以矿井反风演练过程为依据，将平台服务器和客户端与煤矿现有的安全监控系统、井下人员定位系统、矿车定位系统、综合自动化系统、电力监控系统、视频监视系统等服务器配置在同一个工业环网内，使得服务器和客户端与各系统能够利用相应的协议直接通信，利用大数据技术有效获取相应数据，对数据进行分类、筛选和加工，完成多系统融合。在此基础上设计了实时地图系统、停送电系统、综合报警系统、交互组件系统。实时地图系统可实现地图的动态更新和显示，将人员、风向、瓦斯等重要观测数据以图形化的方式显示在通风系统示意图上，实现煤矿的地理信息管理、分析、辅助决策等；停送电系统可在供电系统示意图上实时显示开关状态，实现了供电线路自动搜索和远程停送电功能，保障停送电的可靠性与安全性；综合报警系统通过文本和语音的形式实时反映平台和现场发生的异常信息，并根据需要启动相应的应急预案，有效减少现场事故的发生；运用交互组件可快速实现远程视频调用、区域人员查看、实时数据获取、人员位置搜索、人员轨迹查询等功能，有效提高了参与反风演练人员的工作效率。现场应用结果表明，该平台可减少参与反风演练人员数量，提高停送电效率，保证演练过程安全可靠，可应用于矿井各种实际灾害状态下的抢险救灾。

改进层次分析法在精确人员定位系统应急处理机制中的应用

唐丽均, 吴畏, 刘世森

2021, 47(10): 110-114. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030050

<摘要>(104) <HTML> (17) <PDF>(11)

摘要:
针对智能矿用精确人员定位系统存在误判井下人员遇险，造成救援资源浪费的问题，提出将层次分析法应用于智能矿用人员精确定位系统应急处理机制中。传统层次分析法的判断矩阵一旦设置后，无法实时响应影响因素的变化，当影响因素数值发生改变后，需要重新设置判断矩阵才能获得正确的决策方案。针对该问题，对层次分析法进行改进，提出根据传感器的实时数据对层次分析法的判断矩阵进行调整，以提高报警准确率。当精确人员定位系统的管理服务器收到井下某人员标签上报的报警信息后，采用1—9标度方法对该人员所处位置的各类传感器数据及由人员标签上传的生命特征传感器数据进行标度，根据传感器数据的标度值实时调整各个指标层-决策层判断矩阵的参数值，采用层次分析法计算决策层权重值，根据权重值判断报警信息的真实性。仿真结果表明，精确人员定位系统应急处理机制采用能实时调整判断矩阵参数的改进层次分析法后，可有效判断出报警信息的真实性，排除无效报警信息，从而提高了应急处理机制的报警准确率。

煤矿井下无线Mesh通信系统设计

魏正华, 叶小兰

2021, 47(10): 115-120. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021060080

<摘要>(155) <HTML> (23) <PDF>(28)

摘要:
针对目前无线通信技术在煤矿井下特殊空间及多变工作环境下无法同时满足高吞吐速率、远距离传输、组网灵活、安装部署简单等需求，设计了一种煤矿井下无线Mesh通信系统。给出了单一巷道的无线Mesh网络节点分布，介绍了系统软硬件设计方法。网络节点由基带板和射频前端构成。基带板主要实现数字波形生成、支持嵌入式系统管理信息交互、接收信号自动增益控制功能；射频前端主要实现将射频发送信号强度放大到目标功率。测试结果表明：① 当射频前端发射增益＞17 dB时，调整AD9361软件无线电模块的平均输出功率可使系统平均输出功率为37 dBm；② 射频前端发射的邻信道功率比<-43 dBc；③ 射频前端接收链路插入损耗<1.8 dB，收发切换时间<1 μs；④ 系统平均吞吐速率≥45 Mbit/s，满足煤矿井下监控视频传输不卡顿的需求；⑤ 通话质量等级≥3，说明在大部分工作时段内通话比较清晰。

基于云平台的选煤厂环境监测系统

冯甜欣, 张晓光, 刘景勇, 王艳芬

2021, 47(10): 121-126. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17763

<摘要>(189) <HTML> (121) <PDF>(25)

摘要:
选煤厂环境复杂、监测面积大、监测点数量多且分散，环境参数的人工定点定时采样方式实时性差、数据准确率低，有线监测系统部署不便、成本高、线路易损坏，基于NB-IoT与LoRa技术的无线监测系统网络覆盖不足。针对上述问题,采用ZigBee无线传输技术，设计了基于云平台的选煤厂环境监测系统，介绍了系统架构、监测节点（终端节点、路由节点、网关节点）的软硬件设计及云端数据管理软件设计方案。该系统通过终端节点对选煤厂环境参数进行实时采集与处理，由路由节点汇总监测数据并转发至网关节点，网关节点对数据进行封装处理后，通过以太网上传至云平台服务器，由云端数据管理软件实现数据存储、分析与展示。测试结果表明，该系统运行稳定，数据传输准确，可实现选煤厂环境参数实时监测与告警、历史数据查询等功能。

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