本發(fā)明涉及煤與瓦斯突出預(yù)警，具體涉及基于可拓-結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的煤與瓦斯突出預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

1、煤與瓦斯突出是一種極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，發(fā)生過程短暫、破壞性極大，嚴(yán)重的威脅著煤礦的生產(chǎn)安全，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的預(yù)測預(yù)報(bào)是煤與瓦斯突出研究的一個(gè)重要課題；

2、如專利公開號(hào)為cn111079978a的專利中公開了一種基于邏輯回歸和增強(qiáng)學(xué)習(xí)的煤與瓦斯突出預(yù)測的方法，該方法融合lr和adaboost增強(qiáng)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)煤與瓦斯突出預(yù)測模型，采集煤與瓦斯突出的多種影響因素?cái)?shù)據(jù)樣本，并基于數(shù)據(jù)樣本對(duì)突出預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練與誤差修正。公開號(hào)為cn107194524b的中國專利公開了一種基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤與瓦斯突出預(yù)測方法，預(yù)測步驟依次為：對(duì)突出特征數(shù)據(jù)進(jìn)行維數(shù)約簡與歸一化處理、計(jì)算出徑向基函數(shù)的中心、引入自適應(yīng)差分進(jìn)化算法確定隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)時(shí)的最優(yōu)擴(kuò)展因子和最優(yōu)權(quán)重、確定rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型、測試數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；

3、又如專利公開號(hào)為cn112183901a的專利中公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的煤與瓦斯突出強(qiáng)度預(yù)測方法，預(yù)測步驟依次為：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、特征提取、配置學(xué)習(xí)過程、訓(xùn)練模型、驗(yàn)證模型；

4、然而，由于煤與瓦斯突出是多種因素共同作用的結(jié)果，其機(jī)理較為復(fù)雜，因而，為保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)突出異常，在對(duì)煤與瓦斯突出災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警時(shí)，除煤本身固有性質(zhì)外，應(yīng)對(duì)其它變動(dòng)因素進(jìn)行全面實(shí)時(shí)監(jiān)測，雖然現(xiàn)有煤與瓦斯突出預(yù)測方法與技術(shù)各有特點(diǎn)，但此類方法皆是基于人工智能與計(jì)算機(jī)方法的煤與瓦斯突出預(yù)測模型，沒有從相關(guān)特征參數(shù)監(jiān)測的角度對(duì)煤與瓦斯突出進(jìn)行預(yù)警；基于此，提出基于可拓-結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的煤與瓦斯突出預(yù)警方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于可拓-結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的煤與瓦斯突出預(yù)警方法，解決了沒有從相關(guān)特征參數(shù)監(jiān)測的角度對(duì)煤與瓦斯突出進(jìn)行預(yù)警的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、基于可拓-結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的煤與瓦斯突出預(yù)警方法，包括以下步驟：

4、步驟一：采集專家意見形成典型排序，對(duì)典型排序進(jìn)行盲度分析獲得各個(gè)專家對(duì)各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)值；

5、步驟二：對(duì)各個(gè)專家對(duì)各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行分析獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的平均認(rèn)識(shí)度；

6、步驟三：對(duì)各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)隸屬函數(shù)值中的最大值和最小值進(jìn)行分析獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的總體認(rèn)識(shí)度并計(jì)算獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重；

7、步驟四：對(duì)煤礦煤與瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)的預(yù)警等級(jí)進(jìn)行劃分，確定各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)的預(yù)警等級(jí)在各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中對(duì)應(yīng)的經(jīng)典域和節(jié)域；

8、步驟五：比較預(yù)警指標(biāo)的實(shí)際測量值與各個(gè)預(yù)警等級(jí)下該指標(biāo)的正常范圍，確定各個(gè)預(yù)警指標(biāo)值分別與煤與瓦斯突出預(yù)警等級(jí)之間的關(guān)聯(lián)程度；

9、步驟六：對(duì)預(yù)警對(duì)象監(jiān)測指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行分析，確定當(dāng)前預(yù)警對(duì)象的預(yù)警等級(jí)。

10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：形成典型排序的具體方式為：

11、首先，讓專家根據(jù)專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)五個(gè)指標(biāo)應(yīng)力、地音、微震、溫度和瓦斯在瓦斯突出預(yù)警中的重要性進(jìn)行排序，每個(gè)專家都需要為五個(gè)指標(biāo)分別指定一個(gè)首先選擇、第二選擇、第三選擇、第四選擇和第五選擇。

12、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：對(duì)典型排序進(jìn)行盲度分析的具體方式為：

13、首先使用1、2、3、4和5分別對(duì)應(yīng)首先選擇、第二選擇、第三選擇、第四選擇和第五選擇，將專家的排序選擇轉(zhuǎn)換為數(shù)值；

14、通過計(jì)算獲得各個(gè)專家對(duì)各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)值u(f?i)，其中zfi為各個(gè)專家給出的各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的排序選擇所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，i表示不同的指標(biāo)，f代表不同的專家，f和i的取值均大于等于1。

15、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的平均認(rèn)識(shí)度的具體方式為：

16、將各個(gè)專家對(duì)同一項(xiàng)指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)值的均值作為各個(gè)指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的平均認(rèn)識(shí)度bi。

17、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的總體認(rèn)識(shí)度的具體方式為；

18、通過公式：qi＝|[(cai-dpi)+(cbi-dpi)]/2|，計(jì)算獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的認(rèn)識(shí)盲度qi，通過公式：xi＝bi×(1-qi)，計(jì)算獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的總體認(rèn)識(shí)度xi；其中dapi為各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)的隸屬函數(shù)值分別對(duì)應(yīng)的均值，cai和cbi分別為各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)隸屬函數(shù)值中的最大值和最小值。

19、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重的具體方式為：

20、通過公式計(jì)算獲得各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重ei，其中i≥e≥1，ei∈[0，1]。

21、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：確定各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)的預(yù)警等級(jí)在各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中對(duì)應(yīng)的經(jīng)典域和節(jié)域，具體的方式為：

22、將煤礦煤與瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為無、弱、中、強(qiáng)四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；將各項(xiàng)預(yù)警指標(biāo)，如應(yīng)力、地音、微震、瓦斯壓力和溫度也劃分為四個(gè)預(yù)警等級(jí)；

23、通過nj(j＝1，2，……，m)表示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，ci(i＝1，2，……，n)表示預(yù)警指標(biāo)，vji表示在j等級(jí)中的第i個(gè)預(yù)警指標(biāo)的量值區(qū)間，通過aji和bji分別表示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)j與預(yù)警指標(biāo)ci量值區(qū)間的最小值和最大值；

24、通過：獲得經(jīng)典域：

25、通過：獲得節(jié)域；

26、其中p表示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的全體，np表示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)p的預(yù)警對(duì)象；vpi表示p關(guān)于預(yù)警指標(biāo)特征ci的取值范圍。

27、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：確定各個(gè)預(yù)警指標(biāo)值分別與煤與瓦斯突出預(yù)警等級(jí)之間的關(guān)聯(lián)程度的具體方式為：

28、當(dāng)預(yù)警指標(biāo)值位于無突出危險(xiǎn)的閾值范圍內(nèi)時(shí)，關(guān)聯(lián)度函數(shù)可以設(shè)計(jì)為線性或非線性函數(shù)，其中最優(yōu)解即為無突出危險(xiǎn)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于關(guān)聯(lián)度函數(shù)的最大值即最優(yōu)解在最左側(cè)點(diǎn)，線性函數(shù)可以表示為：

29、

30、其中，

31、當(dāng)預(yù)警指標(biāo)值位于弱突出危險(xiǎn)的閾值范圍內(nèi)時(shí)，其中最優(yōu)解即為弱突出危險(xiǎn)，其中最優(yōu)解即為弱突出危險(xiǎn)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于關(guān)聯(lián)度函數(shù)的最大值即最優(yōu)解在最中間點(diǎn)，函數(shù)值介于無突出危險(xiǎn)和中等突出危險(xiǎn)之間，線性函數(shù)可以表示為：

32、

33、其中，

34、當(dāng)預(yù)警指標(biāo)值位于中等突出危險(xiǎn)的閾值范圍內(nèi)時(shí)，其中最優(yōu)解即為中等突出危險(xiǎn)，其中最優(yōu)解即為中等突出危險(xiǎn)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于關(guān)聯(lián)度函數(shù)的最大值即最優(yōu)解在最中間點(diǎn)，函數(shù)值介于弱突出危險(xiǎn)和強(qiáng)突出危險(xiǎn)之間，線性函數(shù)可以表示為：

35、

36、其中，

37、當(dāng)預(yù)警指標(biāo)值超過強(qiáng)突出危險(xiǎn)的閾值時(shí)，關(guān)聯(lián)度函數(shù)應(yīng)迅速增加以反映危險(xiǎn)程度的急劇上升，其中最優(yōu)解即為強(qiáng)突出危險(xiǎn)，對(duì)應(yīng)于關(guān)聯(lián)度函數(shù)的最優(yōu)解在最右側(cè)點(diǎn)，函數(shù)值介于弱突出危險(xiǎn)和強(qiáng)突出危險(xiǎn)之間，線性函數(shù)可以表示為；

38、

39、其中，

40、針對(duì)于非連續(xù)性預(yù)警指標(biāo)或預(yù)警等級(jí)判斷方法較多，如地音、微震等，可采用以下方式計(jì)算關(guān)聯(lián)度：

41、

42、進(jìn)而獲得各個(gè)預(yù)警指標(biāo)值分別與煤與瓦斯突出預(yù)警等級(jí)之間的關(guān)聯(lián)程度。

43、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：確定當(dāng)前預(yù)警對(duì)象的預(yù)警等級(jí)的具體方式為：

44、通過預(yù)警對(duì)象的監(jiān)測指標(biāo)參數(shù)建立待評(píng)價(jià)物元r0，將待評(píng)價(jià)物元的參數(shù)代入關(guān)聯(lián)函數(shù)中，即可得到每個(gè)監(jiān)測指標(biāo)四個(gè)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度，通過將各監(jiān)測指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行歸一化處理，通過隸屬度計(jì)算公式：即可計(jì)算出目標(biāo)可拓集合的無、弱、中、強(qiáng)四個(gè)等級(jí)的隸屬度，最大隸屬度在哪個(gè)等級(jí)，即可確定當(dāng)前煤與瓦斯突出的預(yù)警等級(jí)。

45、本發(fā)明的有益效果：

46、本發(fā)明，通過建立實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)各預(yù)警指標(biāo)等級(jí)中最優(yōu)解的不同位置、預(yù)警指標(biāo)的數(shù)值特點(diǎn)，建立了不同的關(guān)聯(lián)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤與瓦斯突出災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用可拓學(xué)和結(jié)構(gòu)熵權(quán)法，系統(tǒng)能夠綜合考慮多個(gè)監(jiān)測指標(biāo)的影響，并通過權(quán)重分配和關(guān)聯(lián)分析，為決策者提供科學(xué)、合理的預(yù)警信息，這種方法提高了預(yù)警的準(zhǔn)確性和可靠性，為煤礦安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持；有助于減少誤報(bào)和漏報(bào)的情況，有效降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)礦工的生命安全和礦山設(shè)施的安全。