煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法，采用激光诱导荧光光谱传感器对待测水的荧光光谱进行采集，通过光纤传入激光诱导荧光光谱仪进行采集矿井待测水的荧光光谱数据，之后通过CAN总线将所测得水源的光谱数据上传，考虑到矿井深度和环境复杂，将CAN总线读取的光谱数据经过CAN/RS485总线转换器转换成RS485信号，RS485信号进行长距离传输，传输至地面上的RS485/RJ45总线转换器转换成PC机能接收到的RJ45网口信号，实现了远程传输，最终将数据传入PC机，数据经过MATLAB进行小波降噪的光谱预处理，再送入KPCA算法建模进行水源的分类，并在组态王软件中显示分类结果，可以快速、准确地识别井下水体的水源类别。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法，采用激光诱导荧光光谱传感器对待测水的荧光光谱进行采集，通过光纤传入激光诱导荧光光谱仪进行采集矿井待测水的荧光光谱数据，之后通过CAN总线将所测得水源的光谱数据上传，考虑到矿井深度和环境复杂，将CAN总线读取的光谱数据经过CAN/RS485总线转换器转换成RS485信号，RS485信号进行长距离传输，传输至地面上的RS485/RJ45总线转换器转换成PC机能接收到的RJ45网口信号，实现了远程传输，最终将数据传入PC机，数据经过MATLAB进行小波降噪的光谱预处理，再送入KPCA算法建模进行水源的分类，并在组态王软件中显示分类结果，可以快速、准确地识别井下水体的水源类别。【专利说明】煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法
本专利技术涉及煤矿开采
，具体为一种煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方 法。
技术介绍
矿井水害是煤矿开采过程中的重大灾害之一，其发生的概率和破坏力仅次于井下 火灾。矿井突水现象是水害的一种，突水事件会发生在较短的时间内，能够对煤矿井下开采 工作造成严重的灾害，比如突水能够在短时间内将煤矿生产设备与矿井内一些坑道淹没， 对正在执行开采的井下工作人员造成伤亡。可见，矿井突水带来的危害是极大的。 现如今，有不同对矿井突水水源进行分类的方法，常见的方法是水位、水温判别法 和水化学法。水化学法是将采集的突水水源进行离子浓度分析以及建模，通过对代表离子 浓度的分析，判别出突水水源的类别。但是，水化学方法的耗时较长，操作复杂。 鉴于此，提出了LIF(Laser Induced Fluorescence)，即激光诱导焚光技术与KPCA (Kernel Principal Component Analysis)，即核主成分分析的算法相结合的方法对矿井 水源进行分类。能够实现快速进行水源分类。对矿井水害防治工作具有很大的帮助。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法，以解决现有技 术方法耗时长和数据具有冗余度及噪声的问题。 为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下： 煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法，其特征在于:基于LIF技术的水源光谱采 集技术，采用激光诱导荧光光谱仪和激光诱导荧光光谱传感器测矿井待测水的荧光光谱数 据。通过远程传输技术，采用CAN总线读取所测得水源的光谱数据，经过CAN/RS485总线转换 器转换成RS485信号，之后再经过RS485/RJ45总线转换器转换成PC机能接收到的RJ45网口 信号，进而将光谱数据送入PC机的KPCA算法模型中，经过KPCA算法模型的验算可以获得所 测水源的类别，并将数据显示在PC机上，包括以下步骤： (1)根据待测水体的具体方位，铺设具体的传输路线，CAN总线读取所测得水源的 光谱数据，经过CAN/RS485总线转换器转换成RS485信号，RS485信号可进行长距离传输，传 输至RS485/RJ45总线转换器转换成PC机能接收到的RJ45网口信号，将数据传入PC机； (2)在所述的PC机上，装有MATLAB软件，MATLAB首先用来对所采集到的水源光谱数 据进行光谱预处理，再将预处理后的数据通过在MATLAB中的KPCA算法建模进行水源的分 类； (3)在所述的PC机上，装有组态王软件，通过OPC通信技术，MATLAB验算后的数据和 分类结果传入组态王软件进行实时显示。所述的煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法，其特征在于:所述的远程传输技 术，采用CAN总线读取所测得水源的光谱数据，经过CAN/RS485总线转换器转换成RS485信 号，之后再经过RS485/RJ45总线转换器转换成PC机能接收到的RJ45网口信号。 所述的煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法，其特征在于:所述的水源光谱数 据进行光谱预处理，采用小波(Wavelet)降噪的预处理方法对采集到的水源光谱进行降噪 预处理。 本专利技术根据待测水体的具体方位，铺设具体的传输路线，CAN总线读取所测得水源 的光谱数据，考虑到矿井深度和环境复杂，将CAN总线读取的光谱数据经过CAN/RS485总线 转换器转换成RS485信号，RS485信号进行长距离传输，传输至地面上的RS485/RJ45总线转 换器转换成PC机能接收到的RJ45网口信号，实现了远程传输，最终将数据传入PC机，数据经 过MATLAB进行小波降噪的光谱预处理，再送入KPCA算法建模进行水源的分类，通过OPC通信 技术，MATLAB验算后的数据和分类结果传入组态王软件进行实时显示。如发现水源类别有 异常，则说明待测位置有可能出现安全隐患，及时地发现水害的发生，确保了井下工作人员 的生命安全。本专利技术设计成本低、数据传输高效、稳定性好并采用了先进的KPCA算法对矿井水 源进行类别的分类，极大地提高了对水害防治的快速性和准确性。【附图说明】 图1为本专利技术的结构框图； 图2为本专利技术基于KPCA算法的MATLAB建模分类结果。【具体实施方式】如图1所示。本专利技术采用LIF技术的水源光谱采集技术，采用激光诱导荧光光谱传 感器对待测水的荧光光谱进行采集，通过光纤传入激光诱导荧光光谱仪进行采集矿井待测 水的荧光光谱数据。之后通过CAN总线将所测得水源的光谱数据上传，考虑到矿井深度和环 境复杂，将CAN总线读取的光谱数据经过CAN/RS485总线转换器转换成RS485信号，RS485信 号进行长距离传输，传输至地面上的RS485/RJ45总线转换器转换成PC机能接收到的RJ45网 口信号，实现了远程传输，最终将数据传入PC机，数据经过MATLAB进行小波降噪的光谱预处 理，再送入KPCA算法建模进行水源的分类，通过OPC通信技术，MATLAB验算后的数据和分类 结果传入组态王软件进行实时显示。 I.KPCA算法的数学模型 KPCA的基本思想是，将样本数据通过非线性映射投影到高维的特征空间，在高维 特征空间内对所映射的数据做主成分分析，因此具有比主成分分析更高的处理能力和准确 度。具体数学模型如下： (1)已知X= {χι，Χ2,…，xm}为Rn空间上的一组样本集，选择一种核函数K(x，y)，并 确定相应的参数，计算出X = {xi，X2，…，XM}的子空间{ Φ (Xi) }l;Si;SM的一组基Φ (Xbl)，Φ (Xb2)，…，Φ (Xbr); (2)计算出子空间{Φ (Xi)hwM的一组标准正交基他，此，~，&)，并求解其在该 标准集下的坐标向量{71，72，-_，7(?}，标准正交基(扮，说，-_，&)的计算公式如下 ： (β1,β2,...,βΓ) = ( Φ (xbl), Φ (xb2),···, Φ (xbr)) · C 其中C = (· ? / λ/乂)，而μ I，仍，…，为核函数确定的核矩阵Kmm =(K(Xbi，Xbj) )l;Si, j;SM的标准正交基，λι，λ2，…，Ar是对应的特征值； (3)对(2)中得出的Y = {yi，y2，…，yM}执行主成分分析，并按照由高到低地排序其 主轴方向γι，γ2，···，γι·，之后计算出{ Φ (XiMiMM的由高到低的主轴方向v：l本文档来自技高网...

【技术保护点】
煤矿井下水体水源的KPCA算法分类方法，其特征在于：基于LIF技术的水源光谱采集技术，采用激光诱导荧光光谱仪和激光诱导荧光光谱传感器测矿井待测水的荧光光谱数据，通过远程传输技术，采用CAN总线读取所测得水源的光谱数据，经过CAN/RS485总线转换器转换成RS485信号，之后再经过RS485/RJ45总线转换器转换成PC机能接收到的RJ45网口信号，进而将光谱数据送入PC机的KPCA算法模型中，经过KPCA算法模型的验算可以获得所测水源的类别，并将数据显示在PC机上，包括以下步骤：(1)根据待测水体的具体方位，铺设具体的传输路线，CAN总线读取所测得水源的光谱数据，经过CAN/RS485总线转换器转换成RS485信号，RS485信号可进行长距离传输，传输至RS485/RJ45总线转换器转换成PC机能接收到的RJ45网口信号，将数据传入PC机；(2)在所述的PC机上，装有MATLAB软件，MATLAB首先用来对所采集到的水源光谱数据进行光谱小波降噪预处理，再将预处理后的数据通过在MATLAB中的KPCA算法建模进行水源的分类；(3)在所述的PC机上，装有组态王软件，通过OPC通信技术，MATLAB验算后的数据和分类结果传入组态王软件进行实时显示。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何晨阳，吴晓云，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34