一种基于数据融合的矿井煤尘浓度测量的方法及装置

摘要

本发明提供了一种基于数据融合的矿井煤尘浓度测量的方法及装置，通过收集煤尘前向±8°附近以及后向180°附近的散射光能，测量粒径a≧5μm颗粒的浓度，以及粒径a≦5μm的小颗粒的浓度；对光信号进行预处理；设定神经网络隐含层神经元个数；在对采集的待处理样本信息进行神经网络训练识别，将误差逐渐缩小至要求范围之内；基于煤尘粒径的Rosin‑Rammler函数分布，对多层前向神经网络BP获取的神经网络数据融合模型参数进行修正；将大颗粒浓度值和小颗粒浓度值输入修正后的神经网络数据融合模型计算出空间中煤尘的浓度。本发明对煤矿合理测尘控尘，对控制工人患尘肺病几率具有重要意义。

主权项

一种基于数据融合的矿井煤尘浓度测量的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)收集煤尘前向±8°附近以及后向180°附近的散射光能，测量散射光在前向空间积分强度得到粒径a≧5μm颗粒的浓度，以及测量后向空间积分强度得到粒径a≦5μm的小颗粒的浓度；(2)对光信号进行去除噪声和粗大误差预处理，将预处理后的光信号进行电信号转换显示处理；(3)设定神经网络隐含层神经元个数；在对采集的待处理样本信息进行神经网络训练识别，将误差逐渐缩小至要求范围之内；基于煤尘粒径的Rosin‑Rammler函数分布，对多层前向神经网络BP获取的神经网络数据融合模型参数进行修正；(4)将大颗粒浓度值和小颗粒浓度值输入修正后的神经网络数据融合模型计算出空间中煤尘的浓度，在步骤(2)中，所述去除噪声和粗大误差预处理包括以下步骤：首先基于光电探测器获取I₁和I₂，并基于煤尘粒径分布符合Rosin‑Rammler函数分布，函数关系式如下所示，$V_{\left(a\right)}=1-\exp {(-a/\bar{a})}^n;$设n＝3、a为煤尘粒径、入射光的强度I₀为固定、典型折射率m＝1.57‑0.56i，获得最佳系数k₁和k₂分别为和从而得到C₁＝k₁I₁，C₂＝k₂I₂，其中，C₁为大颗粒物的质量浓度，I₁为θ处的大颗粒散射光强，θ为散射角，C₂为小颗粒物的质量浓度，I₂为θ处的小颗粒散射光强，由此得到大小颗粒物的浓度值，所述步骤(3)具体包括：1)制定网络的拓扑结构，将网络设置为三层；2)设定网络的参数，包括分类精度、循环次数和样本特征值向量的各个常数因子，对网络进行初始化设置；3)计算各层网络输入矩阵的权值系数和输出，判断该网络的输出精度是否达到要求，首先判断某一样本的输出误差是否达到了预先设定的误差要求，若否，则修改权值系数后返回重新计算；若是，则继续判断全部样本的输出误差是否在要求的范围之内；若全部样本的输出误差在误差要求范围内则继续向下执行，判断循环次数是否超过设定的最大循环次数，若是，则该网络没有实现预期效果，需要修正网络的参数；4)以修正后的网络参数对各层网络输入矩阵进行上述计算，直到对比实际输出和期望输出后，样本信息识别归为输出误差最小的一类；5)对BP获取的模型参数，基于Rosin‑Rammler分布进行修正，得到最优输入输出线性关系。