[发明专利]基于支持向量机的矿井光纤光栅监测系统缺失数据补偿方法

说明书

一种基于支持向量机的矿井光纤光栅监测系统缺失数据补偿方法，属于监测系统缺失数据补偿方法。包括步骤1：对矿井光纤光栅监测系统传感设备进行数据采集；步骤2：对光纤光栅传感设备采集的监测数据用时间序列表示并进行预处理；步骤3：选择与构造支持向量机的核函数；步骤4：选择确定支持向量机的超参数；步骤5：根据确定的核函数、损失函数及惩罚参数构建核矩阵，采用优化算法得到支持向量机最优参数值；步骤6：建立支持向量机回归函数模型，对数据进行拟合回归分析，得到缺失数据补偿结果，实现缺失数据的缺失补偿工作。本发明能够对监测缺失数据进行补偿，完善监测数据，使数据更加接近真实、可靠，保障了矿井安全生产、施工及稳定。

技术领域

本发明涉及一种监测系统缺失数据补偿方法，特别是一种基于支持向量机的矿井光纤光栅监测系统缺失数据补偿方法。

背景技术

在煤矿生产过程中，由于开采的影响导致巷道和工作面顶板处于非稳定状态，随着煤矿开采深度的不断增大，煤矿的矿山压力显现及煤矿安全压力更为明显，造成的灾害也越来越严重，如果不及时采取支护措施，便会发生顶板冒落、巷道变形、冲击矿压、瓦斯爆炸、煤矿突水、煤矿火灾等事故，给我国的煤矿业造成了巨大的损失，严重影响了从业人员的生命安全和矿井生产。因此建立一个先进的光纤光栅在线监测系统，就能有效监控矿井安全生产，有效地预防和减少煤矿事故的发生。

光纤光栅作为一种新兴的研究领域，已经广泛的应用于光纤光栅传感技术方面并得到快速的发展，其中将光纤光栅传感器用于煤矿安全监测领域成为发展趋势并得到应用。光纤光栅传感器基于以上的光纤光栅传感技术，具有本质安全、测量精度高、抗干扰能力强，监测数据误差小、可实时在线长期监测等优点。在矿井安全生产工程关键参数监测过程中，当光纤光栅受到非均匀应力，容易发生光谱畸变等问题，导致中心波长无法采集或釆集不准确，一旦该情况发生，则可能造成该点传感器数据失效，由于安装施工、采矿井下环境等各方面因素，光纤光栅传感器在监测过程中可能出现光强衰减过大或者损坏的情况，同样可能造成损坏部位数据缺失的情况，进而影响光纤光栅传感系统的可靠性。针对监测过程中传感器信息突然缺失的情况，可以引入统计学习的方法对缺失数据进行修补，以提高光纤光栅监测系统的测量稳定性，改善光纤光栅监测系统的监测效果。

缺失数据修补的问题可以看作对工程中测量数据随时间序列及其各影响因素间的复杂的非线性函数关系的逼近问题。采用有效的补偿方法处理缺失数据可以提高对数据资源的有效利用，减少数据资源的浪费，并且有助于采矿环境安全监测的数据处理与评估等工作，甚至可能影响研究结果。因此，对有缺失的监测数据采用正确和有效的处理方法是能否得出正确结论的关键之一。

常用的缺失数据插补法有均值插补法、热卡插补法、冷卡插补法、最邻近插补法、回归插补法等。但这些方法都有一些缺点，它们经常忽略缺失数据补偿的不确定性，比如均值插补法只用样本均值作为插补数据，传统回归插补法的插补数据也不考虑原始数据的离散性，这会导致插补数据的方差被低估，而不能真实地反映出原始数据。尽管后来由于回归插补引入了随机误差项，能够缓解这一问题，但是随机误差项的确定是比较困难的。另外，在某些复杂的情况下，对数据趋势进行回归建模的方法会难以应用，有时为了方便使用而采用了一些简单的回归方程还会导致部分趋势信息的丢失。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于支持向量机的矿井光纤光栅监测系统缺失数据补偿方法，解决采矿工程生产过程中安全监测数据的缺失补偿的问题。

本发明的目的是这样实现的：矿井光纤光栅监测系统缺失数据补偿方法，包括以下几个步骤：

步骤1：对矿井光纤光栅监测系统传感设备进行数据采集；

所述的矿井光纤光栅监测系统包括地面数据处理及控制子系统、井下传输通讯子系统和井下传感监测子系统，其中地面数据处理及控制子系统包括光纤光栅信号处理器和电脑主机，井下传输通讯子系统包括矿用通信光缆和光缆接续盒，井下传感设备监测子系统包括至少一个光纤光栅传感设备；