煤矿物联网应用水平动态评估.pdf

煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.36No.04 Apr. 2015 第36卷第04期 2015年04月 doi10.13436/j.mkjx.201504001 0引言 伴随着信息技术的应用，信息产业和计算机行 业发展迅速，物联网技术正是在这样的环境下发展 起来的新兴技术产业， 物联网被称为继计算机、互 联网之后的第三次信息技术产业革命，在各行业可 以发挥巨大的作用，其中一个方面就是在煤矿类能 源管理行业发挥着重要的作用，将物联网技术引入 到煤矿行业，对煤矿的人、机、环、管等各个环节进 行实时监控，对于降低煤矿事故发生率，加快煤矿 企业信息化建设,改善矿井监测环境，加强事故灾害 的预警有着重要意义。 煤矿物联网应用水平状况评 估是改善和提升煤矿物联网系统水平的重要方式， 所以对煤矿物联网应用水平进行评估具有重要的 意义，本文在已有研究的基础上构建了煤矿物联网 应用水平动态评估指标体系。 1构建煤矿物联网应用水平评估指标体系 对煤矿物联网应用水平进行评价， 涉及的影 响因素很多，本文依据指标选取典型性、系统性、 量化性、科学简明性等原则，从物联网系统3层次 原理和煤炭行业特点出发对物联网建设水平评价 影响因素进行分析， 结合国内外物联网评价方面 的相关文献，总结归纳物联网评价的影响因素，同 时借鉴信息化水平的评价标准， 建立煤矿物联网 应用水平评价指标体系，如图1所示。 图1煤矿物联网应用水平动态评估指标体系 2煤矿物联网应用水平评估模型 2.1采用熵权法确定指标权重 在信息论中， 熵值反映信息的无序化程度，能 够度量信息量的大小，因此可以利用熵值的信息效 用和有序性来求得各指标权重，计算步骤如下 （1）设集合P为评估集，可取P｛p1，p2，，pn｝， q≥2，pk为k第位评价者，其中k1，2，，n，设煤矿 物联网评价指标判断矩阵 Ai a11a12a1n a21a22a2n an1an2ann n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n （1） （2）数据标准化 为了消除数据间的不一致性和属性值对决策 结果的影响，对数据进行标准化处理，形成矩阵 Bi b11b12b1n b21b22b2n bn1bn2bnn n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n （2） *国家自然科学基金（71173216） 煤矿物联网应用水平动态评估 * 胡婷， 葛家家， 李贤功 （中国矿业大学 矿业工程学院,江苏 徐州221116） 摘要 为评估煤矿物联网应用水平，综合指标选取的全面性、准确性以及煤矿物联网特点， 建立起煤矿物联网应用水平评价指标体系，并针对评价过程的动态性和不确定性，在确定权重时， 引入信息论的熵值理论，运用信息熵的效应值计算各评价指标的权重，利用集对分析模型对对煤 矿物联网的应用水平状况进行动态评估。 通过实例验证方法的正确性和可行性。 关键词 集对分析； 煤矿物联网； 熵值； 状况评估 中图分类号TD679文献标志码A 文章编号1003 － 0794（2015）04 － 0001 － 03 Status Assessment of Things Applications uation of Coal Mine HU Ting, GE Jia-jia, LI Xian-gong College of Mining Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China AbstractAmid at uating the timelines，comprehensive，accuracy of coal mine things，an uation index system were constructed，which is based on characteristic of coal mine things. For the dynamic and uncertainty of uation process，In determining the weight in the model are obtained from the avail value. Then assessment of the things applications uation of coal mine based on set pair analysis. It proves the effectiveness of through an example application. Key wordsset pair analysis；coal mine things；entropy value；status assessment 专题综述 煤矿物联网应用水平动态评估指标体系 射 频 识 别 普 及 率 感知层网络层应用层 传 感 器 覆 盖 率 移 动 终 端 普 及 率 危 险 源 识 别 率 网 络 可 靠 性 网 络 稳 定 性 网 络 访 问 速 度 监 测 监 控 系 统 人 机 定 位 系 统 紧 急 避 险 系 统 供 水 施 救 系 统 通 信 联 络 系 统 1 其中，bij aij m i1 Σaij ，0≤aij≤1，0≤bij≤1 （3）计算第j个指标熵值 ei -1 ln（m） m i1 Σbijln（bij）（3） （4）确定评价指标j的熵值 wj 1-ej n j1 Σ（1-ej） （4） 2.2集对分析模型 （1）集对分析的基本概念 集对分析是由我国学者赵克勤1989年处理不 确定问题时提出的新理论，该理论能够统一描述和 处理由不确定性、随机性、模糊性引起的不确定系 统， 煤矿物联网应用水平评估存在很多不确定性因 素，因而可以采用集对分析来解决这些问题。 集对分析通常采用联合度来进行统计，集对分 析是在一定的背景下，将具有联系的2个A和B组 成集对H（A，B），并对其特性进行分析，得到N个特 征， 其中S为集合中共有，P为集合中相互对立，其 余为FN-S-P，定义如下H（A，B）的同一度为aS/N， 差异度bF/N，对立度cP/N，且abc1，不考虑各 级指标权重时，联系度 u S N F N iP N jabicj（5） 式中u联系度，反映H（A，B）中三者的联系、 影响和转化； i差异度系数，取值范围为i＝[-1,1]； jb、c对立，一般取j＝-1。 考虑各指标权重时，联系度 uabicj s k1 Σwk SF ks1 Σwki N k S F 1 Σwkj（6） 其中wk（k＝1，2，，N， N k1 Σwk＝1）为特性的权值。 为更加直观，式（6）可写成如下格式 uWRE（W1，W2，，Wn） a1b1c1 a1b1c1 akbkck 1 i j （7） （2）煤矿物联网应用水平等级划分 为了满足定量和定性的研究需要， 煤矿物联 网应用等级分为A、B、C三等， 分别对立良好、中 等、差，以联系度表示，归一化处理后，联系度u∈ ［－1，1］，按照均分原则，煤矿物联网应用等级划分 见表1。 表1煤矿物联网应用等级划分表 3评价模型应用 针对以上构建的评价指标模型，现选取河南省焦 煤集团下属某矿作为案例，进行实例应用来验证所建 指标的可靠性，利用熵权法确定各等级指标权重，所 得结果利用熵值的集对分析模型进行煤矿物联网应 用水平评估，得出此企业2010年～2013年年物联网 应用水平状况如表2所示。 表2煤矿物联网2010年2013年指标状况 注数据牵涉企业内部信息，经过处理得到 由表2中的数据结合熵权法得到的数据，由式 （7）可得2010年～2013年的关联度 u100.0650.532i0.403j u110.1900.213i0.597j u120.3930.607i u130.3520.509i0.139j 仅考虑同一度时，2012年的煤矿物联网应用状 况最好，由于i的取值范围为[-1，1]，通过对i采用 特殊取值法，讨论其取值的不同可造成物联网应用 状况变化，根据表1可知，把设备管理状况划分为3 级分别对应良好、中等、差。 当i-1时，表示体系中处于“中等”的指标很容 易变成“差”的级别，管理者必须对这些指标特别关 注，一旦发现指标有向“差”转变的趋势，应立即采 取措施，对其加以控制，从根本上提高煤矿物联网 的应用建设水平。 本文把集对分析应用于煤矿物联网应用水平 动态评估， 其评估结果与企业的实际情况吻合，此 研究证明了集对分析用于煤矿物联网应用水平评 估的可行性。 4结语 本文对煤矿物联网应用水平评估指标体系进 行了探索， 并针对评价过程的动态性和不确定性， 在确定权重时，引入信息论的熵值理论，利用集对 分析模型对煤矿物联网应用建设进行动态评估，及 时地控制改善潜在的危险源， 降低煤矿事故发生 第36卷第04期Vol.36 No.04煤矿物联网应用水平动态评估胡婷，等 等级 联系度 差 -1≤u＜-0.333 中等 -0.333≤u＜0.333 良好 0.333≤u＜1 煤 矿 物 联 网 应 用 水 平 评 估 一级指标 感知层 网络层 应用层 一级权重 0.296 0.379 0.325 2010 C B B C B C B C C B B A 2011 B C B C A C C C C A C B 2012 B B A B B A A B B B A B 2013 A A A C B B B B C A B A 二级指标 射频识别普及率 传感器覆盖率 移动终端普及率 危险源识别率 网络可靠性 网络稳定性 网络访问速度 监测监控系统 人机定位系统 紧急避险系统 供水施救系统 通信联络系统 二级权重 0.300 0.230 0.224 0.246 0.180 0.335 0.485 0.330 0.105 0.175 0.181 0.209 2 煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.36No.04 Apr. 2015 第36卷第04期 2015年04月 率；同时集对分析能够很好地兼顾评价过程中的确 定性和不确定因素，从而使煤矿物联网评估实现定 量和定性结合。 差异度i反映评价指标的状态，当i1，表示所 有管理状况处于“中等”的指标，经过整改后很多会 变成“优秀”状态，此时管理者也不应忽视，当i-1 时，管理者更要特别注意相应指标，及时控制，从根 本上加以改变，差异度的转化程度为煤矿物联网应 用建设工作提供了方向和重点，可以更好地帮助管 理人员提高工作效益。 参考文献 ［1］吴延昌,王鸿铭.基于物联网的煤矿关键设备管控系统设计［J］.煤 矿机械, 2013, 342 274-276. ［2］张锋,顾伟.物联网技术在煤矿物流信息化中的应用［J］.中国矿 业, 2010, 198 101-104. ［3］丁从师,王伟.煤矿物联网的设计与应用分析［J］.工矿自动化, 2014, 408 72-74 . ［4］孙彦景，钱建生，李世根，等.煤矿物联网络系统理论与关键技术 ［J］.煤炭科学技术，2011,39（2）69-72，79. ［5］王文圣,金菊良,李跃清.基于集对分析的自然灾害风险度综合评 价研究［J］.四川大学学报工程科学版，2009，41（6）6-12. ［6］苏飞,张平宇.基于集对分析的大庆市经济系统脆弱性评价［J］.地 理学报,2010，65（4）454-464. ［7］廖瑞金,郑含博,杨丽君，等.基于集对分析方法的电力变压器绝 缘状态评估策略［J］.电力系统自动化,2010，34（21）55-60. ［8］姜军,宋保维,潘光,等.基于集对分析的模糊综合评判［J］.西北工 业大学学报,2007（3）421-424. ［9］郑欣,许开立,周家红.基于集对分析的尾矿库安全评价研究［J］. 安全与环境学报,2008（1）160-162. 作者简介胡婷（1991-），女，江西高安人，硕士，主要从事安全 评价、工业工程的研究，电子信箱huting305608. 责任编辑武伟民收稿日期2014－11－29 doi10.13436/j.mkjx.201504002 0引言 随着宏观经济形势的变化以及国家煤炭产业 政策的多次调整， 我国煤炭工业逐步发展壮大，形 成了坚实的产业基础。 煤炭产量由1949年的3243 万t，增加到2013年的36.8亿t，增长了100多倍， 为我国经济发展和繁荣作出了巨大贡献。 煤机装备是我国经济发展的战略型产业，是 煤炭工业结构调整、 优化升级和持续发展的重要 保障。 在国家科学技术的支撑和促进下，通过不断 推进煤机装备自动化、设备管理信息化等，我国煤 机装备制造业取得了长足的发展，制造能力、成套 化 水 平 、 国 产 化 程 度 及 综 合 发 展 实 力 不 断 提高。 1发展概况 1973年，我国从德国、英国、波兰引进了43套 综采及相关配套装备，为发展我国综采技术装备制 造业和培养人才奠定了基础。1978年，又从德国、法 国等国家引进100套综采、综掘装备，首创了综采 年产百万吨的技术水平。 “七五”期间，国家加大了 对采煤机等装备的国产化力度，1987年， 国产液压 支架首次批量出口美国。1991年，首次向土耳其出 口41台刮板输送机。1994年， 出口金额突破1亿 国内煤矿综合机械化开采技术现状研究 王海涛 中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司， 太原030006 摘要 煤炭作为我国的主要赋存能源，在我国的经济发展中发挥了重要支撑作用，采煤机械 与煤炭具有很强的伴生性，尤其综采技术的发展，极大地提高我国煤炭开采的能力和水平，保障了 我国的快速发展需要，对国内的综合机械化开采技术现状进行了分析研究，揭示了存在的问题，提 出了发展的方向。 关键词 综采； 技术； 现状 中图分类号TD421文献标志码A 文章编号1003 － 0794（2015）04 － 0003 － 03 Research of Chinese Fully Mechanized Coal Mining Technology Status WANG Hai-tao Taiyuan Institute，China Coal Technology and Engineering Group Co. Ltd.，Taiyuan 030006, China Abstract The occurrence of coal as the main energy in China, has played an important supporting role in the economic development, coal mining machinery and coal has strong associated, especially of fully mechanized coal mining technology development, greatly improve the ability and level of Chinas coal mining, security needs of China’s rapid development, this paper comprehensive machinery for the domestic situation of mining technology for analysis and research, reveals the existing problems, and puts forward the development direction. Key words fully mechanized mining; technology; present situation 3