面向瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的時間序列相似搜索算法研究.pdf

1、利用煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)采集的大量礦井下瓦斯?jié)舛鹊缺O(jiān)測數(shù)據(jù)分析煤礦瓦斯涌出規(guī)律是一個重要且具有挑戰(zhàn)性的學術研究領域。發(fā)現(xiàn)煤礦瓦斯時間序列中蘊藏的規(guī)律，有利于掌握瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和趨勢，在煤礦安全方面有重要的現(xiàn)實意義。本文將時間序列數(shù)據(jù)挖掘技術應用于瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)，探索基于時間序列相似搜索技術的煤礦瓦斯涌出分析的新途徑。本文在研究和比較幾種典型的時間序列相似搜索技術的基礎上，探索適合瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)特點的時間序列相似搜索方法，并開發(fā)出相應的軟

2、件。主要工作包括： 提出了基于分段多項式表示（PPR Piecewise Polynomial Representation）的煤礦瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)相似搜索方法。PPR是一類基于線性多項式回歸的正交變換。實驗數(shù)據(jù)采用玉華煤礦的真實瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)，評價指標為信息損失量和相似查詢效率?；赑PR的相似搜索算法與基于離散傅立葉變換（DFT）和離散小波變換（DWT）的時間序列相似搜索算法的對比實驗顯示：在相同壓縮比下，3種方法的信息損失相近，

3、但是基于PPR的相似搜索算法的平均查詢效率分別比基于DFT和基于DWT算法的平均查詢效率高32％和34％。 提出了基于二維小波變換的煤礦瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)多變量時間序列相似搜索方法。本方法將瓦斯多變量時間序列存為數(shù)據(jù)矩陣形式，先采用二維小波變換方法對數(shù)據(jù)矩陣降維，并將多變量時間序列用灰度圖可視化，再用歐式距離或Eros（Extended Frobenius norm）距離進行相似比較，最后分別求出它們的查詢效率。實驗結果表明：用灰度圖

4、可視化多變量時間序列是可行的；在二維小波域上歐式距離相似度量方法的查詢效率高于基于Eros距離的相似度量方法。 基于上述研究結果，設計并實現(xiàn)了一個煤礦瓦斯監(jiān)測時間序列數(shù)據(jù)相似搜索子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)是本項目組開發(fā)的基于時間序列數(shù)據(jù)挖掘的煤礦瓦斯涌出量分析系統(tǒng)的一個重要組成部分。該子系統(tǒng)采用PPR降維方法、R樹多維索引結構，克服了區(qū)域重疊，提高了檢索速度。對于給定的查詢序列，設定閾值等參數(shù)后，該子系統(tǒng)可以從數(shù)據(jù)庫中找出與之相似的子序列