大数据背景下矿井水害案例库系统建设.pdf

第 4 3卷 第 1期 2 0 1 7年 1月 工矿 自 动化 I n du s t r y a nd Mi ne Aut o ma t i on Vo 1 ． 4 3 No ．1 J a n．2 o 1 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 1 0 0 6 9 0 5 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 7 ． 0 1 ． 0 1 7 刘浩 ， 文广超 ， 谢洪波 ， 等． 大数据背景下矿井水害案例库系统建设E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 6 9 7 3 ． 大数据背景下矿井水害案例库系统建设 刘浩 ， 文 广超 ， 谢 洪渡 ， 王林 林 ， 师 艳坤 ， 江泽 宇 f g 南 理工 大学 资 源环境 学 院 ，河南 焦 作4 5 4 O 0 O 摘 要 为提 高煤矿 水 害防治 的信 息化水 平 ， 实现煤 矿水 害防 治工作 由定性到 定量 、 由经验到科 学转 变 ， 提 出了大数据 背景 下矿 井水 害案例库 系统建设 的 目的和 原则 ， 设计 了煤矿 水 害案例 库 系统 的结构和 功 能 ， 分析 了物联 网、 云计算、 大数据等 系统关键技术。矿井水害案例库 系统 集事故管理、 水害防治、 安全教育、 技 术培 训 于 一 体 。 关键词 水害防治；案例库 ；大数据 ；云计算 中图分 类号 T D7 4 5 ． 2 文献 标志 码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 6 1 2 3 0 1 0 3 2 网络 出版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 1 2 3 0 ． 1 0 3 2 ． 0 1 7 ． h t ml Co ns t r u c t i o n o f c a s e ba s e s y s t e m o f mi ne wa t e r d i s a s t e r un d e r b a c k gr o u n d o f b i g d a t a L I U Ha o ， WEN Gu a n g c h a o ，XI E Ho n g b o ， W ANG Li n l i n ， S HI Ya n k u n， J I ANG Z e y u S c h o o l o f Re s o u r c e a n d En v i r o n me n t ，He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y ，J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r de r t o i mpr o v e i n f o r m a t i o ni z a t i on l e v e l o f c o a l mi ne wa t e r d i s a s t e r pr e ve nt i on， a nd r e a l i z e c ha n ge s o f mi ne wa t e r d i s a s t e r pr e ve nt i o n wo r k f r o m q ua l i t a t i v e t o q ua nt i t a t i v e a nd f r o m e xp e r i e nc e t o s c i e nc e， pu r po s e a nd pr i nc i p l e s of c o ns t r u c t i o n of c a s e ba s e s ys t e m o f c oa l mi ne wa t e r d i s a s t e r p r e v e nt i on a nd c o nt r o l u nd e r ba c kg r ou nd o f bi g d a t a we r e pr o p os e d，an d s t r u c t u r e a nd f u nc t i o n m o d ul e s we r e d e s i gn e d．Ke y t e c hn ol o g i e s o f I o T ，c l o ud c o m p ut i ng，bi g da t a we r e a na l y z e d．Th e c a s e ba s e s y s t e m o f c o a l mi ne wa t e r di s a s t e r i n t e gr a t e s a c c i d e n t m a n a g e me nt ，wa t e r d i s a s t e r p r e v e n t i o n， s a f e t y e d uc a t i on a nd t e c hni c a l t r a i n i n g． Ke y wo r d s wa t e r di s a s t e r c o n t r ol ；c a s e ba s e；bi g d a t a；c l o ud c o mput i ng 0 引 言 对 矿井 水害分 布规 律和 形成机 制 的深人研 究 需 要大量的灾害数据作为基础 ， 而矿井水 害案例数据 对 理解 区域 灾害 系统 的相互 作用机 制有 着重 要 的作 用 ] 。中 国具 有悠 久 的煤 炭 开 采历 史 ， 史 料 丰 富 ， 且 相关 人 员 和 机 构对 大 量 案 例 做 了 深 入 研 究 _ 3 ] 。 随着信 息技 术全 面融 入 矿 山生产 建 设 中 ， 煤 矿 机 械 化 、 自动化及信息化程度不断提高， 尤其是近年来物 联 网技术在 煤矿 中广 泛应 用 ， 数 据 正 以前 所 未 有 的 速度快速积累 ， “ 大数据” 时代 已经到来 ， 大量科研工 作者对此高度重视 ， 并就物联网、 大数据及云计算等 技 术 在 煤 矿 安 全 生 产 中 的 应 用 做 了 大 量 研 究 。 孙继平[ 1 。 。。 在分类分析煤炭事故状况的基础上， 探讨 了大数据 与物 联 网技术 在煤 矿安全 生产 相关方 面 的 应 用 ； 袁 显平 l _ 基 于矿 难 大 数 据 ， 运 用 统 计 分 析 的 方 法 ， 系统地 分析 中 国煤 矿矿 难 的特征及 演变 趋势 ； 丁振[ 】 分析了煤矿数据的特点 ， 阐述 了大数据技术 在 煤矿应 用 的可行 性及 应用 前 景 ； 马小 平 _ 1 3 ] 在分 析 物 联 网 、 大数 据及 云 计 算 三种 技 术 之 间关 系 的基础 上 ， 提 出 了其在 煤矿 安 全生 产 中 的应用 框架 ； 孟 磊 [ 1 ] 从感 知矿 山理 念与 物联 网三 层 架 构 出发 ， 分析 收稿 日期 2 0 1 6 0 8 2 9 ； 修 回日期 2 0 1 6 - 1 2 0 6 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项目 全 国统计科学研究项 目 2 0 1 4 L Y0 0 4 ； 河南省高等学校重点科研项 目 1 5 A1 7 0 0 0 7 。 作者简介 刘浩 1 9 8 9 一 ， 男 ， 河南永城人， 硕士研究生 ， 主要研究方向为地球信息科学与技术 ， E ma i l 6 3 2 0 0 5 0 2 1 q q ． c o m。通 信作者 文广超 1 9 7 9 一 ， 男 ， 河南西平人 ， 副教授 ， 主要从 事煤矿安全和“ 3 S ” 应用方面 的教学和科研工作 。 E ma i l we n g c 3 6 6 1 6 3 ． t o m。 7 O 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 了矿井突水信息采集 、 传输 、 处理与预警技术现状 ， 论述 了物联 网条件 下 实现 矿井 突水 感 知 的关 键 技术 。 上述研究对煤矿水害防治和矿 山信息化水平的 提高起到了积极作用 ， 提高 了煤 矿安全生产水 平。 然而 ， 目前 煤 矿 水 害 案 例 库 建 设 还 存 在 以下 不 足 ① 对煤 矿水 害事 故 的 研 究 多 偏 重 于 特 征 分 析 预 测 与 防治对 策 ， 对 已发 生事 故 的研 究 多 为分 散 的个 案 研究 ， 针对性不强 ， 缺乏系统性 ， 对案例事 故在煤矿 水 害安 全方 面 的作 用认 识 不 足 。② 已有 的煤 矿 事 故案例库建设多侧重于事故的检索与管理或安全教 育 培训 ， 对分 散事 故 间 的联 系 及 事 故 致 因 的相 互 关 系 ， 没有从现代信息技术 的角度进行分析 ， 不能满足 警钟长鸣、 安全培训、 水害防治及相关技术人员知识 更新 的实际需求 。③ 随着煤矿综合 自动化建设 的 推 进 ， 大 量 的历史 数 据 和矿 井 水 监 测 数据 呈爆 炸 式 增 长 ， 在 大数 据 时代 ， 如 何 充 分 利 用新 技 术 、 新 方 法 有 效地 采集 、 存储 、 管理 、 共 享 煤 矿 水 文 地 质基 础 数 据 、 煤矿水害防治案例 、 专家的知识与经验等数据资 源 ， 进 而更好 地服 务 矿 井 安全 生 产 成 为 亟 需解 决 的 问题。本文以矿井水害案例数据为基础 ， 采用 大数 据 技术 对水 害 的相关 因素 与水 害事故 的关 系进 行深 入 挖掘 ， 建立 相关 关 系模型 ； 同时 以物 联 网实 时监测 数据为驱动 ， 实现对矿井水害的实时预警 ； 结合云计 算技术 ， 实现多源异构数据 的统一存储和高效管理 ； 采用面向服务 的体 系架构建立 B ／ S模式下 的矿井 水 害案 例库 系统 ， 设 计 实 现 集 事 故 管理 、 水 害 防治 、 安全教育、 技术培训于一体 的可扩展 、 智能的矿井水 害案例 库 系统 。 1系统设 计 1 ． 1 目的 和 原 则 系统设计 目的 实现对矿井水害数据的高效管 理和矿井突水预测与应急救援 ， 分析事故 的发生演 化、 危害机制 ， 并 以动画、 培训课件和试题等形式进 行成 果展 示 、 教 育 培训 ， 拓 展 和提高 相关 技术 人员 的 业务 水平 。 矿井 水 害 案例 是 对 灾 害过 程 的系统 性 描 述 ， 结 合大数据技术将全部灾害案例集成在一起则可对矿 井水害的时空分异规律 、 区域规律 、 成因机制等进行 深入研究『 】 ] 。为此 ， 大数据背景下矿井水害案例库 建设在保证案例数据真实可靠的基础上l 9 ] ， 在系统 设计 、 开 发及 运行 过程 中需要 遵循 数据 安全 性 、 系统 稳定 、 操作简单、 功能模块化和共享性原则。 1 ． 2 系统 结 构 设 计 采用面向服务的体系架构 S OA ， 针对不 同层 次 的用 户设 计 了可 扩 展 、 智 能 的矿 井 水 害 案 例 库 系 统 图 1 。该系统以矿井水害案例数据为基础建立 水源识别、 突水量等级预测、 突水性安全评价、 突水 防治措 施决 策 、 应急救 援 等模 型 ； 用 户利 用上 述模 型 将 水文 地质 基础 数据 和物 联 网实时 监测数 据 用于水 害预警 。系统以更好的用户体验为驱动， 技术人员 根据用户意见修改完善模型 ， 以提供更可靠、 更高效 的服务 ， 提升用户体验 ， 随着用户规模的扩大和数据 量 的激 增 ， 将更 有助 于模 型 的验证 和完 善 ， 进 而形 成 一 个循环 、 良性的大数据矿井水害案例库系统。 应 用 层 模 型 层 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． ． 图 1 矿井水害案例库系统结构设计 1 ． 3 系统功 能设 计 大数 据背 景下 矿井水 害案例 库 系统主要 包 括 突 水案 例数 据管 理 、 突 水 预测 、 突 水应 急救 援 、 突水 知 识 、 账户 管理 等功 能模块 ， 如 图 2所示 。 大数据背景下矿井水害案例库系统 I 水案例数据管理 突水预测 突水应急救援 突水知识 账户管理 l 士 1 l 1 上 上 上 上 上 _ [ 上 上 上 上 L 上 上 上 应 治 典 突 探 自 自 个 我 升 理 型 水 放 救 我 人 所 级 决 案 征 水 措 测 信 关 权 案 事 网突 突 突 实 预 援 策 例 兆 原 施 试 息 注 限 例 故 页水 水 水 时 防 纂 分 再 案水 量 安 预 决 析 现 例源 等 全 警 策 搜判 级 性 则 的 索断 预 评 测 价 ____ __ __ __ 一 __ __ 图 2 矿 井 水 害 案 例 厍 系统 功 能 设 计 1 ． 3 ． 1 突水案例数据管理 数据检 索针对不 同级别用户可分为快速检索 直接输入关键词检索 和高级检索 用时间 、 地点 、 所属水害单元、 导水通道、 突水量、 突水位置、 水害类 型、 突水水源、 突水征兆、 事故类型 、 人员伤亡、 事故 原 因等关键词进行检索 2种方式 。案例分 析根 据 高级检索的关键词任意组合生成各类统计 图表。事 故再现是对经典案例以视频、 动画等形式进行重现 ， 数据层 2 0 1 7年 第 1 期 刘 浩等 大数据 背景 下矿 井 水害案例 库 系统 建设 7 1 达 到安 全教 育 的 目的 。 网页 案例搜 索通 过 网络爬 虫 抓 取 网络上 最新 的 突水 案 例 数据 ， 经 管理 员 审 核 通 过后纳入到系统 ， 以丰富案例库系统数据。 1 ． 3 ． 2 突水预测 系 统 采 用 大 数 据 技 术 建 立 水 源 的 水 化 学 Na K 、 C a 、 Mg 。 、 HC O - 、 C 1 一、 S O 一等离 子 和矿化度 、 P H等分析项 、 温度 、 水位等指标 差异 ， 通过 B P神经 网络 方 法 与 统计 数 据进 行 关 联 ， 建 立 突水水源判别模型[ 】 ； 通过分析水害案例数据库 中 水源 类型、 水压 、 导水通道 断层、 陷落柱 、 隔水层 厚度、 岩性、 力学强度 等数据与突水等级 的关系 ， 采 用大数 据技 术 ， 利 用 海 量 案例 数 据 深 入 挖 掘充 水 含 水层 厚 度 、 岩性 、 力学 强度 等数据 与 突水等 级 的 关系， 建立突水量等级预测模型； 深入挖掘充水含水 层 水压 、 富水性、 渗透性 、 厚度 、 岩性等 、 隔水 岩段 防突性能 厚度、 岩性 比例、 关键岩层位置 、 地质构 造 断层 、 褶皱 、 岩溶陷落柱 、 矿压破坏发育带 工作 面斜长 、 煤层采高与采深 、 开采工艺煤层倾角等 、 导 生发育带 原始导生高度和回采诱发的导升高度 及 气 象条 件 、 环 境温度 等 与水害 事故 的相关 关 系 ， 以实 现 突水 安全 性评价 ， 同 时结 合 传感 器数 据 实 现 水 害 实 时 预警口 。 1 ． 3 ． 3 突水 应急 救援 系统 基 于案 例 推理 的原 理 ， 即通 过 重用 历 史 问 题 的解 决方 案 以得 到新 问题解 决方 案 的人工 智能 技 术 ， 通过匹配地质 、 水文地质条件等相似度较高的案 例数据， 给出相应的防治、 救援和突水治理等措施 。 1 ． 3 ． 4突水 知识 典型案例是从大量的案例数据中筛选出各种水 害类 型 中真实 、 完整 、 启发性 较强 的案 例进 行展示 和 分析 ； 结合 具体 案例 ， 以矿井 水 害类型 顶板 突水 、 底 板 突水 、 老空水 等 为 知识组 织依 据 ， 对 突水 征兆 、 探 放水 原则 和 自救 措施 进行 深入 分析 。 自我 测试是 对 技术 人员 的突水 知 识 掌握 程 度 进行 检验 ， 并 根 据 对 测试 结果 的分 析 ， 给 出下一 步 的培训计 划 ， 以达 到提 高从 业人 员业 务水平 的 目的 。 1 ． 3 ． 5 账 户 管理 帐户管理 功能 包括个 人信 息 的查 阅和修 改 。 “ 我所关注的” 模块是根据用户 的浏览信息， 采用基 于项 目的协同过滤推荐算法， 对多数用户所感兴趣 的突水 案例 、 知识 、 技 术 和热点 信息 进行 推送 。系统 提倡用户参与和用户贡献， 用户通过共享矿井地质 、 水文地质和物联网监测数据， 经过系统查重和质量 评 定 ， 经系统 管理 员审 核后 ， 可提升 用户 权 限 。 2系统 关键 技术 2 ． 1 物联 网 、 大数 据 与云计 算 在 煤 矿行 业 中， 为 安全 管 理 积 累了 大量 的表征 矿井突水过程 致灾环境、 致灾因子 、 造成的灾害损 失 及人类 对 灾害 的 响应 等 的事 故 案例 数 据 文 字 、 图形、 视频等 。在矿井水害防治过程 中， 大量的水 文监测传感器、 矿压及应变传感器 、 采掘定位设备 、 采动岩体破坏监测设备产生 了大量数据[ 1 。 。数据 体量巨大、 种类繁多、 价值密度低 、 增长速度快 ， 符合 大数据 的“ 4 V” 特征口 。下文将以矿井 水害实时 预测 为例说 明物 联 网 、 大 数据 和云 计算 在 矿 井 水 害 案例库 建设 中如 何有 机结 合 图 3 。将 物联 网实 时 监测数据通过矿井通用网络经调度指挥中心上传至 大数据云平台， 并通过 D i s t r i b u t e C a c h e以缓存 的形 式进行 暂存 ； 将 实 时监 测 热 数据 推 送 到 以矿 井 水 害 案例数据为基础建立的突水预测模型， 进行矿井突 水危 险性 评价 ； 并将 结果 实时反 馈给 调度指 挥 中心 ， 随 着 时 间 的 推 移 ， 数 据 变 冷 ， 最 终 将 数 据 从 D i s t r i b u t e C a c h e转存 到 HDF S文 件 中 ； 定 期对 矿 井 水 害预测 模 型进行 训练 和更新 ， 进而 形成一 个完 整 、 闭合 、 不断完善 的系统。 ⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯。。 基于 H a d o o p的大数据云平 台 图 3 数据流 热 冷 物联网、 大数据与云计算三者在煤矿水害防治 中既相 互 区别又 密 切 联 系 ， 物 联 网作 为实 时 信 息 获 取 的“ 触角 ” 被广 泛应 用 到矿 井 水 害 防治 中 ， 必 然 结 果 是形 成大 数据 ， 而 大数据 的存储 、 数 据之 间隐含 信 息 的 挖 掘 和 高 效 服 务 则 需 要 云 计 算 技 术 来 支 撑 [ 2 1 - 2 5 ] 。 2 ． 2 突水预 测模型 的建 立 大数 据 技 术 的核 心 在于 分 析预 测 功能 ， 它 不 纠 结原因， 只注重结果 ； 不纠结于数据的精度 ， 而是通 过一 定 的方 法对 全部 、 复 杂的数 据进行 分析 ， 以挖 掘 7 2 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 出传统方法很难发现的事物之间的关系。大数据背 景下矿井突水危险性评价与传统的突水危险性评价 方法不同 表 1 ， 将大数据 、 物联网和云计算有机结 合 ， 为矿井突水预测模型的建立提供了新的思路 。 表 1 传 统突水危 险性 评价方法与大数据方法的 区别 3 系统 实现 结合系统设 计 的 目的和原则 ， 在搭建 Ha d o o p 大数 据 分 析 平 台 的前 提 下 ， 以 HD F S 、 Hb a s e和 0 p e n TS DB为基 础实 现数 据 的存 储 ， 用 Ma p R e d u c e 解 决 数据 的分 析 问题 ， 采 用 B ／ S模 式 ， 引 入 天 地 图 和 MS C h a r t 控件 ， 以实现案例数据的可视化表达和 统计 分析 。经 过编码 设计 、 系 统调 试和运 行 等过程 ， 实现 了矿井水害案例库系统的建设 。 4结语 明确了矿井水害防治实际需求和现有的水害防 治规范， 在广泛搜集矿井水害案例数据的基础上 ， 结 合云计算 、 物联 网等技术设计实现了大数据背景下 的矿井水害案例库 系统 ， 为矿井突水 预测与应急救 援 、 安全 教育 、 技术 培训 提供 了新 的思路 。 参 考 文 献 [1 ] [ 2] [3] [ 4] [5] [6] 方伟华 ， 王静爱 ． 中国历史 水灾案 例数据 库 的建 立及 相关问题探讨I- J ] ． 北京师范大学 学报 自然科学 版 ， 1 9 9 8， 3 4 2 2 6 9 2 7 5 ． 徐霞 ， 王静爱 ， 王文字． 自然灾 害案 例数 据库 的建立 与 应用 以中国 1 9 9 8年 洪 水灾 害 案例 数 据 库 为例 [ J ] ． 北京 师范大学 学报 自然科 学版 ， 2 0 0 0 ， 3 6 2 27 4 2 8 O． 武强 ， 崔芳 鹏 ， 赵苏启 ， 等． 矿井水 害类 型划分 及 主要 特征分析 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 3 ， 3 8 4 5 6 1 5 6 5 ． 陈红 ， 祁慧 ， 谭慧． 基 于特 征源与环 境特征的 中国煤 矿 重大事故研究 [ J ] ． 中 国安 全科 学学 报 ， 2 0 0 5 ， 1 5 9 33 38 ． 陈红 ， 谭 慧 ， 祁慧． 中国煤 矿重 大水 害 事故 规律 分 析 [ J ] ． 中国矿业 ， 2 0 0 5 ， 1 4 8 2 2 2 5 ． 刘洋 ， 林柏 泉 ， 李贤忠 ， 等． 煤矿事 故案 例的安 全职 能 分析及 数 据 库 系 统 设 计 [ J ] ． 工 矿 自 动 化 ， 2 0 1 2 ， [7] [8] [9] [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] 1- 1 3 ] 1- 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ - 1 9 ] [ 2 O ] [ 2 1 ] 3 81 29 3 2． 虎维 岳， 田干． 我国煤 矿水害 类型 及其 防治对 策 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 1 9 2 9 6 ． 董书 宁， 虎维岳． 中国煤 炭水 害基本 特征及 其主 要影 响因素 [ J ] ． 煤 田地质 与勘探 ， 2 0 0 7 ， 3 5 5 3 4 3 7 ． 徐拥军 ， 宋扬． 管理案 例库建设 的“ 4 s ” 模 式研 究[ J ] ． 东北农业 大学 学报 社会科学版 ， 2 0 0 9 ， 7 2 7 - 1 2 ． 孙继平． 煤矿事故分析与煤矿大数据 与物联 网I- J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 3 1 - 5 ． 袁显平 ， 严永胜 ， 张金锁． 我国煤矿矿难特征及演 变趋 势[ J ] ． 中国安全科 学学 报 ， 2 0 1 4 ， 2 4 6 1 3 5 1 4 0 ． 丁振 ， 张膦． 浅 析大数 据技 术助力 煤矿 安全 管理 [ J ] ． 中国煤炭 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 0 1 2 1 1 2 3 ． 马小平 ， 胡延军 ， 缪燕 子． 物联 网、 大数 据及 云计 算技 术在煤矿 安 全生 产 中 的应用 研 究 [ J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 4 5 - 9 ． 马磊 ， 钱家忠 ， 赵卫 东 ， 等 ． 基 于 G I S的矿 井水害 防治 决策 支 持 系 统 [ J ] ． 煤 田地 质 与勘 探 ， 2 0 1 4 ， 4 2 5 44 49 ． 孟磊 ， 丁恩杰 ， 吴立新． 基于矿 山物联 网的矿井 突水感 知关键技 术 研 究 [ J ] ． 煤 炭 学 报 ， 2 0 1 3 ， 3 8 8 1 3 9 7 1 4 03． I TU I nt e r ne t Re po r t s 20 05 The I n t e r ne t of Thi ngs [ R ] ． Ge n e v a I T u，2 0 0 5 ． 刘永强． 国家矿井安全生产监督管理物联 网应 用示范 工程 总体设计 研究 [ J ] ． 中国安全生产 科学技术 ， 2 0 1 2 增刊 1 9 - 1 4 ． 闫广 ， 王昕 ， 纵鑫 ， 等． 煤 矿分 布式 突水监 测系统 设计 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 5 - 8 ． D0CT0R0W C ．Bi g d a t a we l c o me t o t h e p e t a c e n t r e [ J ] ．N a t u r e ， 2 0 0 8 ， 4 5 5 7 2 0 9 1 6 - 2 1 ． REI CHMA 0 J ，J ONES M B，S CHI LDHAUE R M P，e t a 1 ．Ch a l l e n g e s a n d o p p o r t u n i t i e s o f o p e n d a t a i n e c o l o g y [ J ] ．S c i e n c e ， 2 0 1 1 ，3 3 1 6 0 1 8 7 0 3 7 0 5 ． 何 文娜 ． 大数据时代基于物联 网和云计算 的地质信息 化研 究[ D ] ． 长春 吉林大学 ， 2 0 1 3 ． 第 4 3卷 第 1期 2 0 1 7年 1 月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo 1 ． 4 3 No ． 1 J a n ．2 0 1 7 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 1 0 0 7 3 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 1 ． 0 1 8 刘婷 ， 潘理虎， 张素兰， 等． 基于形式概念分析 的采煤工作 面本体构建研究 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 7 3 7 6 ． 基于形式概念分析的采煤工作面本体构建研究 刘婷 ， 潘理 虎 ， 张素 兰 ， 陈立潮 ， 张英俊 1 ． 太原科技大学 计算机科学与技术学院，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 中国科学 院 地理 科学 与资 源研究 所 ， 北 京 1 0 0 1 0 1 摘 要 针 对传 统本体 构 建方 法耗 时耗 力且主观 依 赖性 强的 问题 ， 提 出 了一种 基 于形式 概念 分析 的采煤 工 作 面本 体 构建方 法 。该方 法可有 效地发 现领 域数 据 中 隐含 的概 念和 概念 间的 关 系， 并 通 过概 念 格将 本 体 可 视化 ， 将新增信息 自动地添加到本体 中， 实现 了本体的半 自动化更新 。实例验证 了该方法的有效性。 关 键 词 煤 炭 开采 ；采煤 工作 面 ；本体 构建 ；本体 更新 ；半 自动化 ； 形 式概 念分析 ； 概 念格 中 图分 类号 T D6 7 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 6 1 2 3 0 1 0 3 3 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 1 2 3 0 ． 1 0 3 3 ． 0 1 8 ． h t ml Re s e a r c h o f o nt o l o g y c o ns t r u c t i o n o f c o a l mi n i n g f a c e ba s e d o n f o r ma l c o nc e p t a n a l y s i s LI U Ti n g ， P AN L i h u 一， ZHANG S u l a n ， CHEN Li c h a o ， ZHANG Yi n g j u n 1． Sc h oo l of Compu t e r Sc i e n c e a n d Te c hn ol o g y， Ta i yu a n Uni v e r s i t y of Sc i e n c e a nd Te c h no l o gy Ta i y ua n 0 3 0 02 4，Chi n a；2． I ns t i t u t e o f Ge o g r a phi c Sc i e nc e a nd N a t ur a l Re s o u r c e Re s e a r c h， C h i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e ，Be i j i n g 1 0 0 1 0 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f p r o b l e m o f t i me c o n s u mi n g a n d s u b j e c t i v e d e p e n d e n c e o f t r a d i t i o n a l o n t o l o g y c o n s t r u c t i o n me t h o d ，a n o n t o l o g y c o n s t r u c t i o n me t h o d o f c o a l mi n i n g f a c e b a s e d o n f o r ma l c o n c e p t a n a l y s i s wa s p r o p os e d． Th e m e t ho d c a n d i s c o ve r c o nc e p t s i m p l i e d i n d oma i n da t a a n d r e l a t i o ns hi p be t we e n t he c o nc e p t s e f f e c t i v e l y， u s e c o nc e p t l a t t i c e t o vi s ua l i z e on t o l og y a n d a d d ne w i nf or ma t i on t o o nt ol o g y a u t o ma t i c a l l y ，a n d r e a l i z e s e mi - a u t o ma t i c a l l y u p d a t e o f o n t o l o g y．Ex p e r i me n t p r o v e d e f f e c t i v e n e s s o f t h e p r o po s e d m e t ho d． Ke y wo r d s c o a l m i ni n g；c o a l m i ni n g f a c e；o nt o l o gy c o ns t r u c t i on；o nt o l o gy u pd a t e；s e m i a u t o ma t i o n； f o r ma l c o n c e p t a n a l y s i s ；c o n c e p t l a t t i c e 0 引言 采煤 工作 面是 矿 井事 故 的多 发 地 点 ， 通 过 本 体 。 建模能全面地监控采煤工作面的整个生产过 程 ， 实 时地监 控设 备 的状 态 、 人 员 的行 为 ， 在 出现危 险事故时及时通知作业人员， 从而降低事故发生率 。 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 7 - 2 2 ； 修 回日期 2 0 1 6 1 2 0 5 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项目 “ 十二五” 山西省科技重大专项项 目 2 O 1 2 l 1 O 1 O O 1 ； 山西 省中科 院科技合作项 目 2 0 1 4 1 1 0 1 0 0 1 ； 山西省科技攻关项 目 2 0 1 4 1 0 3 9 。 作者简介 刘婷 1 9 9 1 一 ， 女 ， 山西忻 州人 ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为软件体系结构 ， E - ma i l 2 4 3 4 0 3 3 0 8 8 q q ． c o rn。 [ 2 2 3 wu X i n d o n g ， Z HU X i n q u a n ， wU Go n g q i n g ，e t a 1 ． D a t a mi n i n g w i t h b i g d a t a [ J ] ． I E E E T r a n s a c t i o n s o n Kn o wl e d g e Da t a En g i n e e r i n g， 2 0 1 4 ， 2 61 9 7 1 07 ． [ 2 3 ] 文广超 ， 邓 寅生， 余永强． 基于 GI S及模型化理论的矿 [ 2 4 3 [ 2 5 3 井水灾预测预报 平 台的设计 与实现 [ J ] ． 河南理 工大 学学报 自然科学版 ， 2 0 1 0 ， 2 9 6 7 0 9 7 1 4 ． 文 广超 ， 邓寅生． 煤矿 矿井防治水 信息化 系统 的研究 与实现[ J ] ． 矿业研究 与开发 ， 2 0 1 0 ， 3 0 6 6 0 6 3 ． 邓 寅 生 ， 王 焕 忠 ， 文广 超 等． 煤 矿 水 害 防 治信 息 化 [ M] ． 北京 煤炭 工业 出