[发明专利]一种基于联合聚类的煤矿安全评价系统

摘要

本发明提出一种基于联合聚类的煤矿安全评价系统，该系统包括矿井安全数据输入模块、基于联合聚类的数据分析模块和结果输出模块，其中矿井安全数据输入模块接收用户提交的矿井安全状态数据；基于联合聚类的数据分析模块根据矿井安全状态数据，采用联合聚类方法进行数据分析；结果输出模块显示数据分析的结果，为煤矿企业的安全管理决策提供辅助依据。采用本发明的煤矿安全评价系统后，可以对煤炭企业所属矿井安全评价的打分结果进行分析，实现煤矿安全评价的全面管理，其评价结果可为煤矿企业的管理决策提供重要的技术依据。

主权项

1.一个基于联合聚类的煤矿安全评价系统，包括矿井安全数据输入模块、基于联合聚类的数据分析模块和结果输出模块，其中矿井安全数据输入模块接收用户提交的矿井安全状态数据；基于联合聚类的数据分析模块根据矿井安全状态数据，采用联合聚类方法进行数据分析；结果输出模块显示数据分析的结果，为煤矿企业的安全管理决策提供辅助依据；其特征在于：在基于联合聚类的数据分析模块中，采用以下方法进行数据分析：(1)数据准备：将影响因子通风安全监控、运输和提升、瓦斯和粉尘防治、矿井防火、井下爆破安全、矿井防冒顶、矿井防透水分别记为X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇，n个矿井记为k₁，k₂，……，k_N，第i个矿井k_i表示为向量1≤i≤n，i为自然数，x_i1、x_i2、x_i3、x_i4、x_i5、x_i6、x_i7分别表示第i个矿井K_i对应的通风安全监控数值、运输和提升数值、瓦斯和粉尘防治数值、矿井防火数值、井下爆破安全数值、矿井防冒顶数值、矿井防透水数值，因此矿井安全状况矩阵为Mn×7=x11x12x13x14x15x16x17x21x22x23x24x25x26x27·····················xn1xn2xn3xn4xn5xn6xn7;]]>(2)联合聚类：对矩阵M_n×7进行联合聚类，步骤如下：1)矩阵M_n×7行数据初始化：将M_n×7的n行随机划分为P组，形成P个簇，分别记为C₁，C₂，…，C_P，每个簇包含的矿井数目分别记为NC1,NC2,···,NCP,]]>1≤NCu<n,1≤u≤P,]]>和u均为自然数；Cu={K1Cu,K2Cu,···,KNCuCu},]]>表示簇C_u所包含的矿井，且KvCu∈{K1,K2,···Kn},]]>向量K→vCu=(xrvCu1,xrvCu2,xrvCu3,xrvCu4,xrvCu5,xrvCu6,xrvCu7),]]>其中v为自然数，表示矿井在矩阵M_n×7的原始行数，为自然数，2)矩阵M_n×7列数据初始化：将M_n×7的7列随机划分为Q组，形成Q个簇，7列代表影响矿井安全的7个影响因子对应的向量其中j为自然数，1≤j≤7；Q个簇分别记为L₁，L₂，…，L_Q，每个簇包含的矿井安全影响因子数目分别记为NL1,NL2,···,NLQ,]]>1≤NLe<7,1≤e≤Q,]]>和e均为自然数；Le={X1Le,X2Le,···,XNLeLe},]]>其中表示簇L_e包含的矿井安全影响因子，且其对应的向量表示为表示矿井安全影响因子在矩阵M_n×7的原始列数，为自然数，1≤rfLe≤7,]]>1≤f≤NLe.]]>3)数据表示：矩阵M_n×7的行数据和列数据初始化完成后，M_n×7变成一个P行、Q列的矩阵，且K→i=(1NL1Σf=1NL1xirfL1,1NL2Σf=1NL2xirfL2,···,1NLQΣf=1NLQxirfLQ),]]>K→vCu=(1NL1Σf=1NL1xrvCurfL1,1NL2Σf=1NL2xrvCurfL2,···,1NLQΣf=1NLQxrvCurfLQ),]]>簇C_u的质心表示为其对应的向量T→Cu=(1NCuΣa1=1NCu1NL1Σf=1NL1xra1CurfL1,1NCuΣa1=1NCu1NL2Σf=1NL2xra1CurfL2,···,1NCuΣa1=1NCu1NLQΣf=1NLQxra1CurfLQ);]]>X→j=(1NC1Σv=1NC1xrvC1j,1NC2Σv=1NC2xrvC2j,···,1NCPΣv=1NCPxrvCPj),]]>X→fLe=(1NC1Σv=1NC1xrvC1rfLe,1NC2Σv=1NC2xrvC2rfLe,···,1NLPΣv=1NCPxrvCPrfLe),]]>簇L_e的质心表示为其对应的向量T→Le=(1NLeΣa2=1NLe1NC1Σv=1NC1xrvC1ra2Le,1NLeΣa2=1NLe1NC2Σv=1NC2xrvC2ra2Le,···,1NLeΣa2=1NLe1NCPΣv=1NCPxrvCPra2Le);]]>4)行聚类：使用Cosine方法分别计算矿井向量与的相似度，令a为自然数，1≤a≤P，b为自然数，sim表示两个向量的Cosine相似度函数，将矿井K_i划分到簇C_a中，更新簇C_a的质心；聚类完毕后，重新计算和5)列聚类：使用Cosine方法分别计算矿井安全影响因子向量与的相似度，令s为自然数，1≤s≤Q，t为自然数，将矿井安全影响因子X_j划分到簇L_s中，更新簇L_s的质心；列聚类完毕后，重新计算和6)若则聚类过程完成，停止迭代，其中表示列聚类后簇C_u的新质心，ε为指定的阈值；否则转向步骤4)开始新的迭代过程。