本文選題：半監(jiān)督學(xué)習(xí)　切入點(diǎn)：集成學(xué)習(xí)　出處：《太原理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：礦井水害事故時(shí)常發(fā)生,給企業(yè)和國(guó)家造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失是不可預(yù)估的�，F(xiàn)有的礦井水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)不夠準(zhǔn)確是造成事故頻發(fā)的主要原因。因此,研究有效的礦井水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法是十分必要的。再者,礦井水害事故一旦發(fā)生,由于井下現(xiàn)場(chǎng)情況的未知性和復(fù)雜性,給救援工作帶來(lái)了很大的盲目性和挑戰(zhàn)性。對(duì)水害發(fā)生后的突水過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,能夠及時(shí)宏觀地了解井下水害的演化趨勢(shì),分析水害可能影響的區(qū)域,對(duì)營(yíng)救決策的制定具有重要的指導(dǎo)作用。此外,由于目前煤礦企業(yè)的信息化程度有限,在發(fā)生水害時(shí)很多數(shù)據(jù)資源由于缺乏系統(tǒng)化的管理,在輔助救援工作中不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。本文主要針對(duì)礦井地下水突水這一課題進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容分為三個(gè)部分:煤層底板突水預(yù)測(cè)算法、水害蔓延的數(shù)值模擬及煤層底板突水預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。針對(duì)礦井突水預(yù)測(cè)的研究,一方面,目前應(yīng)用的突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法多是依據(jù)決策者結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)問(wèn)題的主觀分析,具有很大的不確定性。基于此本文將智能信息處理理論及方法應(yīng)用于礦井突水預(yù)測(cè)的研究。另一方面,雖然基于智能機(jī)器學(xué)習(xí)的突水預(yù)測(cè)方法已有研究,但現(xiàn)有的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的礦井突水預(yù)測(cè)方法大都是有監(jiān)督的學(xué)習(xí),其局限性在于小數(shù)量有標(biāo)記樣本訓(xùn)練得到的預(yù)測(cè)模型泛化能力較差,但大量的有標(biāo)記樣本的獲得在礦井突水預(yù)測(cè)中是極其不易的�；谝陨戏治�,本文以少量有標(biāo)記樣本的學(xué)習(xí)為前提,從半監(jiān)督學(xué)習(xí)的角度出發(fā),進(jìn)行礦井突水預(yù)測(cè)的研究。針對(duì)水害蔓延的數(shù)值模擬,結(jié)合流體力學(xué)數(shù)值模擬理論,分析造成礦井突水的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)源,總結(jié)突水過(guò)程水害的流動(dòng)規(guī)律,以及影響突水過(guò)程中水流蔓延的因素。利用計(jì)算機(jī)建模方法對(duì)礦井巷道進(jìn)行三維建模并選用flow-3d軟件對(duì)突水過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬仿真。煤層底板突水預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面,根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求搭建煤層底板突水預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái),該平臺(tái)包括信息管理子系統(tǒng)、突水預(yù)測(cè)子系統(tǒng)及水害影響區(qū)域分析子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)礦井底板突水預(yù)警的信息化、智能化管理。本文完成的主要工作如下:(1)從礦井突水機(jī)理的角度出發(fā),分析煤層底板突水、以及突水通道等的形成原因,總結(jié)影響煤層底板突水的主要因素。從動(dòng)力學(xué)的角度闡述了造成突水的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)源,突水過(guò)程中的演化規(guī)律及影響水流蔓延的主要因素,并在此基礎(chǔ)上建立突水因素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、水文地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)及巷道信息數(shù)據(jù)庫(kù)。(2)針對(duì)煤層底板突水預(yù)測(cè)中有標(biāo)記樣本數(shù)量有限且不易獲得的情況,提出了基于萬(wàn)有引力的半監(jiān)督算法。該算法充分利用無(wú)標(biāo)記樣本建立預(yù)測(cè)模型,彌補(bǔ)了因有標(biāo)記樣本極度缺乏而造成的預(yù)測(cè)模型泛化能力差,預(yù)測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定的不足。將算法應(yīng)用于礦井底板突水預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)中,取得良好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率,較其他有監(jiān)督預(yù)測(cè)方法充分展現(xiàn)了半監(jiān)督學(xué)習(xí)方法在煤層底板突水預(yù)測(cè)中的優(yōu)勢(shì);(3)針對(duì)現(xiàn)有礦井突水預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性參差不齊,在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中易造成預(yù)測(cè)方法失效的情況,提出了基于圖的半監(jiān)督集成學(xué)習(xí)算法。這種算法仍以有標(biāo)記樣本數(shù)量不足為前提,延續(xù)采用半監(jiān)督的學(xué)習(xí)方式,將無(wú)標(biāo)記樣本作為頂點(diǎn),樣本間的相關(guān)性作為連接權(quán)值,構(gòu)成圖,集成多種預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)結(jié)果以求達(dá)到預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的最大化。將算法用于煤層底板突水預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)中,在少量有標(biāo)記樣本致使單預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果不理想的情況下,基于圖的半監(jiān)督集成算法能夠獲得令人滿意的預(yù)測(cè)結(jié)果;(4)在水害蔓延的數(shù)值模擬方面,利用計(jì)算流體力學(xué)的相關(guān)方法對(duì)突水過(guò)程進(jìn)行模擬仿真。選取一段實(shí)際礦井巷道斷面,利用UG 6.0進(jìn)行三維建模,結(jié)合實(shí)際礦井突水發(fā)生后救援工作的需要,采用流體分析軟件中的Flow-3D軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。對(duì)巷道模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分及邊界條件的設(shè)定,使用TrueVOF方法追蹤自由液面,結(jié)合k-ε紊流模型,通過(guò)求解Navier-Stokes方程實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井水害蔓延過(guò)程的數(shù)值模擬;(5)搭建煤層底板突水預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái),采用ArcGIS Engine組件與C#語(yǔ)言結(jié)合的方式開發(fā)系統(tǒng),搭建基本功能模塊;系統(tǒng)化地管理煤層底板突水相關(guān)的數(shù)據(jù)資源,并結(jié)合Visual C#.net與MATLAB混合編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)底板突水預(yù)測(cè);結(jié)合數(shù)值模擬的計(jì)算數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的礦井采掘位置、巷道線狀走向、巷道長(zhǎng)度寬度等數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)煤層底板水害蔓延分析。
[Abstract]:This paper studies the mine water inrush from the angle of semi - supervised learning . A semi - supervised integrated learning algorithm based on universal gravitation is presented in this paper .

【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD745;TP277

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本文編號(hào)：1680225