大数据框架下的多源矿井瓦斯地质信息融合及应用——以登封某矿为例

摘要

本论文以矿井瓦斯地质信息为研究对象，从瓦斯地质的角度分析了瓦斯地质信息的数据及大数据等特征。运用多源信息融合技术设计和构建了多源矿井瓦斯地质信息融合体系。利用Hadoop应用体系的组件特性系统设计和阐述了大数据框架下的多源矿井瓦斯地质信息融合体系。选取河南登封矿区某煤矿某二1煤层生产工作面作为实例研究区，进行该区大数据框架下的多源矿井瓦斯地质信息融合的应用实践。 研究认为，瓦斯地质信息不仅具有信息的基本特征如多源性、多元性和客观性等等，又具有瓦斯地质领域信息特有的内容分散、尺度多样和拓扑关联的数据特征，同时，还存在着巨量、异构、时空相关、内容复杂和模糊不确定的大数据特征。 基于上述特征分析的多源矿井瓦斯地质信息融合体系可以分为数据级、特征级和决策级三层融合级别。该融合体系一般由源信息获取、信息存储（数据库及数据库管理系统）、信息预处理、信息特征分析、信息融合计算、融合体系运行管理和人机交互（用户服务端）七个部分构成，同时形成包含信息预处理层、信息存储层、融合计算层、用户服务层和应用管理层五个层次的功能架构。 大数据技术Hadoop计算框架在信息或文件存储、批量数据并行处理和流式数据实时分析等方面的功能特性，促使多源矿井瓦斯地质信息融合体系在功能架构上得到了优化，形成集融合体系管理层、源信息处理层、信息存储层、信息融合层、融合应用层和用户服务层六层架构功能于一体的大数据框架下的多源矿井瓦斯地质信息融合体系。 以“井下点位空间坐标”为“基准参考量”进行的实例研究区瓦斯地质信息重构及数据级融合的应用实践，证明了该融合体系的可行性；而基于“大规模点元标准的瓦斯地质信息”的区内瓦斯涌出量精细化寻址预测结果表明，该融合体系能够为瓦斯地质研究提供更加丰富的信息支持。 研究成果表明，大数据框架下的多源矿井瓦斯地质信息融合体系能够为瓦斯地质研究工作提供一系列新的理论方法和分析模式，为煤矿安全生产提供更为有效的技术保障。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 矿井瓦斯地质研究现状

1.2.1 矿井瓦斯赋存的地质条件

1.2.2 瓦斯地质灾害及其预防

1.3 多源信息融合技术

1.3.1 多源信息融合的优势

1.3.2 信息融合技术的矿井应用现状

1.4 大数据理论与方法

1.4.1 大数据概念与特征处理流程

1.4.2 大数据处理流程

1.4.3 典型大数据计算框架

1.5 研究内容与方法

1.5.1 研究内容

1.5.2 研究方法

1.6 论文工作量

2 矿井瓦斯地质信息特征

2.1 矿井瓦斯地质研究概述

2.1.1 矿井瓦斯地质研究基本内容

2.1.2 矿井瓦斯地质信息概念

2.1.3 矿井瓦斯地质信息来源

2.2 矿井瓦斯地质信息具体内容

2.3 矿井瓦斯地质信息分类和特征

2.3.1 信息分类

2.3.2 基本特征

2.3.2 数据特征

2.3.3 大数据特征

2.3.4 独立分量特征

2.3.5 时频特征

2.4 本章小结

3 多源矿井瓦斯地质信息融合体系

3.1 多源矿井瓦斯地质信息融合体系设计

3.1.1 应用目标

3.1.2 设计原则

3.1.3 工作流程

3.2 多源矿井瓦斯地质信息融合体系模型和结构

3.2.1 功能架构与硬件设备

3.2.2 融合级别

3.3 多源矿井瓦斯地质信息融合体系主要技术和方法

3.4 多源矿井瓦斯地质信息融合体系的关键基础

3.5 本章小结

4 多源矿井瓦斯地质信息融合大数据应用体系

4.1 Hadoop应用体系

4.1.1 Hadoop应用体系架构结构

4.1.2 Hadoop体系基本组件

4.1.3 Hadoop体系数据处理架构

4.1.4 Hadoop体系物理设备部署

4.2 多源矿井瓦斯地质信息融合大数据应用体系设计

4.3 应用体系架构关键技术

4.3.1 信息存储架构

4.3.2 瓦斯地质信息存储模型

4.3.3 分布式并行处理机制

4.3.5 集群资源分配与管理

4.3.6 知识发现与挖掘

4.3.7 节点部署

4.4 本章小结

5 应用实践

5.1 地质背景

5.1.1 区域地质

5.1.2 矿井地质

5.1.3 瓦斯地质

5.1.4 煤矿开发工程

5.2 目标煤矿集群模拟部署与管理

5.3 大数据框架下的多源矿井瓦斯地质信息融合

5.3.1 实例研究区瓦斯地质信息重构的基准参考量

5.3.2 实例研究区瓦斯地质信息重构方法

5.3.3 实例研究区瓦斯地质信息重构和语义关联

5.4 大数据框架下的多源矿井瓦斯地质信息融合

5.4.1 实例研究区瓦斯动态地质信息处理与容错机制

5.4.2 实例研究区瓦斯地质信息数据级融合

5.5 大数据框架下的多源矿井瓦斯地质信息融合

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

作者简历

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