井下协同疏导机制下的险情模糊位置辨析与语音逃生导航方法的研究

摘要

煤矿安全生产一直备受关注，如何确保矿工人身安全、提高应急情况下矿工逃生自救的成功率，一直是煤矿安全生产领域的研究重点。目前，不论是传统矿井还是高度智能化的现代矿井，险情数据主要来源于井下传感器识别及管理员上报，险情信息获取过程中缺少普通矿工与应急指挥中心的信息协同，继而带来了险情数据来源途径较窄且主观性较强等问题。这种不全面的险情获取方式易导致指挥中心在应急情况下对矿工做出不完善的疏导方案。同时，在矿工逃生导航方面，现有研究缺少一种实时、直观的逃生疏导方法。以上原因导致了应急情况下矿工逃生疏导效率的低下。
　　针对以上问题，本文提出一种矿工与应急指挥中心的应急协同疏导机制。在该机制中，针对如何从矿工提交的语音信息中确定隐藏险情，提出一种基于矿工语音数据分析的险情模糊位置辨析方法，以此丰富险情发现方式、完善险情数据库。同时，为提高矿工逃生疏导的效率，提出一种直观的语音逃生导航方法。本文主要研究工作有以下几方面：
　　（1）设计了井下应急协同疏导平台。详细分析了井下协同疏导机制的工作原理及应急协同疏导平台各模块相互协作的具体流程。
　　（2）提出了一种应急协同疏导过程中险情模糊位置的辨析方法。应急指挥中心将采集到的矿工语音数据转化为文本数据，并对该文本数据进行中文预处理、数据格式化以及基于优先级的模糊数据补全等操作，继而结合井下生产实际发掘数据中隐藏的险情数据。最后，结合矿工运动状态与险情相对位置，确定隐藏险情模糊位置。
　　（3）设计并实现了井下人员实时语音逃生导航。应急指挥中心对井下险情数据进行分析，结合井下环境数据、GIS数据及矿工当前状态数据（位置、移动状态、生理机能等数据），使用Dijkstra算法为矿工动态、实时地计算最佳逃生线路。矿工通过随身移动端获取自身移动状态，结合最佳逃生线路、井下GIS数据，生成实时导航文本，并借助移动端中的语音工具——MSC-SDK，将导航文本以语音形式进行播报，实现逃生时的实时语音导航。
　　（4）实现了井下应急协同疏导平台原型系统，并通过仿真实验验证了在井下协同疏导机制下，所提出的险情模糊位置辨析方法对于隐藏险情发现的有效性。同时，也验证了在应急情况下，实时语音逃生导航方法对提高矿工逃生自救效率的有效性。

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摘要

Abstract

Contents

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 智能矿井研究现状

1.2.2 井下险情发现方式研究现状

1.2.3 井下应急逃生疏导研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 文章组织结构

第二章 相关知识与技术

2.1 语音采集、去噪及转化

2.2 文本处理技术

2.2.1 中文分词

2.2.2 文本格式化

2.3 井下GIS数据

2.4 路径规划算法

2.5 本章小结

第三章 井下应急协同疏导平台分析与设计

3.1 井下应急协同疏导机制

3.2 应急协同疏导平台结构设计

3.3 应急协同疏导平台功能设计

3.4 应急协同平台相关数据说明

3.5 本章小结

第四章 险情模糊位置辨析方法

4.1 数据预处理

4.2 基于优先级的险情模糊数据补全方法

4.2.1 基于多因子的数据排序

4.2.2 稀疏数据补全

4.3 险情模糊位置辨析

4.4 本章小结

第五章 基于语音播报的逃生导航方法

5.1 最佳逃生线路规划

5.2 导航文本设计

5.3 本章小结

第六章 原型系统实现与仿真实验验证

6.1 实验准备工作和实验数据

6.2 实验评价指标

6.3 井下应急疏导平台实验与结果分析

6.4 险情模糊位置辨析方法实验与结果分析

6.4.1 稀疏数据补全实验与结果分析

6.4.2 险情模糊位置辨析结果与分析

6.5 语音导航方法实验与结果分析

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果