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萤火虫算法在井壁变形监控系统中的应用研究

作者：黄晓吾

来源：《数字技术与应用》2013年第06期

摘要：本文针对煤矿井壁变形问题设计了一种实时监控系统，来预防井壁事故的发生。结合现代检测、通讯技术和萤火虫算法，采用温度传感器，多路压力传感器测量井壁的变形信息，并将各检测单元所得数据经由MCU演算，同时把数据传送到地面中心计算机，地面工作人员即可实时地掌握井壁的形变情况。该系统可实时测量和监控， 其检测精度高、鲁棒性好，且可根据需要接入Ethernet或者LAN， 实现远程监控和数据共享。 关键词：井壁变形 萤火虫算法 煤矿预警 实时监测

中图分类号：TE21 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0131-02

立井开拓作为煤矿开采的最基本方法，所以井壁的安全是煤矿开采的保障。大多煤矿井筒所处地域，由于各种地形变化原因，井壁坍塌事故时有发生。然而，传统的井壁变形监测装置，由于实时性差，不能实现数据和上位机通讯，仅在事故将发生时才能实现报警并不能起到提前预警的效果。因此， 很有必要建立一种能够对立井井壁事故进行预警的系统，提早发现井壁的薄弱环节，及时解决潜在的危险，这样便可减少甚至杜绝井壁坍塌事故的发生。本文设计了一种基于萤火虫算法的井壁变形监控系统，采用多种传感器实时采集井壁的各种参数，并对这些参数进行萤火虫算法演算来得出井壁是否会有坍塌危险。 1 系统组成 1.1 硬件选择 1.2 工作原理

2 萤火虫算法的理论基础 2.1 模型的说明

井壁在坍塌前都会有一定的变形，尽管井壁变形有多种表现类型，但井壁坍塌的直接原因都是由于井壁所受压力过大，此外温度对井壁的承受能力也有一定的影响，所以本系统需要检测井壁各处的压力和温度即可实现对井壁变形程度和状态的掌握，对这些数据进行在上位机上进行萤火虫算法演算，得出井壁是不是处于危险状态。 2.2 井壁预警的萤火虫算法实现

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采用萤火虫算法对矿井井壁的安全进行预测，通过上位机软件计算后，密集度最高的区域对应着比较危险的部位，需要加大维护力度，防患于未然。萤火虫算法的基本步骤是，首先将萤火虫群体随机散布在解空间，处于不同位置的不同萤火虫发出的荧光亮度也不同，其次，根据荧光亮度的不同，荧光强度低的萤火虫会飞向比自己亮的萤火虫，飞行的路程由吸引度的大小来确定。在实际应用中为了能够在更大范围内搜索，找到全局的最优解防止局部最优解干扰，导致算法不收敛，在计算萤火虫更新后的位置时需要在位置更新过程中增加扰动项。最后，通过多次迭代后，算法收敛于亮度最高的萤火虫，也就是说该萤火虫会把其他萤火虫都吸引到自己的位置处，便完成了对最优解的寻找，达到精确预测的目地。 3 系统仿真测试

在计算机中，对建立的模型，对采集的部分数据进行萤火虫算法防真，运行得到如图2 的结果，所用萤火虫收敛于几个点，也即在些地方需要加强防范，很有可能会在这些地方出现事故。 4 结语

本文完成了一种基于萤火虫算法的井壁变形监测系统，该系统具有如下特点：完全实现自动化。从数据采集到数据传输到数据处理，整个过程完全由计算机控制，不需人的参与。②实时监测。位于井下的传感器可以实现连续采集数据，所得数据被传输至地面中心计算机，整个系统可以实现工作。③报警功能。工作人员在地面上位机可以设定报警阈值，软件的输出达到或者超过该设定值是系统便会发出报警信号。④速度快。整个系统从数据采集到最终结果显示在终端设备和PC上，仅需几分钟。 参考文献

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