文摘

精确传感的关键是结构健康监测的地下煤矿在使用光纤布喇格光栅(FBG)传感器。然而,之前开发的系统结构监控地下矿山仅限于没有任何损伤诊断的能力。因此,本研究整合一个高度精确的光纤光栅监测系统和输出数据驱动的方法在一个物联网(物联网)的平台来开发一个全面的矿井结构安全系统。这个系统主要依赖于Web 2.0服务器运行数据采集,数据处理,和损伤检测算法以及实时信息共享在偏远地区。该系统成功实现哈桑•煤矿,位于巴基斯坦的盐范围。波分多路复用的光纤光栅应变传感器可靠地捕捉动态和持续的影响煤巷道开挖的稳定性和访问画廊。主成分分析和层次聚类,用于确定损伤的指标。显示最小值的损伤指数验证,刚度降低2%。因此,光纤光栅技术的集成与互联网可以有效地应用于早期的地下煤矿安全评价和实时信息共享。

1。介绍

矿业通常被认为是一个高风险的行业在世界各地1]。不断增加深度、复杂性和动态性的矿业已经证明了自己是地下矿山的设计新颖的具有挑战性的因素。在这方面,某些相关的风险和隐藏我的违约结构施加高安全威胁,和地震事件来源我的屋顶层位移(2]。在地下煤矿(ucm),在矿难事故的类型(如地震,我支持恶化,粉尘爆炸,和我的崩溃),最常见的事故原因是我崩溃(3]。例如,在2011年,38%的致命事故在ucm盐范围区域,旁遮普,巴基斯坦,是直接关系到屋顶坍塌或矿山结构失败(4]。ucm的较高的社会经济价值和风险,矿工的生命让它非常重要的敏感、准确地监控这些结构。

如今,科技进步使得连续监测结构精密、准确监测系统的利用率。在这方面,光纤布拉格光栅(FBG)传感监测显示广泛应用等关键结构建筑,桥梁,隧道,矿山5]。这个广泛实现的光纤光栅传感发生由于其高的可持续性,高耐久性、长期稳定、空间分辨率和高免疫电磁(6- - - - - -9]。最近,布里渊光时域反射计成功实现在Cachapoal El Teniente矿,智利(10),准确地监测通风隧道的变形引起的煤炭挖掘在附近削弱的脸。同样,赵et al。11)实现光纤grating-based位移传感器评估地下矿山的安全。他们得出的结论是,隧道(巷道)崩溃的几率可以最小化通过有效地监测矿井顶板位移。现有研究[12,13)都集中在应用光纤传感器监测应变、位移、温度变化在地下的开口。另一项研究[14)进行分布式布里渊传感系统在实验室规模的高适用性分布式光纤监测的点对点的变形沿着连续的结构维度。更详细的光纤光栅应变传感器的应用,专门为岩土工程的研究,可以发现在15]。虽然以前的研究都集中在光纤光栅监测的应用在复杂的地下结构和矿山,大多数这些应用程序是有限的监测标准,或在某些情况下事件报告。损伤检测我的结构稳定性和决心的全球安全指数简单和快速的评估仍然需要追究ucm我状态。

在前几十年,物联网的快速flourishment(物联网)在各个领域,如智能电网、应急响应系统、家庭自动化、矿山尾矿监测,和矿山环境监测表明其功能(16- - - - - -18]。光纤光栅监测与自动数据处理结合损伤诊断和远程传输可以是一个有前途的方向提高地下矿山的结构安全。在这方面,开发了监测系统已经足够提供现代集成和智能物联网的基础框架。然而,文献缺乏一个系统集成FBG-based矿结构监测早期损伤检测和IoT-based信息共享。因此,本研究旨在开发一个精确的监测,分析损伤检测和信息共享平台,加强在ucm结构安全。我这个平台能够智能地评估条件通过分析收集到的数据,在遥远的地方分享有价值的信息。它利用一个输出线性数据驱动的方法在ucm早期损伤检测。这个框架的敏感性是直接依赖于集群的密实度。在此系统中,数据可以被授权用户随时随地回忆道。这个系统将有助于定义新的矿业法律和未来设计增强ucm的结构稳定性。 Key contributions proposed in the present study are the following:(1)波分多路复用(WDM)光纤光栅应变传感器阵列地下矿藏状态监测(2)信息共享技术的无缝集成,分析工具和模型对地下矿山信息和智能决策(3)我单值损伤指标容易和快速评估我的结构安全(4)孤立点检测算法地下矿山的损伤诊断

在这项研究中,光纤光栅工作原理的简要概述,采用光纤光栅监测方法,IoT-based ucm集成概念讨论如下。部分2评价结构监测的光纤光栅传感器的选择煤矿。损伤诊断的基本研究的模型和算法进行了总结3。实现的案例研究结果和讨论部分中解释4和5。

1.1。FBG-Based监测系统的基本原理

各种光纤光栅技术、方法和工具进行了介绍,并利用在过去。特别是在结构健康监测(SHM),著名的光纤技术包括光时域反射计(OTDR)),拉曼光时域反射计(R-OTDR),布里渊光时域反射计(BOTDR),监测d 'Ouvrages par纤维optique(代表作),非本征法布里-珀罗干涉仪和光纤光栅传感。尽管是昂贵的和敏感的纤维弯曲,光纤光栅传感一直高度重视和广泛用于单孔位微吹气扰动。这可以归因于其简单的解调,多路复用高、水和耐腐蚀性能,利用本地化和quasi-distributed网络,使高适用性的单孔位微吹气扰动严重和恶劣的条件19,20.]。

光纤光栅传感的感知单元旨在通过一定波长的光,而反映出任何其他波长光栅;因此,每个传感器都有自己的波长(21]。在光纤光栅中,外部温度和应变变化有强烈影响的变化改变波长(20.,22]。光纤光栅传感器技术的基本原理如图1。通常,应变测量高度受到温度变化的影响;因此,应该有温度补偿应变的测量。在这方面,有两种方法对温度补偿,安装一个光纤光栅温度传感器接近附近的光纤光栅应变传感器,或使用一个紧密的纤维与监测结构紧密联系和另一个松散的单独的光纤温度监测15]。抵制内在的最简单的情况下温度效应引起的光纤光栅应变传感器是安装一个外部光纤光栅温度传感器。可以补偿温度引起波长转移以下(22]。

在这里, 是布拉格波长位移的比值的波长,纤维芯的反射指数,是温度增量,是应变增量。 , ,和thermos-optical系数的纤维,纤维的热膨胀系数,分别和有效的角度系数。这些系数是 在哪里光栅周期和吗轴向应变。在一个正常的纤维,这种转变中央布拉格反射波长的变化关系

因此,(1)成为

1.2。物联网系统概念

物联网架构结构矿山安全图所示2。通常,物联网体系结构是由三层:感知层、感知层和应用程序层。的感知层使检测、收集和识别的事件发生在一个物体的环境。这一层需要硬件网络开发达到结构的完整的信息,例如,传感器节点和执行器。在这项研究中,光纤光栅应变和温度传感器以及一个审讯者是基本的数据采集和监控元素。的感知层理论和技术的融合;因此,这一层设计与统计模型和分析工具,以发现任何异常的收集数据集地下矿井。传输的信息,该系统利用实时数据库(RODB)和约束应用协议(CoAP)基于提取转换和加载(ETL)技术和在线分析处理(OLAP)。的应用程序层始终高度重视物联网的架构服务,使远程信息共享。在这项研究中,Web 2.0页面主服务器,遵循OGC瑞典文标准(23],使实时数据分析和远程信息共享作为基站预测任何危险的条件,允许必要的措施。

2。材料

2.1。光纤光栅传感器

完整的光纤光栅的光纤光栅监测网络由传感器、信号传输、数据采集和数据处理单元。传感器选择是高度依赖于监控需求和环境。尽管嵌入式光纤光栅应变传感器的广泛使用,他们有局限性等(i)的入口点嵌入式传感器很容易受损,容易破损,(ii)的光纤可以压,和(3)在安装过程中嵌入的光纤光栅传感器,周围的应变场的畸变可以被打扰,因为周围的材料(24]。在目前的情况下,钻一个洞为嵌入式光纤光栅传感器的安装会改变周围的应力场或可能严重损害我的屋顶因为软弱地质地层。因此,本研究利用nonembedded光纤光栅应变传感器监测围岩的行为以应对开挖。我们使用50厘米OS3610(微米光学,亚特兰大,乔治亚州,美国)(图3 (b)),因为这显示高兼容严酷的环境下,是具有成本效益的,可以单独使用或在一个数组,和措施平均应变计长度(25]。OS3610应变极限5000με标准波长1512 - 1586纳米的温度范围−40°C到80°C。应变测量高度受到温度变化的影响,温度补偿的光纤光栅温度传感器也被使用。名义围岩的温度低于40°C,这是覆盖的测量范围(−40°C到120°C)的OS4300光纤光栅温度传感器(图3(一个))。此外,这种传感器具有较高的灵敏度和准确度高(26]。光纤光栅传感器和温度之间的差异可以单独由评估光纤光栅的布喇格波长的变化 与各自的应变和温度敏感性 (27,28]。

信号传输和数据采集频率设置为1.0赫兹。为了减少衰减损失弯曲和长途传输媒介acrylate-coated SMF-28纤维分辨率为0.25±0.05 nm和有效的使用了25毫米的弯曲半径。这种光纤已经广泛采用了交流和满足ITU-T建议G.652和TIA / eia - 492 caaa;更具体的细节可以在找到29日]。sm125 - 500询问机设计的莫伊(光学微米Inc .),高度适合长期监测,作为数据采集设备(图3 (c))。sm125 - 500有四通道法布里-珀罗可调滤波器和显示的全谱的工作波长范围1510 - 1590 nm (30.]。扫描频率是2赫兹的动态范围50 dB(表1)。整个框架是通过PC服务器管理(AMD Phenom (TM)) 2×4945 3.00 GHz处理器,8 G RAM和Windows 7操作系统(美国微软,微软,佤邦)。

2.2。校准

在这项研究中,光纤光栅用裸光纤光栅应变传感器校准完成。裸光纤光栅传感器和封装传感器连接的两端钢优惠券。环氧树脂作为胶粘剂材料的裸光纤光栅cyanoacrylate用作粘合剂时光纤光栅应变计。最后,钢优惠券是放置在一个万能试验机需要注意的变化和根据应用的力量。图4(一)显示之间的线性关系和应变灵敏度为1.2点/με。不考虑任何温度和应变的影响,这种关系可以表示为

三个不同中心波长的光纤光栅温度传感器和一个水银温度计准确性被选为0.05°C。测定标准浴方法实现温度灵敏度系数的光纤光栅应变传感器。每个光纤光栅温度传感器分别放置在浴缸里的10,15日和20°C的增量1°C。之间的线性不变和被发现0.99的温度灵敏度5.1点/^oC,如图4 (b)和由

3所示。研究模型

3.1。战略行动的区别

一般来说,有两种方法在单孔位微吹气扰动损伤诊断:(i)逆(输入输出)的方法,(2)转发(handlder程序)的方法。逆的方法定义模型和更新这些模型,虽然远期方法直接从输入数据中提取有价值的信息(监测数据)不承认任何先验模型。近年来,向前方法吸引了全球的注意力从研究人员由于其简单和高级数据分析(31日,32]。提出的方法中,最普遍的技术是那些组合来自不同传感器的数据不丢失重要的信息。这些方法包括主成分分析(PCA) (33[],时频分析34),和自回归模型(35]。PCA是一种强大的工具进行数据的高维数据集不丢失重要的信息。此外,它隐式计算的影响不同的过程而不考虑他们(36,37]。关键应用,如ucm,生活风险,需求高效、敏感的监测系统与简单的数据分析技术,这样任何结构性变化或destability可以及时的报道。因此,本研究利用PCA-based规范化方法有效地减少在UCM监测获得的大型数据集。

不同尺度和震级的监测参数在单孔位微吹气扰动是一种常见的方面。因此,它是最重要的处理收集到的原始数据在任何统计工具的应用。在这方面,目前的研究实现自动定量的原始数据作为损伤诊断的初始步骤。自动定量显示高适用性系统不同单位的变量(38)和给药

从扩展数据,请考虑,如果“米“是光纤光栅应变传感器和安装的数量n是一组响应测量,然后呢是整个数据集。通常,PCA由线性映射的原始坐标系统(),一套新的主成分(pc)变量,是由

正交线性变换矩阵是由于相关矩阵的特征值问题的解决方案的原始数据给出的 在哪里是一个对角矩阵组成的积极的或从相关矩阵零特征值吗 。为敏感和准确的监测,主成分分析的一个重要而复杂的阶段是最优的选择电脑的数量。本研究使用破碎棒(BS)规则来确定最优数量的电脑。这条规则使损伤特征提取在全球规模和区分正常和异常读数。在单孔位微吹气扰动损伤检测,特征向量的变化应该是重要的。然而,有限的可用性的异常数据相对于整个数据集特征向量变化无关紧要。因此,一个移动的宽度恒定的窗口应覆盖整个范围的定义适当数量的电脑。PCA应该执行在每个定义窗口,最终结果应该结合,导致一个矩阵从各种移动电脑的窗口。生成的矩阵应该分为训练和监控阶段,应该执行和敏感性分析在这个矩阵使用BS规则,便于特征提取。BS规则评估每个电脑的随机性和提取有意义的个人电脑。特征值的传播使用的BS规则k^th组件是由 在哪里是总主成分和BS遵循规则;如果该值的特征值k^th组件是大于然后它被认为是全球领域的损失。这个提议的方法应用PCA和BS规则按顺序和提取数据集的不相关的变量。最优的选择电脑反映损伤诊断的早期破坏,在此是有用的。

3.2。损伤检测方案

损伤检测的基本目标是确定任何损害发生前。损伤检测是异常值检测中的一个重要阶段,它依赖于距离的测量。最近,专门为单孔位微吹气扰动,已有多种方法被采用在损伤检测和量化测量的距离(39]。本研究使用象征性的数据集,因为这些都是少的,那么具体,紧凑,相对于经典的数据集和更敏感。这样的符号数据集是基于符号距离测量(40]。象征性的测定物体的距离使用规范化欧几里得Ichino-Yaguchi距离,因为他们有单孔位微吹气扰动的早期损伤检测灵敏度高41]。两个符号对象和数据集的s =1、…N,四分位区间和和和 ,和规范化的欧几里得Ichino-Yaguchi距离测量 给药 在哪里 是一个预定义的常数从0到0.5,然后呢是由

这些符号距离从PC集群更加紧凑但分辨获得团体和子集。集群最小化的距离在一个集群和最大化intercluster距离。层次聚类分析是一个众所周知的损伤诊断方法在单孔位微吹气扰动42]。此外,层次聚类需要更少的监测站和更少的样本相对于其他聚类方法。更多细节层次的损伤检测统计分析单孔位微吹气扰动可以在找到43]。本研究实现了分层聚类的数据融合和数据压缩,建立一个相关性损失和结构状态。在这方面,层次系统树图包含重要信息相关的早期损伤检测;合并两个集群基于他们的距离,定义了一个新的更高的水平。形成新的更高水平一直持续到一个集群。因此,分层聚类分析定义了监测数据的融合。在一个集群数据集包含k集群 的距离是 元素的分配规则吗我在集群k和依赖 。如果在集群对象的总数,星团内不同是吗

为了更新集群和集群实现收敛,这是可行的决定簇之间的相对高度,而不是直接使用分类集群。本研究使用集群之间的相对距离D通过考虑一个集群作为集群的引用。使用系统树图很容易确定所有集群D。在损伤检测、集群距离参考集群被规范化为[0,1]。距离大于或等于1代表了健康状态而在0和1之间的值对应于受损的状态。任何损害赔偿扩大健康受损的国家之间的不同结构,导致减少d。通常,在聚类分析中,最小的集群包含每个测量和最大的集群包含所有测量。图5描述了一个流程图方案目前的损伤诊断研究。

3.3。我的单值损伤指数

单值损伤的敏感指标矿井从任意数量的传感器和测量依赖于准确的集群级别的确定在整个数据集,发现集群之间的距离。这个指标是我命名的损伤指标(),这是高度相关的早期损害通过考虑所有传感器的反应。的数学公式是 在哪里结构受损状态,代表着健康状态是r测量。为了比较,必须无量纲损失成正比。在这里,0 0和1之间变化,代表一种健康状态,1表示一个受损状态的结构。在这项研究中,暗与距离向量形式。这种方法的灵感来源于[44],它表达了另一种形式的损伤指标

类似于 , 0和1之间变化,1代表一个损坏的状态和0对应于一个健康的状态。提出的另一个比较损伤指标来比较其与传统的指数计算两个向量之间的欧几里得距离的对象从主成分分析。这个索引对应一个模式 ,我=1、2、…N,定义为模式之间的欧氏距离和它的结果在网络上 。 在哪里利用主成分分析法(PCA)被压缩,是我th测量,之间的平均距离吗我th组成部分和原始 。归一化形式可以表示为

这个值在0和1之间变化,0分代表健康的状态,1代表破坏状态。

4所示。案例研究

4.1。网站描述

开发的物联网系统测试在地下哈桑•煤矿位于东南48公里Kallar Kahar附近Ara Basharat在东部旁遮普省盐范围,巴基斯坦(表2)。这个特定区域的煤层位于平均深度79米,厚度0.1 - -0.5米。这个矿与煤的主要巷道开挖画廊。圆轴和一个矩形斜入口连接地下工作面临着地上。通常,为道路(1.8×2.12米)和长壁部分的地下矿山、岩石支持由木栈满发掘页岩。高覆盖、深基坑、矿业活动的不断变化的压力,因为我顶变形的主要原因,对矿工的安全的一大威胁。因此,为了提高安全,有必要监测岩石作为应对持续挖掘过程的行为。此外,岩石监测的其他优点包括减少矿山的操作成本和未来的设计考虑。

提出了系统的整个网络图所示6。在一个地下,变形通常是高的中心。因此,主要监控关心的是应变测量轴向中心我的机会。矿山巷道的断面宽度长度确定光纤光栅阵列的决定性因素。传感阵列的行为以类似的方式作为一个弹性两个固定梁和横向加载结束时附着在我的屋顶。因此,拉伸应变措施;只要没有加载,每个光栅的波长与加载的变化保持不变和变化。

4.2。传感器阵列和安装

为了选择最适当的位置的光纤光栅传感器安装,现场工程师和矿山巷道的地质地图综合咨询。这咨询指出四个关键部分由于相关弱地质和高概率的屋顶坍塌(图6)。因此,有必要监控的影响连续煤炭挖掘这些薄弱地区。每个关键部分都配备了光纤光栅传感器的数组。典型的安装点的所有部分都在我的屋顶。每个数组是由光纤光栅温度传感器的温度补偿和两个光纤光栅应变传感器。每个传感器都有一个不同的波长。数组有三个铝段(数字7(b)和7(c)) 500毫米的长度,两个光纤光栅应变传感器,温度传感器和一个。应变和温度传感器使用波分复用多路复用技术。合适的包装应提供裸光纤光栅传感器作为他们非常脆弱,喜欢大自然。因此,传感器封装和粘在铝段。每个段的FB光栅长度是10毫米。传感器连接到铝段之间的连接是确保使用耦合器的布喇格波长传播。每个数组完全是为了转移我的屋顶变形。光纤光栅应变传感器能够测量±2500με拉伸或压缩应变。FB光栅的分辨率是高度依赖于附加的审讯者的能力。在这种情况下,解决sm125 - 500审问者是下午1点,相当于1με(应变)和0.1°C(温度)。

岩石通常不均匀,表面粗糙;因此,有必要准备的表面光滑和不均匀光纤光栅传感器的应用。在目前的研究中,摇滚我的屋顶表面条件,清洗,然后由碳化硅擦伤论文(320砂砾和400或细)删除不均匀的表面。填充应用于密封岩石表面和填补倒。后来,光纤光栅传感器布局和标记。区域适当的清洁和以前捏造的光纤光栅传感器阵列是附着在清洁表面用债券募GA-2。附件的光纤光栅传感器阵列在矿井口的横向轴(图7(a))。除了主键、钢铁夹子和螺丝也用于支持,确保公司锚固数组的情况下,结合失败了。8个螺丝是用来固定每个数组。沿着光纤光栅阵列,这些螺丝和夹子的位置是位于耦合器。钢夹安装牢固,这样数组套管和夹一体单元。纤维的每个数组也以确保它仍未损坏的保护。

完整的光纤光栅传感器安装和收紧后,第一步是验证光纤光栅应变传感器的读数定义健康状态基线。因此,金属箔应变仪(YFLA-5)在铝管的外表面的光纤光栅阵列安装在章节2和3。十字架上的应变监测结果与时间(10天)对光纤光栅和箔测量方法如图8(放大部分)。从两种方法监测结果发现彼此良好的协议。完成后最初的观察期间,应变测量始于2016年7月。首先,2100种不同应变测量从每个传感器(175)的刚度矩阵记录定义我的健康状态;这些数据也有助于在后期引入人工智能。PCA压缩数据敏感足以代表分钟结构性变化,而不丢失任何有用的信息。

4.3。实验

我几个实验中执行不同操作条件下确定模糊和动态操作。在实验期间,额外的预防措施被送往确保矿工的工作和人身安全。首先,我的健康状态的刚度矩阵是确定基线。然后,相关实验进行了刚度矩阵的减少。减少刚度、人工损失被取代或诱导系统中完全移除木我支持(图9(一个))。观察最大刚度减少干扰的影响,干扰了附近的安装光纤光栅应变监测站通过移除木离开跨越我的支持和不支持的。每个状态的干扰序列图所示9 (b)。我的实验,第一节(主要巷道)被选为木支持删除。我完整或健康状态基线被表示为状态# 1。破坏场景状态# 2,# 3,# 4,# 5和状态,降低刚度为2%,5%,10%,和15%,分别。

4.4。数据采集

在这项研究中,还向客户提供实时监控和数据分析的形式一个Web 2.0页面。应用程序的过程可以分为三个不同的步骤。第一步包括实时数据采集、过滤、去噪和过滤数据采集。为此,我们利用一个RODB来处理大量的数据。第二步是数据聚合产生的结构性数据和应变矩阵,基于应变数据的中间值和四分位。为此,该系统利用ETL处理瞬时用户查询OLAP紧随其后。最终的输出为用户可以存储在数据库中并送到CoAP [45]。CoAP IETF-proposed标准适用于机器对机器或物联网交互。CoAP的设计类似于超文本传输协议(HTTP)和一个更小的子集的具象状态传输(REST)。CoAP使用相同的方法作为从用户发送请求的HTTP客户端服务器,例如,,,,和删除。由于小数量的开销和容易实现所需的系统,CoAP被用作应用程序网关(46]。

5。结果

5.1。在线状态监测

CoAP在这项研究中,因为它使用简单和轻松集成的web服务生成HTTP。收敛的各种标准、组件和应用物联网是至关重要的。创建一个应用程序编程接口(API)使用REST。这个实时安全预警系统还利用面向服务的方法(SOA)体系结构简化和组织数据的方向。小说的早期预警系统使用Web 2.0是通过整合生成和发展不同的internet协议(图之间的协同作用10)。Web 2.0的工作可以区分两个函数:(i)后台操作,收集数据并分析它,(2)数据表示,允许动态表示。

图8显示了拉伸应变后的光纤光栅应变传感器温度补偿。本研究侧重于监测矿井巷道和访问画廊,因为这些元素所需的长期稳定,稳定是负面影响持续煤炭挖掘。图8(一个)显示了光纤光栅应变传感器的应变变化1和2(第一节)相比,传感器3和4(第二节)。所有这些光纤光栅应变值随面对推进生产和距离的脸。的监测、压力在260第一节变化趋于平稳με,而第二节的最高价值约650με。应变值从第一节获得低于65%从第二节。这可以归因于良好支持安装在主矿巷道相比访问画廊,为主要运输方式应该保持开放和安静的我的一生。第二节也接近矿山开挖面,导致大量的压力。随着生产的脸接近部分1和2,有一个增加应变变化的总体趋势。然而,直到结束的监测周期(65天),应变值在部分1和2都在可接受的范围之内的。

图8 (b)显示部分的应变变化3和4安装应变传感器5、6和7,8,分别。光纤光栅传感器的应变变化5和6(巷道)逐渐增加到150με,而第四节增加到450的应变变化με。第四节的应变变化是68%高于第三节由于木钢支架安装在主矿巷道。当我们比较第一节的应变变化(巷道)和第三节(道路),第一节变化比第三节增加了43%。这是归因于轴附近的第一节。此外,当时我第一节的发展道路,显著减少围岩性质的知识。然而,在挖掘的时候安装和支持,通过仔细考虑岩石性质和我的开放特点,岩石被选中的支持。压力变化在第四节第二节相比,下降了38%,可以更好地解释为短在第四节开宽度。

5.2。数据融合和聚类结果

决心PCA至关重要的个人电脑为奇异值分解应用于应变传感器读数,提供各自特征值和方差的百分比。图11清楚地表明,前两个电脑覆盖超过99%的方差特性可用的应变测量。微不足道的贡献剩余的电脑可以被忽略。因此,前两个电脑保留,而其他被忽略了。这些保留电脑有助于项目原始数据到电脑空间域。在这种投影,选择新坐标的原始数据包含了大多数方差。

层次聚类分析的矿山压力传感器、自底向上的方法实现合并集群具有相似的结构。本研究认为分层集群通过实现平均链接的方法来检测数据集群,局限的距离矩阵作为输入。这项研究的结果发表在系统树图(图12)。在这个层次聚类,x设在了考虑对象的数量,这是八。的y设在系统树图代表了不同或集群之间的距离。这一系统树图代表了昏暗的由四个演化支八叶,两个集群,一个连杆通过遵循自底向上的方法。在这项研究中,系统树图(图12)绘制的地下矿山的健康状态。集群2最高的价值是固定的参考集群,和其他的相对距离集群总是发现大于1,代表我一个健康的状态。因此,系统树图使我快速的评估结构通过检测分钟监测值的变化。

图(13日)说明了昏暗的计算基于欧几里得Ichino-Yaguchi和通过考虑PC1距离。的x设在显示损伤状态,y设在代表了价值。# 1对应于完好状态;因此,这种状态从0开始。连续的破坏状态,是绘制在同一图中,清楚地表明破坏场景之间的差异(#国# 5)状态和完好状态(状态# 1)。图吗13 (b)是绘制损伤状态之间的价值观和考虑PC2。这两个图清晰分离损失和健康的状态,因此,成功地检测所有损失。的PC2的情况各不相同,差异和欧几里得Mahalanobis距离相对较小,这是由于更大贡献PC1系统的总方差。然而,尽管准确的损伤检测,很难量化损失。因此,还需要进一步的研究量化的损失。

的所选的电脑计算使用(18)如图14。所有伤害的场景(各州# 2 # 5)显然是分开的基线(完好状态)。鉴于PC1贡献超过PC2系统的总方差,PC1是观察到的更好的性能。因此,可以说,所有损失都成功地检测到。对损害量化,需要更多的调查比较和表现在不同的和我类似的操作条件。

图15显示了N_(z)选择电脑的状态# 1和损坏情况。在本例中,第一个和最后一个赔偿(减少减少2%和15%,分别地。)成功检测到。对于其他损失(各州# 2和# 3),损害赔偿是模糊得出结论,并提供挑战的N_(z)值非常小(0.2和0.3,分别地)。相反,N_(z)值大于0.45为损伤检测提供了更多的信心。通过比较数据(13日)和13 (b)与图15,就可以得出结论N_(z)指数是不准确(暗)相比,该指标。

6。结论

本研究引入了IoT-based实时监控、数据驱动策略损伤诊断和远程信息共享平台使用quasi-distributed光纤光栅传感器来提高结构安全的地下矿山。这个数据驱动策略融合成一个单值指数监测数据集没有复杂的计算。此外,实时感知、传输、数据驱动模型和应用程序层IoT-based UCM安全系统的设计、开发和验证在实际情况。该系统成功地实现了在操作哈桑•煤矿盐范围地区的巴基斯坦旁遮普。结果表明,光纤光栅传感器可以可靠和持续监测动态采矿活动的影响矿山的结构稳定性。应变变化的比较在矿井巷道和访问画廊证明了在访问画廊是更高的应变。主成分分析可以有效地减少煤矿监控数据不丢失必要信息,而聚类分析是我支持定义的损伤指数与高灵敏度代表分钟结构性变化。因此,拟议的战略数据分析是敏感的早期损坏。此外,该系统能够有效地提供单孔位微吹气扰动数据通过互联网随时随地。因此,这个系统非常适合矿山结构监测的反应方法转向积极的损伤检测和事故预防策略。 Thus, this IoT platform should be adopted for the structural safety of underground mines of high economic value to save miners’ lives. One limitation is that the harsh conditions of underground mines may hamper the normal implementation of technologies and tools.

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

ByungWan乔构思的想法和提供了材料和技术支持。Rana穆罕默德汗阿萨德进行实现,数据收集和管理相关数据,进行不同的分析。Yun Sung Lee Jun Ho乔,Nadia Saleem帮助在写作本文。

确认

作者要感谢匿名评论者的建设性的意见和建议改进。