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基于循环神经网络的哈尔乌素露天煤矿粉尘浓度预测:方法与应用
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更新于2024-07-02
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本篇论文深入探讨了"人工智能-基于循环神经网络的哈尔乌素露天煤矿粉尘浓度预测"这一主题。哈尔乌素露天煤矿作为中国大型的煤炭开采基地,其开采活动对国家能源供应至关重要。然而,随着开采规模扩大和设备升级,粉尘排放问题日益突出,不仅威胁着矿工的健康和安全,也加剧了西北地区的环境问题。因此,对粉尘浓度进行准确预测显得尤为重要。 作者利用循环神经网络(RNN)这一先进的机器学习技术,针对哈尔乌素露天煤矿工作帮和端帮顶帮的监测数据,特别是9月至12月期间的粉尘浓度数据和气象参数,进行了深入研究。循环神经网络的优势在于能够处理序列数据,捕捉时间序列中的长期依赖关系,这对于分析和预测粉尘浓度趋势非常适用。 论文首先分析了粉尘浓度的变化特征及其可能的影响因素,包括季节性变化、风向风速、温度湿度等环境因素,以及机械设备运行状态等操作条件。通过对这些因素的综合考虑,构建了基于循环神经网络的粉尘浓度预测模型。该模型旨在提供一个科学的方法,以减少污染物排放,优化工作环境,并对未来的粉尘浓度变化提供预警。 在论文的撰写过程中,作者表达了对导师周伟的深深感谢,他们提供了选题指导、学术支持和宝贵的意见。同时,也感谢了其他多位教师和同学的帮助,以及父母的无私奉献。作者通过这篇论文,展示了在人工智能领域的研究成果,以及对环境保护和社会责任的认识。 总结来说,本文是一项结合人工智能技术与实际工业问题的研究,旨在提升露天煤矿粉尘浓度管理的科学性和效率,为保障矿工健康和环境保护提供有力工具。通过循环神经网络的应用,论文展示了理论与实践相结合的重要价值,为类似矿产开采区域的粉尘控制提供了新的思路和方法。
资源详情
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XII
变量注释表
σ
标准差
μ
均值
x
i
变量 x 样本值
y
i
变量 y 样本值
x
样本 x 的均值
y
样本 y 的均值
a
i
回归系数
X
t
第 t 步的输入值
S
t
t 时刻的隐含状态
O
t
第 t 步的输出值
U
输入层到隐藏层的权重矩阵
V
隐藏层到输出层的权重矩阵
W
上一隐藏层到当前隐藏层的权重矩阵
L
第 L 层的输出的误差向量
a
C
代价函数 C 关于输出值的偏导值
’(Z
L
)
第 L 层激活函数的倒数
l
第 l 层的误差
W
l+1
第 l+1 层的权重
f
t
t 时刻遗忘门输出值
W
f
遗忘门权重矩阵
b
f
遗忘门偏置项
i
t
t 时刻输入门输出值
W
i
输入门权重矩阵
b
i
输入门偏置项
^C
t
当前单元信息
W
当前单元权重矩阵
b
当前单元偏置项
C
t
最新单元信息
t
输出门输出信息
W
输出门权重矩阵
b
输出门偏置项
Y
i
真实值
F
i
预测值
万方数据
1 绪论
1
1 绪论
1 Introduction
1.1 研究背景及意义(Research Background and Significance)
能源,对国家及各行各业的发展来说有着举足轻重的地位,是人类生活高效
运作的基础。煤炭作为在我国储量较大的能源之一,仍将在未来很长一段之间内
作为重要的能源供给源
[1][2]
。露天开采具有建设速度快、生产成本低等优点,已
经成为了我国煤炭开采的一种重要方式
[3-5]
。
露天矿生产过程会产生大量的煤尘、岩尘及其他颗粒物的扩散。露天矿粉尘
一方面不利于工作人员健康,人长时间暴露于高浓度颗粒物环境中,轻者引起皮
肤过敏、结膜炎、呼吸道感染等疾病,重者破坏人的心血管系统、免疫系统甚至
致癌
[6]
。据统计,截止至 2015 年,中国尘肺病报告人数超过 70 万人,其中 60%
以上在煤炭行业,煤矿是尘肺病高发区。另一方面,露天矿粉尘不利于露天矿的
工作安全。空气中颗粒物浓度的过大首先会降低工作环境的能见度,而露天矿有
大量的卡车运输作业,由于视野范围受阻,极大的增加了矿区运输事故的发生概
率。其次,大量悬浮于空气中的颗粒物,加速了机械设备磨损,缩短了精密仪器
的使用年限,无形之中增加了露天矿的生产成本
[7]
。最后,空气中粉尘浓度达到
一定值时还可能引发粉尘爆炸,存在极大的安全隐患。
我国露天煤矿多数分布在内蒙古、新疆、山西等寒冷、半干旱干旱地区,开
采活动对地区生态、大气环境、土地资源及水资源造成严重破环。随露天矿开采
规模的扩大,对周边生态、大气的环境破坏严重,尤其对于生态环境脆弱的西北
地区来说,这种破坏是不可挽回的。哈尔乌素露天煤矿作为我国储煤量、开采量
均处于前列的大型露天矿,煤炭开采对大气环境及周边生态环境的影响之大可想
而知。图 1-1 为哈尔乌素露天矿粉尘污染情况,不仅降低露天矿生产效率、加大
生产成本,更对工作人员及居民的健康造成损害,与国家建设环保绿色新型煤矿
的可持续发展方针不符。为践行“既要绿水青山也要金山银山,绿水青山就是金
山银山”的两山论、实现露天煤矿的可持续发展,对露天煤矿颗粒物浓度的监测
刻不容缓
[8][9]
。
万方数据
硕士学位论文
2
图 1-1 哈尔乌素露天矿粉尘污染
Figure 1-1 Dust Pollution in Hearwusu Open-pit Mine
准确地掌握露天煤矿粉尘变化的特征是预防和治理露天矿粉尘的首要条件,
所以如何有效的监测和预测露天煤矿粉尘浓度成了亟待解决的问题。露天矿粉尘
浓度受多重因素影响,变化极其复杂。露天煤矿粉尘污染源存在于穿孔、爆破、
采装、运输、破碎、排土等多个生产环节中,产尘节点多、产尘地分散且不固定
[10]
。粉尘的扩散与沉降和气象条件存在密切的联系。且由于露天矿是在开放空间
作业的,露天矿粉尘、有毒气体等空间分布大且易于扩散,导致露天矿粉尘、有
毒气体治理难度加大。露天开采的产尘特点决定了定点、多点监测粉尘浓度的方
法是更加便捷、准确的。
随着国家对空气质量的重视程度及人民环保意识的与日俱增,露天矿对大气
污染的问题也引起各界的重视,在矿区内建立大气环境监测平台,对露天矿空气
质量进行实时的记录。然而仅仅做到环境监测还是不够的,露天矿产尘原因复杂,
只有找到影响空气质量的主要因素并作出粉尘浓度预测,才能更好的防范、应对
粉尘污染。由于粉尘浓度具有非线性、时变性等特点,具体的数学公式很难表达
其变化规律,数据挖掘不仅提供了一种新的监测露天矿环境的手段,更对矿山智
能化起到推动作用。机器学习通过对大量数据的学习,形成输入与输出间的映射
关系,预测效果好,是预测露天矿粉尘浓度的不二之选。
根据哈尔乌素露天煤矿的环境平台监测数据,利用机器学习构建露天矿粉尘
浓度预测模型,定量地分析对影响矿区空气污染物浓度的因素,为绿色矿山的构
建提供具体化、数值化的评价指标。根据粉尘浓度预测结果,矿区可制定针对性
的降尘方案,大大提升降尘效率、节省降尘成本。矿区粉尘浓度的监测和预测对
矿区生态环境及工作人员健康起到积极的作用,同时可以依据预测结果反过来指
导矿区生产计划的安排,对建设绿色环保新型矿区具有重要的现实意义。
万方数据
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