一种基于5G网络的露天矿检修管理方法及系统与流程

一种基于5g网络的露天矿检修管理方法及系统
技术领域
1.本发明涉及露天矿检修管理的技术领域，尤其涉及一种基于5g网络的露天矿检修管理方法及系统。


背景技术：

2.露天矿管理从宏观上大致分为两大部分，一是生产管理，二是检修管理。检修管理决策的基础来源于对露天矿设备运行数据的综合分析，所以数据的准确性和及时性对检修管理极为重要。
3.目前我国露天矿检修管理自动化程度不高，数据交流效率低，检修管理过程中存在如下问题：
4.(1)设备运行的基础数据大多数由人去抄写后录入电脑，甚至记录在纸上。如矿山自卸车的发动机、主发电机、变速箱、电动轮重要总成件的运行小时数，这些总成件按照现代露天矿检修管理需要定期进行大修，而人为抄写难免出现记录不准确或者没有记录的情况。
5.(2)露天矿设备一直在动态运行，数据时刻都在更新，目前我国露天矿检修管理大多是单台建档，每日更新，更新速度已无法满足智能化矿山管理要求。
6.(3)基础数据收集效率低，当需要对某一类设备进行总体分析时，需要从各个部门或段队收集基础数据。
7.(4)基础数据分析效率低，对收集的数据往往需要大量的计算才能得到供领导参考的指标，如设备出动率、故障率、设备消耗费用、吨煤燃油成本等。
8.(5)目前露天矿以上所有步骤人为参与较多，容易出错，一项数据出错，所有的分析结果都是错误的。


技术实现要素：

9.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
10.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
11.因此，本发明解决的技术问题是：目前我国露天矿检修管理自动化程度不高，数据交流效率低。
12.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：利用数据采集模块实时采集矿山设备的相关数据信息；通过5g网络将预处理后的相关数据信息上传至数据分析模块，利用所述数据分析模块对提取的信息进行分析，输出分析结果；通过所述5g网络将所述分析结果上传到人机交互界面进行可视化展示，实现露天矿的检修管理。
13.作为本发明所述的基于5g网络的露天矿检修管理方法的一种优选方案，其中：所述矿山设备的相关数据信息包括根据设置的测点进行实时读取得到的相关数据信息。
14.作为本发明所述的基于5g网络的露天矿检修管理方法的一种优选方案，其中：预处理所述相关数据信息包括，去除唯一属性；处理缺失值：删除含有缺失值的特征或缺失值补全；特征编码：特征二元化及独热编码；数据标准化、正则化；特征选择：从给定的特征集合中选出相关特征子集。
15.作为本发明所述的基于5g网络的露天矿检修管理方法的一种优选方案，其中：利用所述数据分析模块对提取的信息进行分析的过程包括，提取所述相关数据信息的特征值，并对所述特征值进行协同分配；构建故障分析模型以及设备保养分析模型，基于历史数据库中的数据对所述分析模型进行训练及测试，当测试精度符合预设标准时，得到训练好的分析模型；将协同分配的所述特征值分别输入不同的训练好的分析模型中，输出分析结果。
16.作为本发明所述的基于5g网络的露天矿检修管理方法的一种优选方案，其中：所述特征值的提取过程包括，基于预处理后的相关数据信息构建样本的协方差矩阵，其计算公式为：
[0017][0018]
其中，m表示数据总个数，θi、θj分别表示特征值i、j的均值；
[0019]
计算所述协方差矩阵的特征值和相应的特征向量，选择前j个最大值对应的特征向量，其中，j≤z；通过前j个特征向量构建映射矩阵p；通过所述映射矩阵p将j维的原始数据转换为j维的特征子空间。
[0020]
作为本发明所述的基于5g网络的露天矿检修管理方法的一种优选方案，其中：对所述特征值进行协同分配的协同策略包括，基于深度神经网络构建数据分配模型；利用所述数据分配模型从预处理后的相关数据信息中提取需要进行数据分析和处理的数据信息；确定所提取的数据信息与各分析模型之间的连接关系，从而快速获取所述相关数据信息所对应的分析模型。
[0021]
作为本发明所述的基于5g网络的露天矿检修管理方法的一种优选方案，其中：所述故障分析模型的构建包括，
[0022][0023]
q(t)＝1-e-λt
[0024]
ω
t
＝λ(1-q(t))
[0025]
其中，q(t)表示不可用度，ω
t
表示失效频率，λ表示失效率，δd(t)表示输出值，t表示时间，m表示数据样本数量；
[0026]
当输出值δd(t)∈(0,1)时，表示发生故障。
[0027]
作为本发明所述的基于5g网络的露天矿检修管理方法的一种优选方案，其中：所述设备保养分析模型的构建包括，采用欧式距离策略量化原始数据和数据库中数据间的相似度：
[0028][0029][0030]
其中，c表示可使0≤r
ij
≤1的一个常数，r
ij
表示相似度输出值，y
ik
表示原始数据特征值，y
jk
表示数据库中数据特征值。
[0031]
作为本发明所述的基于5g网络的露天矿检修管理方法的一种优选方案，其中：所述人机交互界面根据所述分析结果进行展示的内容包括故障汇报、加油请示、大修提示。
[0032]
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于5g网络的露天矿检修管理系统，包括：数据采集模块，用于实时采集矿山设备的相关数据信息；数据分析模块，通过5g网络与所述数据采集模块进行连接，用于分析处理所述相关数据信息；人机交互界面，通过所述5g网络与所述数据分析模块进行连接，用于将所述分析处理结果进行可视化展示。
[0033]
本发明的有益效果：本发明可大大降低人员工作量，大大提高数据准确性，实时监控设备运行状况，快速导出所需的指标信息，对各个设备检修情况智能提醒，对设备异常消耗报警提示，是智能化矿山建设必不可少的工具之一。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0035]
图1为本发明一个实施例提供的一种基于5g网络的露天矿检修管理方法及系统的基本流程示意图；
[0036]
图2为本发明一个实施例提供的一种基于5g网络的露天矿检修管理方法及系统的模块结构示意图；
[0037]
图3为本发明一个实施例提供的一种基于5g网络的露天矿检修管理方法及系统的另一个模块结构示意图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0039]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0040]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0041]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0042]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0043]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0044]
实施例1
[0045]
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于5g网络的露天矿检修管理方法，包括：
[0046]
s1：利用数据采集模块100实时采集矿山设备的相关数据信息。
[0047]
需要说明的是，矿山设备的相关数据信息包括根据设置的测点进行实时读取得到的相关数据信息。
[0048]
s2：通过5g网络200将预处理后的相关数据信息上传至数据分析模块300，利用数据分析模块300对提取的信息进行分析，输出分析结果。
[0049]
需要说明的是，预处理相关数据信息包括：
[0050]
去除唯一属性；
[0051]
处理缺失值：删除含有缺失值的特征或缺失值补全；
[0052]
特征编码：特征二元化及独热编码；
[0053]
数据标准化、正则化；
[0054]
特征选择：从给定的特征集合中选出相关特征子集。
[0055]
利用数据分析模块300对提取的信息进行分析的过程包括：
[0056]
提取相关数据信息的特征值，并对特征值进行协同分配；
[0057]
构建故障分析模型以及设备保养分析模型，基于历史数据库中的数据对分析模型进行训练及测试，当测试精度符合预设标准时，得到训练好的分析模型；
[0058]
将协同分配的特征值分别输入不同的训练好的分析模型中，输出分析结果。
[0059]
其中，特征值的提取过程包括：
[0060]
基于预处理后的相关数据信息构建样本的协方差矩阵，其计算公式为：
[0061]
[0062]
其中，m表示数据总个数，θi、θj分别表示特征值i、j的均值；
[0063]
计算协方差矩阵的特征值和相应的特征向量，选择前j个最大值对应的特征向量，其中，j≤z；
[0064]
通过前j个特征向量构建映射矩阵p；
[0065]
通过映射矩阵p将j维的原始数据转换为j维的特征子空间。
[0066]
进一步的，对特征值进行协同分配的协同策略包括：
[0067]
基于深度神经网络构建数据分配模型；
[0068]
利用数据分配模型从预处理后的相关数据信息中提取需要进行数据分析和处理的数据信息；
[0069]
确定所提取的数据信息与各分析模型之间的连接关系，从而快速获取相关数据信息所对应的分析模型。
[0070]
更进一步得，故障分析模型的构建包括：
[0071][0072]
q(t)＝1-e-λt
[0073]
ω
t
＝λ(1-q(t))
[0074]
其中，q(t)表示不可用度，ω
t
表示失效频率，λ表示失效率，δd(t)表示输出值，t表示时间，m表示数据样本数量；
[0075]
当输出值δd(t)∈(0,1)时，表示发生故障。
[0076]
设备保养分析模型的构建包括：
[0077]
采用欧式距离策略量化原始数据和数据库中数据间的相似度：
[0078][0079][0080]
其中，c表示可使0≤r
ij
≤1的一个常数，r
ij
表示相似度输出值，y
ik
表示原始数据特征值，y
jk
表示数据库中数据特征值。
[0081]
s3：通过5g网络200将分析结果上传到人机交互界面400进行可视化展示，实现露天矿的检修管理。
[0082]
需要说明的是，人机交互界面400根据分析结果进行展示的内容包括故障汇报、加油请示、大修提示。
[0083]
对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择的不同方法和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
[0084]
传统的技术方案：目前我国露天矿检修管理自动化程度不高，数据交流效率低。为验证本方法相对传统方法具有较高自动化水平，本实施例中将采用传统方法和本方法分别
对仿真露天矿的检修智能化程度及效率进行实时测量对比。
[0085]
测试环境：开发环境：realview mdk-armuvision4.10；c编译器：armcc；asm编译器：armasm；连机器：armlink；实时内核：uc/os-ii 2.9实时操作系统；gui内核：uc/gui 3.9图形用户接口；底层驱动：各个外设驱动程序；垂直灵敏度：5v，1v；水平时基范围：500ms,200ms；输入阻抗：≥1mω；最高输入电压：30vpp；耦合方式：ac/dc。分别利用传统方法和本方法，开启自动化测试设备并运用matlb软件编程实现两种方法的仿真测试，根据实验结果得到仿真数据，结果如下表所示。
[0086]
表1：实验结果对比表。
[0087][0088][0089]
从上表可以看出，本发明方法相较于传统方法在具有较高效率的同时还能保证数据的准确性，体现了本发明方法的有效性。
[0090]
实施例2
[0091]
参照图2～3为本发明另一个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于5g网络的露天矿检修管理系统，上述基于5g网络的露天矿检修管理方法能够依托于本系统实现。
[0092]
具体的，该系统包括：
[0093]
数据采集模块，用于实时采集矿山设备的相关数据信息；
[0094]
数据分析模块，通过5g网络与数据采集模块进行连接，用于分析处理相关数据信息；
[0095]
人机交互界面，通过5g网络与数据分析模块进行连接，用于将分析处理结果进行可视化展示。
[0096]
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
[0097]
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组
合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
[0098]
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
[0099]
如在本技术所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
[0100]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。