论文中文题名: | 基于 PSO-RF 的矿井冲击地压危险性分级预测模型研究 |
姓名: | |
学号: | 20207223051 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085400 |
学科名称: | 工学 - 电子信息 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 智能信息处理 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-14 |
论文答辩日期: | 2023-05-31 |
论文外文题名: | Research on the Prediction Model of Mine Rockburst Hazard Classification Based on PSO-RF |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Rockburst ; Risk prediction ; TCN ; Phase space reconstruction ; PSO-RF |
论文中文摘要: |
目前,冲击地压灾害对矿井安全构成严重威胁。为此,本文提出了一种PSO-RF模型预测方法,旨在预测未来时刻的冲击地压危险性级别,为煤矿安全监管提供决策依据。 为了预测未来时刻冲击地压的危险性等级,首先,通过相关系数热力图结合LightGBM特征选择算法,从多个冲击地压监测系统的指标中筛选出重要性较高的特征量,解决了特征选择过程中的主观性问题,确定冲击地压危险性分级预测的特征集合。其次,建立了基于RNN、LSTM、GRU和TCN的四种冲击地压危险性特征量预测算法,并通过对比MAE和RMSE评价指标选择出最优算法TCN;此外,利用相空间重构法对算法进行优化,预测t+1时刻冲击地压危险性特征量的值;最后,建立了RF、SVM和KNN冲击地压危险性分级预测算法,以准确率、精确率、召回率、F1值为评价指标,选择出最优算法RF;利用PSO优化算法对RF参数进行调优,基于t+1时刻冲击地压危险性特征量的值,实现t+1时刻冲击地压的危险性分级预测。 实验结果表明:经过LightGBM特征选择后,只保留了与冲击危险关联较大的特征;通过对比四种危险性特征量预测算法的误差指标,发现冲击地压危险性特征量TCN预测算法具有 最小的RMSE均值和MAE均值,优于RNN、LSTM和GRU约0.1~2.5%;结合相空间重构法对TCN冲击地压危险性特征量预测算法进行优化后,经过优化后,PSR-TCN的预测效果进一步提高,其RMSE降低了30%,MAE降低了25%,整体预测效果提高了27.5%;此外,RF冲击地压危险性分级预测算法accuracy为0.962,高于KNN、SVM约20%,并经PSO算法进行参数调优后 ,算法准确度进一步提升了1.62%。 综上所述,通过本文提出的PSO-RF模型在冲击地压危险性分级预测方面具有较高的准确性;为冲击地压监测预警提供重要参考,对煤矿安全监管具有实际应用价值。 |
论文外文摘要: |
Currently, rockburst disasters pose a serious threat to mine safety. To address this issue, this paper proposes a PSO-RF model prediction method aimed at forecasting the level of rockburst hazard in future time intervals, providing decision-making support for coal mine safety regulation.. To predict the hazard level of rockburst in future time intervals, firstly, a combination of correlation coefficient heatmaps and the LightGBM feature selection algorithm is employed to identify the most important features from multiple indicators of rockburst monitoring systems. This approach resolves the subjectivity issue in the feature selection process and determines the feature set for rockburst hazard classification prediction. Secondly, four prediction algorithms for rockburst hazard features, namely RNN, LSTM, GRU, and TCN, are established. By comparing the evaluation metrics of MAE and RMSE, the optimal algorithm TCN is selected. Furthermore, the algorithm is optimized using phase space reconstruction to predict the value of rockburst hazard features at time t+1. Finally, RF, SVM, and KNN algorithms are developed for rockburst hazard classification prediction. The selection of the optimal algorithm RF is based on accuracy, precision, recall, and F1 score. The parameters of RF are fine-tuned using the PSO optimization algorithm, enabling the prediction of rockburst hazard classification at time t+1 based on the value of rockburst hazard features at that time. Experimental results demonstrate that after the LightGBM feature selection, only features highly correlated with rockburst risk are retained. By comparing the error metrics of the four hazard feature prediction algorithms, it is observed that the TCN algorithm for rockburst hazard features exhibits the lowest mean RMSE and MAE, surpassing RNN, LSTM, and GRU by approximately 0.1% to 2.5%. After optimizing the TCN algorithm using phase space reconstruction, the prediction performance of PSR-TCN is further improved, with a 30% reduction in RMSE and a 25% decrease in MAE, resulting in an overall prediction improvement of 27.5%. Additionally, the accuracy of the RF algorithm for rockburst hazard classification prediction is 0.962, which is 20% higher than that of KNN and SVM. After parameter tuning using the PSO algorithm, the accuracy of the algorithm is further enhanced by 1.62%. In conclusion, the proposed PSO-RF model demonstrates high accuracy in rockburst hazard classification prediction. It provides important references for rockburst monitoring and early warning, and holds practical value for coal mine safety regulation. |
参考文献: |
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中图分类号: | TP183 |
开放日期: | 2023-06-15 |