基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法和装置

技术领域

本申请涉及煤矿智能开发技术领域，尤其涉及基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法和装置。

背景技术

在煤矿生产中，工作面顶板矿压规律研究对煤矿安全生产和领导决策实施具有很重要的意义。工作面回采主要通过液压支架对顶板支护来确保工作面安全生产，工作面顶板监测主要通过液压支架立柱载荷受力监测间接反映顶板压力情况，通过长时间连续监测，可以揭示工作面顶板覆岩运移规律，对工作面生产起到指导的作用。但是由于回采工作面干工作条件复杂，支架载荷监测数据会受到其他高压动力电信号源等干扰，或者由于传感器质量问题，导致监测数据出现大量小幅波动的跳跃数据，影响矿压分析的准确性。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法，解决了现有的滑动平均法、插值法等方法处理效果不佳的问题，实现了支架载荷数据冗余数据剔除和有效数据保留，大大缩减了数据容量，对后续支架载荷数据挖掘、工作面顶板周期来压分析具有很高的价值。

本申请的第二个目的在于提出一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理装置。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法，包括：获取支架载荷监测数据，其中，支架载荷监测数据为时间序列数据；对支架载荷数据进行数据选取，并对选取的数据进行排序处理，获得处理后的数据；采用小波分析降噪方法对处理后的数据进行滤波降噪，得到目标数据。

本申请实施例的基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法，通过对支架载荷监测时序数据进行小波消噪分析方法进行处理，通过小波分解、阈值处理、小波重构的过程，达到消除噪声信号，保留有用信号信息，达到滤波降噪的目的，对支架载荷跳跃数据处理效果良好。

可选地，在本申请的一个实施例中，对支架载荷数据进行数据选取，包括：选取支架载荷监测数据分析的起始时间及结束时间，筛选支架载荷监测数据中满足起始时间及结束时间的数据作为分析数据；

对选取的数据进行排序处理包括：对分析数据从小到大排序，获得排序后的数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，采用小波分析降噪方法对处理后的数据进行滤波降噪，包括：

采用Symlets N小波基函数对排序后的数据进行N层分解变换，获得分解后的数据；

根据小波系数设置阈值对分解后的数据进行筛选，获得筛选后的数据；

对筛选后的数据进行对比分析，得到目标数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，分解后的数据包括时间序列在各个变换域中的小波分解序列和最后的尺度分析序列，分解后的数据表示为：

X＝D

其中，X表示源信号，D

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理装置，包括数据获取模块、数据处理模块、滤波降噪模块，其中，

数据获取模块，用于获取支架载荷监测数据，其中，支架载荷监测数据为时间序列数据；

数据处理模块，用于对支架载荷数据进行数据选取，并对选取的数据进行排序处理，获得处理后的数据；

滤波降噪模块，用于采用小波分析降噪方法对处理后的数据进行滤波降噪，得到目标数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，对支架载荷数据进行数据选取，包括：选取支架载荷监测数据分析的起始时间及结束时间，筛选支架载荷监测数据中满足起始时间及结束时间的数据作为分析数据；

对选取的数据进行排序处理包括：对分析数据从小到大排序，获得排序后的数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，滤波降噪模块，具体用于：

采用Symlets N小波基函数对排序后的数据进行N层分解变换，获得分解后的数据；

根据小波系数设置阈值对分解后的数据进行筛选，获得筛选后的数据；

对筛选后的数据进行对比分析，得到目标数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，分解后的数据包括时间序列在各个变换域中的小波分解序列和最后的尺度分析序列，分解后的数据表示为：

X＝D

其中，X表示源信号，D

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例一所提供的一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法的流程示意图；

图2为本申请实施例的小波降噪分析的流程示意图；

图3为本申请实施例的分解数据示例图。

图4为本申请实施例的处理前的数据示意图。

图5为本申请实施例的处理后的数据示意图。

图6为本申请实施例提供的一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法和装置。

图1为本申请实施例一所提供的一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法的流程示意图。

如图1所示，该基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法包括以下步骤：

步骤101，获取支架载荷监测数据，其中，支架载荷监测数据为时间序列数据；

步骤102，对支架载荷数据进行数据选取，并对选取的数据进行排序处理，获得处理后的数据；

步骤103，采用小波分析降噪方法对处理后的数据进行滤波降噪，得到目标数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，对支架载荷数据进行数据选取，包括：选取支架载荷监测数据分析的起始时间及结束时间，筛选支架载荷监测数据中满足起始时间及结束时间的数据作为分析数据；

对选取的数据进行排序处理包括：对分析数据从小到大排序，获得排序后的数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，采用小波分析降噪方法对处理后的数据进行滤波降噪，包括：

采用Symlets N小波基函数对排序后的数据进行N层分解变换，获得分解后的数据；

根据小波系数设置阈值对分解后的数据进行筛选，获得筛选后的数据；

对筛选后的数据进行对比分析，得到目标数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，分解后的数据包括时间序列在各个变换域中的小波分解序列和最后的尺度分析序列，分解后的数据表示为：

X＝D

其中，X表示源信号，D

下面介绍本申请的另一实施例，包括：

通过COM或者TCP通讯协议自动采集煤矿井下监测支架载荷的CWD-60R矿用本安型监测设备。监测数据为时间序列数据，对应每个监测时刻t

小波分析可行性分析。

小波是函数空间L

这里R

这个函数称为由小波母函数ψ(t)生成的依赖参数(a,b)的连续小波函数。

ψ(t)∈L

支架载荷时间序列数据具有上下“波动”的特点，具有良好的局部性。因此适合采用小波分析降噪方法进行跳跃数据处理。

对上述通过监测设备采集的立柱载荷数据进行小波消噪分析，实现滤波降噪，如图2所示，为小波降噪分析的过程，具体步骤如下：

选取支架载荷监测数据分析的起始时间及结束时间；

将时间序列从小到大排序，记录分析起始时刻t

运用小波分解技术对支架载荷数据进行处理，将原始小波信号分解成低频系数(信号趋势)以及高频系数(信号细节)。

信号产生的小波系数含有信号的重要信息，将信号经小波分解后小波系数较大，噪声的小波系数较小，并且噪声的小波系数要小于信号的小波系数，通过选取一个合适的阀值，大于阀值的小波系数被认为是有信号产生的，应予以保留，小于阀值的则认为是噪声产生的，置为零从而达到去噪的目的。

选取满足以下条件：正交性、高消失矩、紧支性、对称性或反对称性选择合适的小波基，选取具有紧支的小波以及根据信号的特征来选取较为合适的小波。经过多种小波基选择对比验证，支架载荷跳跃数据小波分析处理采用Symlets N小波基函数处理效果较好，N为阶数。

采用Symlets N小波对时间序列进行N层分解变换，如此进过N层分解后源信号X被分解为：X＝D

通过对比分析，选择A

将分析处理后的数据进行可视化分析展示。

图4、图5所示为处理前的数据、处理后的数据，由图4、图5对比可以看出，本申请的基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法有效去除了消除噪声信号，保留有用信号信息，达到了滤波降噪的目的，对支架载荷跳跃数据处理效果良好。

为了实现上述实施例，本申请还提出一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理装置。

图6为本申请实施例提供的一种基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理装置的结构示意图。

如图6所示，该基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理装置包括数据获取模块、数据处理模块、滤波降噪模块，其中，

数据获取模块，用于获取支架载荷监测数据，其中，支架载荷监测数据为时间序列数据；

数据处理模块，用于对支架载荷数据进行数据选取，并对选取的数据进行排序处理，获得处理后的数据；

滤波降噪模块，用于采用小波分析降噪方法对处理后的数据进行滤波降噪，得到目标数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，对支架载荷数据进行数据选取，包括：选取支架载荷监测数据分析的起始时间及结束时间，筛选支架载荷监测数据中满足起始时间及结束时间的数据作为分析数据；

对选取的数据进行排序处理包括：对分析数据从小到大排序，获得排序后的数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，滤波降噪模块，具体用于：

采用Symlets N小波基函数对排序后的数据进行N层分解变换，获得分解后的数据；

根据小波系数设置阈值对分解后的数据进行筛选，获得筛选后的数据；

对筛选后的数据进行对比分析，得到目标数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，分解后的数据包括时间序列在各个变换域中的小波分解序列和最后的尺度分析序列，分解后的数据表示为：

X＝D

其中，X表示源信号，D

需要说明的是，前述对基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于小波分析的支架载荷跳跃数据处理装置，此处不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。