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基于混沌分析的瓦斯涌出量预测

作　者: 刘阳
导　师: 史庆军
学　校: 佳木斯大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 瓦斯涌出量预测混沌时间序列小波去噪相空间重构
分类号: TD712.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

瓦斯是危害煤矿安全生产的重要因素之一,严重威胁着矿工的生命安全。现有的瓦斯监控系统仅具有瓦斯实时监测功能,无法实现预测和预警。为了避免传统瓦斯涌出量预测方法存在建模主观性和静态预测的局限性,本文以混沌理论为基础,对瓦斯涌出量预测进行了研究。本文通过对鹤岗市南山矿1500个瓦斯采样数据进行功率谱分析、最大Lyapunov指数和关联维数的计算,验证了瓦斯涌出量时间序列具有混沌特性。利用小波变换对瓦斯涌出量的噪声进行滤除,恢复了瓦斯涌出量时间序列混沌吸引子的自相似结构。利用关联维数和Cao法计算瓦斯涌出量时间序列的嵌入维数为8,利用互信息法计算瓦斯涌出量时间序列的时间延迟为6,重构与原系统等价的相空间。在重构的相空间中,建立了基于局域法的最大Lyapunov指数法和一阶加权局域法、基于全局法的BP单步迭代法和BP直接多步法的4种预测模型,实现对瓦斯涌出量的预测,并利用误差评价函数对上述4种模型的预测效果进行客观评价,理论和实验结果表明全局预测法优于局域预测法,其中基于BP神经网络的直接多步预测模型在预测步长、预测精度和稳定性等方面都表现出良好的性能,为瓦斯涌出量较长期的动态预测提供了一种较好的方法。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题研究的目的和意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-11
    1.2.1 国外研究现状  8-9
    1.2.2 国内研究现状  9-11
    1.2.3 预测方法比较  11
  1.3 论文主要研究内容  11-13
第2章瓦斯涌出量时间序列混沌特性分析  13-22
  2.1 引言  13
  2.2 混沌基本理论  13-15
    2.2.1 混沌定义  13-14
    2.2.2 混沌基本特征  14
    2.2.3 相空间重构  14-15
  2.3 瓦斯涌出量时间序列混沌识别  15-21
    2.3.1 定性检验方法  15-16
    2.3.2 定量检验方法  16-19
    2.3.3 瓦斯涌出量时间序列混沌检验  19-21
  2.4 小结  21-22
第3章瓦斯涌出量时间序列噪声滤除  22-29
  3.1 引言  22
  3.2 混沌时间序列中的噪声  22-23
    3.2.1 噪声对混沌时间序列的影响  22
    3.2.2 噪声滤除方法  22-23
  3.3 基于小波变换的噪声滤除  23-26
    3.3.1 小波变换的基本理论  24
    3.3.2 小波变换去噪方法与去噪效果评价  24-26
  3.4 基于小波变换的瓦斯涌出量时间序列去噪  26-28
    3.4.1 瓦斯涌出量时间序列噪声滤除  26-27
    3.4.2 去噪效果评价  27-28
  3.5 小结  28-29
第4章混沌时间序列相空间重构  29-36
  4.1 引言  29
  4.2 时间延迟  29-30
    4.2.1 自相关法  29
    4.2.2 互信息法  29-30
  4.3 嵌入维数  30-32
    4.3.1 关联维数法  30
    4.3.2 伪最邻近点法  30-31
    4.3.3 Cao 法  31-32
  4.4 嵌入窗  32-33
  4.5 瓦斯涌出量时间序列相空间重构  33-35
    4.5.1 嵌入维数选择  33-34
    4.5.2 时间延迟选择  34-35
  4.6 小结  35-36
第5章瓦斯涌出量时间序列预测  36-50
  5.1 引言  36
  5.2 混沌时间序列预测方法简介  36-37
  5.3 最大 Lyapunov 指数预测法  37-38
  5.4 一阶加权局域预测法  38-40
  5.5 基于 BP 神经网络预测法  40-46
    5.5.1 BP 神经网络基础  40-42
    5.5.2 基于 BP 神经网络的预测模型  42-43
    5.5.3 基于 BP 神经网络瓦斯涌出量的预测  43-46
  5.6 预测模型性能分析  46-48
  5.7 小结  48-50
结论与展望  50-51
参考文献  51-55
致谢  55-56
攻读学位期间发表的学术论文  56

基于混沌分析的瓦斯涌出量预测

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