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申请/专利权人：中煤科工集团重庆研究院有限公司

摘要：本发明涉及一种基于知识图谱的矿井灾害溯源方法，属于煤矿安全领域。首先，建立矿井灾害关联知识图谱，主要包括构建矿井灾害溯源概念模型、基于关系数据库和地质图件的实体抽取，以及基于位置关系和概念模型中的工艺逻辑建立实体间的关系三个步骤；然后，构建实体对象的特征指标，并确定实体对象传递规则，主要按离散填报型、连续监测型、地质构造型和地质连续型四大类实体分别构建；最后，矿井某一地点灾害预警后，基于实体对象传递规则和图遍历算法进行矿井灾害溯源，提出灾害发生的直接原因和根本原因。本发明通过建立专业灾害知识图谱并使用图算法的方式进行矿井灾害溯源，具有系统性和实时性的优势。

主权项：1.一种基于知识图谱的矿井灾害溯源方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：建立矿井灾害关联知识图谱；S2：构建实体对象的特征指标，并确定实体对象传递规则；S3：矿井某一地点发生灾害预警后，基于实体对象传递规则和图遍历算法进行矿井灾害溯源，提出灾害发生的直接原因和根本原因；所述S1包括以下步骤：S11：通过专家经验总结，建立矿井粉尘、瓦斯、火灾、矿压和水害五大类灾害溯源概念模型；S12：通过数据中心的关系型数据库，采集矿井实体对象，以存储主键作为实体对象唯一标识，属性信息包含对象名称、对象类型、对象存储表名、对象监测状态字段名和对象监测值字段名，并结合地质图件绑定空间信息；S13：基于位置关系和概念模型中的工艺逻辑建立实体间的关系，从而建立了矿井灾害关联知识图谱；其中，位置关系具体采用包含关系、相交关系和相邻关系；所述S13中，实体对象间的位置关系由空间信息拓扑计算得出，实体对象的空间信息类型分为点、线、面三类，本模型具体采用包含、相交和相邻三种位置关系；针对相邻关系，采用两个实体对象的空间距离Δd小于某一个特定值D，D的取值根据绘图精度和计算精度综合确定；所述S2包含的四类指标，涉及连续监测型数据的指标M和指标St均基于最近5分钟的连续监测数据，涉及地质连续型数据的指标Q和指标G均基于地理数据云图；监测值最大值指标M计算方法，采用直接排序直接取值；具体计算公式如下： 式中，xt为t时刻的监测值，t0为当前时刻，t1为5分钟前的时刻；监测值变化趋势指标St计算方法为：采用最小二乘法一阶线性拟合的原理；具体计算公式如下： 式中，xi为最近5分钟内第i个数据时刻与当前时刻的差值，yi为第i个数据时刻的监测值，为最近5分钟内xi的平均值，为最近5分钟内yi的平均值，n为最近5分钟内监测数据总数；地理插值指标Q计算方法为：位置0点处的插值指标Q采用地理数据云图直接取值；具体计算公式如下：Q＝f03式中，f0为对应格点处的值，h为格点间距；地理梯度指标G计算方法为：位置0点处的梯度指标G为该处梯度的二范数，梯度计算基于有限差分法；具体计算公式如下： 式中，f1,f2,f3,f4为4个格点处的值，h为格点间距；监测值最大值指标M和地理插值指标Q的临界值由《煤矿安全规程》和其他煤炭行业规定文件设定的对应类型监测数据的临界值确定，监测值变化趋势指标St和地理梯度指标G的临界值为设定的经验常数；所述S2中，构建实体对象的特征指标，并确定实体对象传递规则，根据数据类型需要分为离散填报型、连续监测型、地质构造型和地质连续型四大类进行处理；所述离散填报型的实体对象特征指标和传递规则，以最近一次填报数据作为基准，与该实体对象的正常阈值区间进行比较，在正常阈值区间外，则符合传递规则，反之不符合；所述连续监测型的实体对象特征指标和传递规则，包含传感器监测状态和传感器监测值判断；首先，判断传感器监测状态，若监测状态为“故障”或“离线”，则直接判定符合传递规则，否则进行下一步判断；然后，计算传感器最近5分钟的监测值的最大值指标M和变化趋势指标St，规则为两个指标中有一个超过临界值即符合传递规则，反之不符合；所述地质构造型的实体对象特征指标和传递规则，采用构造缓冲区相交判定，规则为预警区域与地质构造的20m缓冲区范围相交即符合传递规则，反之不符合；所述地质连续型的实体对象特征指标和传递规则，采用地理云图阈值判定，指标为地理插值指标Q和地理梯度指标G，规则为两个指标中有一个超过临界值即存在异常，反之不存在异常；所述S3具体为：在接收到某一灾害预警信息后，根据预警的地点和灾害类型，在S1所构建的矿井灾害关联知识图谱上，找到预警主节点实体对象；从当前节点开始进行深度优先实体对象遍历，针对遍历到的每一个具体实体对象，根据实体对象类型计算相应的特征指标，具体计算方法为公式1～公式4；在特征指标的基础上，根据传递规则判定当前实体节点是否存在异常：若不存在异常，则该实体节点不加入原因树，该实体节点分支遍历结束，继续遍历当前实体节点中父实体节点剩余的子实体节点，直至结束；若存在异常，则进一步遍历当前节点所有子实体节点，直至遍历完所有存在异常的实体节点。

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