掘进工作面瓦斯涌出量混沌
动力学方法研究
杨文旺,崔洪庆,张子敏
(河南理工大学瓦斯地质研究所,河南焦作454003)
摘 要:掘进工作面瓦斯涌出量是了解和掌握工作面附近瓦斯运动的整体直观资料之一,如何从瓦斯涌出量时间序列中得到更多的信息,对预防煤与瓦斯突出等灾害事故具有重要的意义,混沌动力学为此提供了理论和方法。从混沌动力学的角度出发,以某矿井一掘进工作面瓦斯涌出量时间序列为基础,计算了描述混沌特性的参数,初步结果证明了掘进工作面瓦斯涌出具有混沌特性,用混沌动力学方法能较好地预测掘进工作面瓦斯涌出量,最大预报时间尺度可达2d 。
关键词:瓦斯涌出量;混沌动力学;时间序列;李雅普诺夫指数
中图分类号:TD712+
.5 文献标志码:A 文章编号:1008-4495(2010)01-0012-03
收稿日期:2009-03-16;2009-10-19修订
作者简介:杨文旺(1982)),男,河南新乡人,硕士研究生,研究方向为瓦斯地质理论及应用。E -m a i:l y ww537@163.co m 。
制约煤炭工业发展的最大障碍是瓦斯灾害
[1]
,运用新的理论研究瓦斯涌出特性及其规律具有现实的迫切性,加强并深入研究瓦斯涌出规律及特征对防治瓦斯灾害有重要指导作用。基于混沌时间序列预测的重构相空间理论,利用瓦斯涌出的时间序列不直接考虑与瓦斯涌出相关的随机因素,而对瓦斯涌出的历史数据进行分析,可建立数学模型(Lyapunov 指数模型)并进行预测。
1 相空间重构理论
[2]
基本原理
瓦斯涌出量是一个高维系统,需要根据已有的一维数据重建高维系统。混沌吸引子作为混沌系统的特征之一,体现着混沌系统的规律性,意味着混沌系统最终会落入某一特定的轨迹之中,这种特定的
轨道就是混沌吸引子。Packard [3]
等建议用原始系统中某些变量的延迟坐标来重构相空间,Takens 证明了可以找到一个合适的嵌入维数,如果延迟坐标的维数是动力系统的维数,在这个嵌入维空间里就可以把有规律的轨迹(吸引子)恢复出来。
设时间序列为X (t),t =0,1,2,,N,可得到m 维延迟矢量:
Y(t)={X (t),X (t+S ),,,X [t+(m -1)S ]}
(1)
式中:Y(t),X (t),X (t+S ),X [t +(m -1)S ]为不同时间序列;m 为嵌入维数;S 为时间延迟量;t 为时间。
根据式(1)可将时间序列X (t)重构成N -(m -1)S 个m 维向量,相空间构造好之后,就可以计算该时间序列的最大李雅普诺夫指数。
2 矿井瓦斯涌出量时间序列最大李雅普诺夫指数的确定
2.1 李雅普诺夫指数
最大Lyapunov 指数是否大于0,是判别系统的行为是否为混沌行为的最好指数之一,不同运动特性对应的Lyapunov 指数如表1
[4]
所示,表1中LE 1代
表距离增长速率的Lyapunov 指数,LE 2代表面积增长速率的Ly apunov 指数,以此类推,LE i 代表系统的i 维增长速率的Lyapunov 指数,单位为比特/时间。2.2 李雅普诺夫指数的算法
计算李雅普诺夫指数的方法有多种,现采用W o lf 方法来计算体系的李氏指数,从而判断体系是否具有混沌现象。
1985年W o lf 等人提出直接基于相轨线、相平面、相体积等演化来估计Lyapunov 指数。此类方法统称为W o lf 方法
[3]
,具体步骤如下:
1)对矿井瓦斯涌出量的时间序列X (t),利用时间延迟法构造m 维相空间,空间中的每一点是由{X (t),X (t +S ),,,X [t+(m -1)S ]}给出的。
#
12#2010年2月
矿业安全与环保
第37卷第1期
表1
不同运动特性对应的李雅普诺夫指数`
类 别定常运动周期运动准周期运动混沌运动随机运动李雅普诺夫指数
LE i <0LE 1=0LE 1=LE 2=0
LE 1>0
LE 1y ]LE i <0LE i <0LE i <0可正、可负或为0
LE i 可取任意值
i =1,2,,,n
i =2,3,,,n
i =3,4,,,n
i =2,3,,,n
2)找出距初始点{X (t),X (t +S ),,,X [t +(m -1)S ]}最近的点,用L (t 0)表示此两点间的距离。
3)到t 1时刻L (t 0)已演化成L c (t 1),这时再按以下两原则寻找一个新的数据点:它与演化后基准点的距离L (t 1)很小;且L (t 1)与L c (t 1)的夹角很小。
4)依次增加嵌入维数m,重复2)、3)过程,直到K 1随m 保持平稳。则K 1为
K 1=
1
t N -t 0E N
k=1
log 2
L c (t k )L (t k-1)(2)
式中:K 1为最大Lyapunov 指数;t N 为第N 时刻;t 0为原始时刻;L c (t k )为t k 时刻演化长度;L (t k-1)为t k-1时刻原始长度;N 为长度元演化的总次数。
W o lf 方法示意图
[5]
如图1
所示。
图1 W o lf 方法示意图
2.3 实例分析
采用某矿井一掘进工作面一段时间内的瓦斯涌出量(绝对量)的历史数据,计算此时间序列的最大李雅普诺夫指数。为了计算方便,借助M atlab 软件,编制计算该矿井瓦斯涌出量时间序列最大李雅普诺夫指数的程序,计算结果见图2和表2
。
图2 L yapunov 指数与嵌入维数关系图
表2
最大L yapunov 指数计算结果
m 最大Lyapun ov 指数
20.895230.626440.581850.444760.409570.209980.250390.3617100.1744110.2240120.1572130.1602140.153115
0.0784
由图2和表2可以看出,不同嵌入维数的该矿井
一掘进工作面瓦斯涌出量(绝对量)时间序列最大Lyapunov 指数都大于0,可以初步判明该掘进工作面瓦斯涌出量具有类似混沌的特征。
3 基于最大Lyapunov 指数的预测模式
Lyapunov 指数作为量化对初始轨道的指数发散和估计系统的混沌量,是系统的一个很好的预测参数。设Y M 为预报中心点,相空间中Y M 的最近的邻点为Y k ,其距离为d M (0),最大Lyapunov 指数为K 1,即:
d M (0)=m in j +Y M -Y j +=+Y M -Y k ++Y M -Y M+1+=+Y M -Y k+1+
e K
1(3)式中:Y k ,Y j 为相空间中的点;d M (0)为Y M 与距其最近邻点Y k 的距离。
点Y M +1只有最后一个分量X (t n +1)未知,故X (t n +1)是可预报的。式(3)就是基于最大Lyapunov 指数的预报模式。通过对此方法进行的大量数值实验,其结果表明这种基于Lyapunov 指数的预测方法
具有较高的预测精度[3]
。
同样采用该矿井一掘进工作面一段时间内的瓦斯涌出量(绝对量)的历史数据,利用已有的基于最大Lyapunov 指数预测的M atlab 程序,得到最后一个相点与其最近相点间的距离(即误差)与嵌入维数
的关系图见图3,预测结果见表3。
#
13#2010年2月
矿业安全与环保
第37卷第1期
图3 误差与嵌入维数关系图
表3 预测结果
嵌入维数
误差10.060320.085330.170640.170650.346460.346470.728680.813591.0887101.6470111.7673121.7681131.7714141.992715
2.2619
由图3和表3可知,前6个数据误差较小,精度高,但第6个数据以后的结果不理想。说明混沌系统的初始敏感性,在刚开始预测值非常接近实测值,但随着误差的积累,在其后的预测时,使系统预测值偏离了真实值,因而不能进行长期预测。
基于Lyapunov 指数的时间序列预测是根据数据序列本身所计算出来的客观规律)))Ly apunov 指数作预测,而不是按传统方法那样通过选取主观模型预测。因此,预测效果较好。
4 最大预报时间尺度计算结果
根据混沌动力学理论,Lyapunov 指数K 1的倒数表示混沌系统确定性预测的数据上界,即最长预报时间,其表示系统状态误差增加一倍所需要的最长时间,可以作为短期预报的可靠性指标之一,计算公式如下:
T m =1K 1
(4)
式中T m 为最长预报时间。
表2得出了不同嵌入维数的该矿井一掘进工作面瓦斯涌出量(绝对量)时间序列最大Ly apunov 指数。在计算该掘进工作面瓦斯涌出量(绝对量)的最大预报时间尺度时,延迟时间S 和嵌入维数m 的选取和确定,参考黄炜伟等人的观点
[6]
,S =1,m =6;
另外,根据表3得出前6个数据误差较小,精度高,因此,选取m =6为嵌入维数是合理的。由表2得此时最大Ly apunov 指数K 1=0.4095,因为K 1大于0
,表明该时间序列演化轨迹是发散的,具有分岔或倍周期特征,因而不能够进行长期预报,但可以预知其最大预报时间尺度。由式(4)计算得T m =2.4420,即可以提前预测时间约为2d 。
5 结论
1)目前,从时间序列中提取混沌特征定量指标的方法是初步的,而且时间延迟和嵌入维数选择都具有一定的主观性,因此,需要在更广泛的资料基础上作进一步深入细致的分析和研究。
2)运用混沌理论解释瓦斯涌出规律和指导瓦斯预测,是一种有益的尝试。不过这种预测只适用于低维混沌时间序列的预测,并且混沌系统具有初值敏感性,时间序列的长期预测是不可能的。理论和实践证明,短期的预测还是很有效的,同时也证明了运用混沌理论对掘进工作面瓦斯涌出特征及开展进一步对混沌理论研究的可行性。
3)应用混沌动力学方法对掘进工作面瓦斯涌出量的预测结果,反映了工作面附近瓦斯赋存的正常状态的变化趋势。当实测值与预测值有较大差异时,说明有异常因子加入,进而可以及时发现和预测相关灾害。
参考文献:
[1]张子敏,张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测[M ].北京:
煤炭工业出版社,2005.
[2]陈士华,陆君安.混沌动力学初步[M ].武汉:武汉水利
电力大学出版社,1998.
[3]吕金虎,陆君安,陈士华.混沌时间序列分析及其应用
[M ].武汉:武汉大学出版社,2002.
[4]韩非.矿井涌水量中的混沌及其最大预报时间尺度[J].
煤炭学报,2001,26(5):521.
[5]董颖文.心率变异的李雅普诺夫指数分析[C]//复旦大
学莙政学者论文集.上海:复旦大学出版社,2002.[6]黄炜伟,王强.基于混沌时间序列的神经网络对瓦斯涌
出量预测[J].煤,2005,14(5):9.
(责任编辑:吕晋英)
#
14#2010年2月
矿业安全与环保
第37卷第1期
V o.l37N o.12010M I N I NG SAFETY&ENV I RONM ENTAL PROTECT I ON F eb.2010
English Abstracts of This Issue
G enesi s M echanis m and D istr i buti on o f S tructural Coa l on Tw o
S i des o f R everse F au lt(4))Structura l coa l i s one o f i m portant study contents for the prevention and con tro l of gas disasters and
the explo itati on of coa l-sea m gas,this paper m ade dynam ical and k i ne m atica l ana l y si s on t he for m ation o f reverse faults accord i ng to the genesi s theo ry o f coa,l and discussed the stress distr i bution on t wo si des of fault and the distr i bution characteristi c of structura l coa l fro m ti m e and space.Study showed that the hang i ng si de was the ac tive one and the l y i ng side was the pos itive one,t he structur-a l co alw as f ea t ured by sheet ser i a l structure and w asm a i n l y fo r med in a rang e w ith certa i n w idt h o f the hang i ng si de o f t he fau lt,and its thickness and deve l op m en t deg ree decreased w ith i ncrease o f d i stant to the fau lt.
P repara ti on o f a N e w Coal Dust Suppressant and Study on Its P er-for m ance(7))In the sto rage and transporta tion process of coa,l a larg e amoun t o f coa l dust i s genera ted,it not only caused coa l l o ss, but also lead to ser i ous env iron m ent po ll uti on.The opti m u m com-positi ons o f a com plex dust suppressant were de ter m i ned by the ex-peri m ents,t h is dust suppressant was prepared by chem ical reacti on o f wa ter-solub l e po l ym er w i th g lycero l and t hen adding i nto ca l c-i u m ch l o ri de.T he exper i m ent of w i nd wh i stling sho w ed that after the coa l dust w as sprayed w ith th i s dust s uppressant,it can w ithstand the w i nd blo w of20m/s,the dust suppressi on e fficiency reached 98%or m ore,and it had good freeze-t haw resistance.O n-the-spo t test i ndicated tha t when this dust suppressant w as spray ed on the surface o f the coa l trai n,it can ma rked l y reduce coal l osses and env i ronm enta l po ll u ti on.
Exper i m enta l Study on Infl uence o f Oxygen F lo w upon Physical Ox-
ygen A bsorp tion of Coa l(10))T he spontaneous combusti on process o f coal w as ana lyzed,exper i m ental study w as m ade on the physica l absorpti on oxygen of coa l sa m ples taken fro m1115(1) w ork i ng face i n G uq i ao M i ne at d ifferent oxygen fl ow by using ZR J -1coal spontaneous combusti on tendency deter m i nator,the opt-i mum oxygen flo w of t he physica l absorpti on oxygen o f coa l at the sa m e amb i ent temperature was obta i ned,and thus t he m ost suitable absorpti on oxygen fl ow f o r co al spontaneous co m busti on de ter m i na-ti on exper i m ents can be deter m i ned.
R esearch on Chaos Dyna m i c M ethod of G as Em i ssi on i n H ead i ng
Face(12))T he g as e m ission i n t he headi ng face is one o f the i n-teg ral direct data fo r understanding and graspi ng gas m igrati on near the face,and how to acqu i re mo re i n f o r m ati on for m the ti m e ser i es o f gas e m ission has g rea t si gn ifi cance fo r t he preven tion and contro l o f gas d i saste rs such as coal and gas outburst,the chao s dyna m ics prov ided theo ry and m ethod for it.F rom chaos dynam ics and tak i ng the ti m e ser i es of gas em issi on i n a head i ng f ace of a m i ne as the foundati on,the para m e ters f o r descr i b i ng chaotic character i stics w as ca lcu l ated,t he pre li m i nary resu lts proved t hat t he g as e m i ssi on in t he headi ng face has chao tic character i sti cs,the use of chaos dy-na m ic m ethod can better pred i ct the g as e m ission in the head i ng face,and the predictable m ax i m um ti m e scale can reach t w o days. Study on T unne l R adio Pene trati on D etec tion of Coa l Seam w ith Co m plex G eo log ical Struc t ure(15))Based on t he t heory of m i ne rad i o penetrati on me t hod,th i s pape r d iscussed the feasi b ility o f u-si ng tunne l radi o penetration appa ra t us t o detect the comp l ex geo-log ic struc t ure i n o rder to accurate l y detect t he conditi ons o f coa l-bed gas g eo log ic structure and comp lex hydro-geo l og ica l structure in the w ork i ng face.T he abno r ma l d isaster reg i on w as t hus div i ded by de tecti on,so t h is can be used to rati onall y guide the design and p l ann i ng of d i saster preventi on and contro l i n coa lm i nes,and t hus prov ided the exper i ence for t he prevention and contro l of si m ilar g e-o log ical d i sasters in coa lm i nes.
Study on D istributi on of/T hree Zones0o f G ob Spontaneous Com-busti on i n Fu llyM echan i zed Cav i ng F ace(18))Th rough t he ana-l ys i s on the t heory and standard of/t h ree zones0o f gob spontaneous combusti on and in co m b i na ti on w i th the observati on to the/t hree zones0i n3107full y mechan i zed cav i ng face,th i s paper ana l yzed the change regu l a rity of te m pe rature and CO and O2concentra tions in the rear gob and deter m i ned the rang e o f t he/three zones0o f spontaneous co m bustion accordi ng t o the length of ox i diza tion tem-perature-rise zone i n the gob and the shortest i gn iti on per i od o f the coa l sea m.T h i s s ite observati on m ethod i s si m p l e,easi er real-i zati on and can accurate l y divide t he/t h ree zones0in gob dur i ng m i n i ng,so it prov ided scien tific basis for fire preventi on and contro l of t he foll ow-up w orki ng face.
M ode l R esearch on M i ne D rai nage Syste m Based on R eli ability Theory(22))Based on re liab ility t heory and m ethod,the re li a-b ility m odel of m i ne drainage syste m w as estab lished and t he quan-tity o fm i ne dra i nag e pumps t o be used w as de ter m i ned by reli ab il-i ty t heory ana l ys i s m ethod.In th i s pape r,t he aut hors gave m ore o-verall consi derati ons to the facto rs tha t affec t the deter m i nati on of the quantity o fm i ne dra i nag e pu mps and so l ved the proble m o f i n-accurate deter m i nati on o f the quan ti ty o fm ine dra i nage pumps,this thud i m proved the re liab ility and safety o f m i ne dra i nage syste m. Th is ana lysism e t hod can also be used i n o t her pro j ec t practices. Comprehens i ve Eva l uati on o fW a ter-i nrush R isk fro m Coa l F l oo r by Both W ater-i nrush Coe fficient and Fuzzy C l uster M ethods (24))Based on co m prehensi ve analysis o f the i nfl uence fac t o rs of wa ter-i nrush risk from sea m floor,this paper ex trac ted the key i n-dexes for evalua ting w ater-i nrush r is k from seam fl oor.T he pape r i ntroduced t he comprehensive me t hod of f uzzy c l uster to eva l uate the w ate r-inrush risk fro m sea m floor i n order to so lve the li m ita-ti ons in eva l uation o f wa ter-i nrush risk from sea m fl oo r by the m e t hod o f w ater-i nrush coeffic i ent.T he m ethod of f uzzy c l uste r gave a co m prehensive consi derati on o fm any i nfl uence factors and it so l v ed the prob l em s o f critical values i n evaluati on by t he m ethod of wa ter-inrush coe fficient.By taki ng t he lo w er group of co al sea m s i n N o.11m i n i ng area of N ant un M i ne as an exa m ple,t h is pape r ex tracted the m i n i ng dep t h,the thickness o f w ater-resi sti ng laye r and w ate r pressure as t he key i ndexes,and conducted a com pre-hensi ve eva l uati on on the w ater-i nrush r i sk from sea m floor by bo t h w ater-inrush coe ffi c ient and f uzzy cluster m e t hods,so this has i m portant guidi ng significance for t he preventi on and contro l of wa ter in O rdov i c i an li m estone dur i ng m ini ng of the lo w er g roup of coal seam s o fN antun M i ne.
Appli cation o f R/S A na l ysis M e t hod i n P red icti on o f M i ne In flow G row th Change(36))A na l ysis and diagnosis w ere conducted on the ti m e se ries o fm i ne i nfl ow gro w th i n W ushan Coa lM i ning A rea by usi ng R/S m ethod,it ob tained t hat t he H urst i ndex of the i n flow gro w th i n the southern m i ne of t he m i n i ng area w as0.8624and the m ean cyc le per i od w as42m on t hs;the H urst i ndex o f the i n flow gro w th i n t he northern sou t hern m i ne o f the m i n i ng a rea w as0.8894 and the m ean cycle per i od w as24months.T h i s i nd ica ted that a stronger susta i nab ilit y appeared bet w een the deve l op m en t and h is-tor ica l tendenc i es o f the m i ne i nfl ow g row t h i n the m ini ng area,and the diff e rence o f m ean cycle per i od present bet w een southe rn and northern m i nes was the reflecti on o f d iffe rentm echanis m s i n the i n-terna l syste m.So th i s not only prov i ded a ne w v i sua l ang le o f st udy and positi v e conc l usi ons f o r studying t he non-li near it y and co m-plex ity of m i ne i n flo w gro w t h change,but a l so provided a new th i nk i ng and me t hod for the preventi on and contro l o f m i ne w ate r disaster.
Comprehens i ve Contro l o f R ock Burst near T er m i nati on L i ne of W ork i ng Face(51))The area near the te r m ina ti on line of a w ork-i ng face is an a rea w ith frequent occurrence o f rock bursts,affected by road w ay l ayou t,the/quasi coa l pillar0is easily for m ed i n the coal body o f this sec ti on,the ha zard of rock burstm ay generall y i n-crease m ore than tha t in t he nor m a lm ini ng per i od,so it i s necessa-ry to wo rk ou t a specia l comprehensive preventi on and con tro l plan fo r rock bursts.The exper i ences for t he prevention and control of the occurrence of rock outbu rst i n deep E3103f u lly m echanized ca-v i ng face dur i ng m ini ng stopp i ng i n X i ngcun Coa l M i ne are that when m i n i ng approaches t he term i nation line,comprehens i ve pre-vention m easures such as pressure re lease b lasti ng for coa l body, pressure re l ease by l a rge-d i a m e ter bo reho les,advance s upport w ith flex ible props,reduction of the m i n i ng height o f coa l sea m and so on are taken i n order to reduce the ha zard of rock bursts;the preven ti on e ffecti veness fo r rock bursts is ti m e l y ex a m i ned and eva-l uated by e lectro m agnetic radiation m ethod and drill cutti ngs m e t h-od.The site app licati on showed that the com prehensi ve prevention m easures ag ai nst ro ck bu rsts nea r the ter m i nati on li ne effecti ve l y re-duced the haza rd of rock bursts,ensured t he s m oo th m i n i ng and transfe r o fw ork i ng face and can provide re ference for the desi gn of rock burst preven tion and contro l o f w ork i ng face dur i ng m i ning stoppi ng period i n o t her m i nes w it h s i m il ar cond itions.
电力系统混沌状态检测研究 利用非线性的电力系统状态量时间序列对电力系统中的混沌现象进行相空间重构方法检测。用Taken定理作为基础的自相关函数法和G-P法来求取嵌入维和时间延迟，通过MATLAB仿真获得试验数据。通过仿真显示，重新构建的相图具有混沌的特征。结果表明应用非线性时间序列的分析方式和系统某一状态变量测量值，可以检验出电力系统中混沌现象。 标签：电力系统；混沌检测；时间序列；相空间重构 系统的混沌状态需要采用一定的手段和方法进行检测，混沌检测是混沌分析研究的主要内容，也是进行混沌控制的前提。具有精确数学模型的连续系统的混沌状态可以通过系统在时域和频域内所表现出来的空间结构几何特征和频域特征来检测和判断，但很难得到实际应用系统的精确数学模型，或者说很难得到参数不变的精确数学模型，例如我们要研究的电力系统，其结构和参数会随设备的投入或者退出而处于一种变化状态。通过仪器仪表获取系统某一状态变量的时间序列，在实际工程应用中是方便可行的，所以，通过系统的时间序列来分析来检测系统的混沌状态具有可行性，其研究具有实际意义。 1 相空间重构时间序列研究 1.1 时间序列及混沌时序分析 时间序列是按时间顺序排列的一组观测数据。研究发现，系统状态变量的时间序列能反应系统的特性，例如非线性、线性和混沌特性等等。时间序列分析指应用参数模型，对观测到的有序数据进行处理和分析的一种数据处理方法[1]。混沌时序分析指应用系统状态变量的时间序列分析非线性的混沌特性。相空间重构是非线性时间序列分析的重要内容和基础，相空间重构的质量，直接会影响到混沌预测和混沌检测的质量。 1.2 时间序列的相空间重构 Taken定理认为，系统中的任一状态变量时间序列数据里都蕴藏着系统其它变量痕迹，单一变量时间序列重构的相空间可以较好地反应系统的特征，鉴于此种情况，提出时间序列相空间重构理论。相空间重构是利用时间的序列来进行系统混沌时序分析的第一步，相空间重构中，延迟时间和嵌入维数的确定是研究的主要内容[3]。 1.2.1 嵌入维 选择适合的嵌入维对于相空间重构是一个重要内容，嵌入维如果过大会使相空间中状态点重构过于稀疏进而引起噪音干扰和增大误差，嵌入维假如过小会不能全面展现系统动力学特性。常用嵌入维数计算方式包括：真实矢量场法、饱和
第四章
混沌时间序列分析
一.相空间重建 二.相关维数 三.最优延迟时间 四. Lyapunov特征指数 五.应用举例
一、相空间重建
1
2
Embedding
Φ
A M System with dynamics f has an attractor A ? M
Z ?d
A is transformed into a set Z ? ?d such that the all the important geometric characteristics of A will be preserved. Lets also assume Φ is invertible.
Ruelle(1981),法国科学家
对m维动力系统：
? x1 = f1 ( x1 , x 2 , .... x m ) ? ? x 2 = f 2 ( x1 , x 2 , ... x m ) ? ? ................... ? ? x m = f m ( x1 , x 2 , ... x m )
( x1 , x2 ,.....xm )
是状态空间坐标
x(t ), x(t + τ), x(t + 2τ),......., x [t + (m ? 1)τ]
3
Phase Space Reconstruction
一个单变量时间序列：x0 , x1 , x2 ,...
?τ = 1.?t ? ?n = 3 ( x0 , x1 , x2 ) ( x1 , x2 , x3 ) ( x2 , x3 , x4 ) ............... ( xn ?1 , xn , xn +1 )
4
第32卷第4期煤 炭 学 报V o.l 32 N o .4 2007年 4月 J OURNAL OF CH I N A COAL SOC I ETY A pr . 2007 文章编号:0253-9993(2007)04-0382-04 保护层开采工作面瓦斯涌出量预测 戴广龙1 ,汪有清1 ,张纯如2 ,李庆明2 ,邵广印 2 (1.安徽理工大学资源开发与管理工程系,安徽淮南 232001;2.淮南矿业集团谢桥煤矿,安徽淮南 232001) 摘 要:分析了分源法预测保护层工作面瓦斯涌出量理论和保护层开采时上覆煤岩层采动裂隙的分布,然后应用分源法预测了谢桥矿1242(1)保护层开采工作面瓦斯涌出量,预测结果为 15.93～17.22m 3 /m in ,误差为3.3%～4.5%.关键词:保护层开采;瓦斯涌出量;预测;瓦斯治理中图分类号:TD712.5 文献标识码:A 收稿日期:2006-06-26 责任编辑:毕永华 基金项目:安徽省高校科技创新团队计划资助项目(矿业安全技术2006KJ005Td );安徽省自然科学基金资助项目(070414171) 作者简介:戴广龙(1962-),男,安徽霍邱人,教授.E -m ail :g l dai @aust .edu .cn Forecast of the gas effused fro m the face i n protecti ve sea m DA I Guang -long 1 ,WANG You -qing 1 ,Z HANG Chun -r u 2 ,LI Q ing -m ing 2 ,SHAO Guang -y in 2 (1.D epart men t of Res our ces E xpl or a ti on and M anage m e n t E ngineeri ng ,Anhu i Un i versit y of S cie n c e and Technol og y ,Hua i nan 232001,Ch i na ;2. X ie qiao M i ne ,Huainan M i n i ng (Gr oup )Co .Lt d.,Hua i nan 232001,Ch i na ) Abst ract :The t h eo r y o f forecasting gas seepage fro m differen t sources at pro t e c tive face was ana l y zed and t h e rule of cranny distribution on the top of cove rw as g iven .Then the forecasted gas flo w fro m the pr o tecti v e face 1242(1) of X ieqiao M ine is bet w een 15.93and 17.22m 3 /m in ,and t h e err o r is 3.3%～4.5%.K ey w ords :ex tract p r o tec tive sea m ;gas e m ission flo w ;f o recast ;gas contr o l 随着煤矿开采深度的增加,开采规模不断扩大,煤矿安全生产问题变得越来越突出,成为制约矿井高产高效的主要因素,尤其是在开采低透气性高瓦斯有突出危险的煤层过程中,煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的自然灾害之一.目前,公认为开采不具高瓦斯和突出危险性的保护层是有效减少或消除被保护层煤与瓦斯突出危险性的有效措施.开采保护层的目的是对被保护层卸压,释放被保护层的弹性潜能,增大煤层的透气性,有利于煤层气的运移和解吸,降低被保护层的瓦斯含量及内能.在《煤矿安全规程》中也明确规定:“在开采具有煤与瓦斯突出煤层群时,必须首先开采保护层”.由于保护层的开采,造成邻近层煤层卸压,致使裂隙范围内的卸压瓦斯涌入开采工作面,为了确保回采工作面的安全生产,所以对保护层的开采工作面瓦斯来源分析以及瓦斯涌出量的预测变得尤为重要. 1 分源法预测保护层开采工作面瓦斯涌出量理论 分源法预测矿井瓦斯涌出量亦称瓦斯含量法预测矿井瓦斯涌出量.该预测法的实质是按照矿井生产过程中瓦斯涌出源的多少、各个瓦斯源涌出瓦斯量的大小,来预计该矿井各个时期(如投产期、达标期、萎缩期等)的瓦斯涌出量.各个瓦斯源涌出瓦斯量的大小是以煤层瓦斯含量、瓦斯涌出规律及煤层开采技术条件为基础进行计算确定的.根据煤炭科学研究总院抚顺分院的研究,矿井瓦斯涌出的源、汇关系如图1所示.
第30卷第9期2011年9期煤CoalTechnology炭技术Vol.30,No.09September,2011 基于混沌振子的微弱信号检测方法研究 张东 （中央司法警官学院监狱学系，保定071000） 摘要:分析了Duffing方程的基本形式以及Duffing振子的混沌运动，阐述了基于相平面变化进行微弱信号检测的工作原理，并推导出系统发生间歇混沌现象的频差条件和相位差对于系统特性的影响。实验证明该振子对与参考信号频差较小的周期小信号具有敏感性，对白噪声和与参考信号频差较大的干扰信号具有免疫力。 关键词:微弱信号检测；Duffing振子；信噪比；间歇混沌 中图分类号:TN911.23文献标识码:A文章编号:1008-8725（2011）09-0219-03 ReaserchofWeakSignalDetection basedonChaosOscillatorTheory ZHANGDong （DepartmentofPenology,CentralInstituteforCorrectionalPolice,Baoding071000,China ） Abstract:ThispaperfirstanalyzesthebasicformofDuffingequationandthechaoticmotionoft heDuffingoscillator,andthendescribestheprincipleofweaksignaldetectionbasedonthechan geofphasetrace.Thefrequencydifferenceconditionoftheintermittentchaoshappening byandtheeffectofphasedifferenceonsystemperformancearededuced.Itisconcluded，simulationexperimentsresults，thattheoscillatorissensitivetothesmallsignalhavingthetinyangularfrequencydifferencewit hthereferentialsignal,andimmuneagainsttherandomnoiseandinterferencesignalhavinglarg erangularfrequencydifferencewiththereferentialsignal. Keywords:weaksignaldetection;duffingoscillator;signaltonoiseratio(SNR);intermittentc haos 0引言 微弱信号检测技术运用近年来迅速发展的电子 学、信息论和物理学方法，研究被测信号和噪声的统 计特性及其差别，采用一系列信号处理方法，检测被图2稳定周期状态图1混沌状态背景噪声覆盖的微弱信号，使微弱信号测量精度得为周期运动的临界状态。当f大于阈值fd时，系统进到很大的提高。）。（如图2文中分析利用Duffing 混沌振子检测微弱信号入大尺度的周期运动状态 的方法，着重阐释不同形式的正弦信号输入的仿真2利用混沌振子检测信号的原理简介结果。
第三章摆动力学的可视化描述 VISUALIZATION OF THE PENDULUMˊS DYNAMICS 3-0 摆的数学描述和计算机仿真： 3-1对初始条件的敏感性： 3-2 摆的相图和蓬加莱截面： 3-4 时间序列和功率谱 3-5 吸引盆: 3-6分岔图(Bifurcation diagrams) 3-0摆的数学描述和计算机仿真： 在这一节我们将讨论下面4个问题： 1、驱动摆（driven pendulum）的运动方程： 2、产生混沌运动条件。 3、参数改变对驱动摆运动发生的影响。 4、一个有趣的问题。 1、驱动摆的运动方程： 摆的运动是一个十分古老的问题。物理学、数学都作了大量的研究，但它仍然是最具魅
力的研究课题。 首先我们写出驱动摆（driven pendulum ，也叫做“强迫振动摆”）的运动方程： //sin cos d dt q g ωωθφ=--+ /d dt θω= （3-1） /D d dt φω= 方程组（3-1）中有3个状态变量： θ—摆的角位移（angular displacement ）; ω—摆的角速度（angular velocity ）; φ—驱动力的相位角（drive phase angle ）。 因此它的轨线在3维相空间描绘。 方程（3-1）中也有3个参数： q —阻尼系数（damping factor ）； g —驱动力幅值（driving force amplitude ）； D ω—驱动力角频率（angular drive
frequency）。 同时考虑3个参数来研究驱动摆的性态，也就是说，在3维相空间和3维参数空间内考察摆的形态，将是一个十分困难、实际上不可能完成的任务。 我们把ωD固定，选择少数几个q值，让g 值在一定的区间充分变化，以观察系统的性态。 （在Appendix B（Page 207， Listing 4）中有描述摆运动的计算机程序（Title: Motion），可供参考。） 2、产生混沌运动的条件： 产生混沌的必要条件有2条（See: Page 2）： （1）系统至少要有3个独立的动力学变量；（2）系统至少要有1项包含了几个动力学变量的非线性项。
一、基本情况 1、瓦斯积聚地点： 2、瓦斯积聚浓度： 3、造成瓦斯积聚的原因： 4、排放瓦斯通风系统示意图（图中注明通风设施、进回风流方向、瓦斯积聚地点、警戒位置、通迅电话等） 二、计算 1、排放瓦斯量： QCH4=L·S·C+q·t 式中：L——瓦斯积聚巷道长度（m ） S——瓦斯积聚巷道平均断面（m2） C——巷道内积聚瓦斯平均浓度（% ） q——巷道正常瓦斯涌出量（m3/分） t ——排放瓦斯时间，可根据实际情况设定（分） 计算结果为（m3） 2、排放所需的最小总供风量： Qmin = ·QCH4 = 49.5QCH4 式中：Qmin ——排放瓦斯所需的最小总供风量（m3 ）Cmax1 ——正常情况下，巷道内最高瓦斯允许浓度，取Cmax1=1%. Cmax2 ——排放时巷道内最高瓦斯允许浓度取Cmax2=2% QCH4——排放瓦斯量（m3 ） 计算结果为（m3）
３、排放瓦斯需用的时间： t＝Qmin /Q局=49.5QCH4/ Q局= 49.5（L·S·C+q·t）/ Q局 式中：t——排放瓦斯需用的时间（分） Qmin——排放瓦斯所需的最小总供风量（m3） Q局——排放过程中局扇平均供风量，一般取局扇正常供风量的６０％～７０％。（m3/分） 计算结果为（分），考虑到其它因素，确定为（分） 三、排放瓦斯安全技术措施 1、排放瓦斯时，回风系统内必须切断电源，撤出人员，除救护队员和瓦检员外，其它人员严禁进入回风系统，排放瓦斯回风流路线为： 2、凡是通往瓦斯排放回风流的地点，必须设置警戒，警戒人员要认真负责，不得擅自离岗睡觉，防止闲杂人员进入回风流。警戒位置：其中警戒点由安检队负责把口，警戒点由队负责把口。 3、排放瓦斯流经巷道内的电器设备，必须指定专人在采区变电区和配电点两处同时切断电源，此项工作由机电区负责组织进行。其中电源由队负责。 4、排放瓦斯前，必须检查局扇及其开关附近10 m 范围内瓦斯浓度，只有当瓦斯浓度不超过0.5% 时，方可启动局扇。 5、局扇启动后，要检查局扇运转情况，严禁局扇发生循环风。 6、排放时，必须采取限制向独头巷道内送入风量的方法，一次只能续接一节风筒，严禁“一风吹”。
混沌序列产生及其在图像、视频加密中 的应用研究 左建政 【摘要】：伴随着科技的不断进步,信息技术已经渗透进人们生活的各个方面,信息安全问题已经引起越来越多的关注,因此如何加强信息的保密性就成为了一个急需解决的难题。混沌信号所固有的非周期, 宽频谱和对初始值非常敏感等突出特征,使得其在信息加密中有着良好的应用前景。而要想提高混沌在信息加密中的保密性以及实用性,需要做的工作主要是以下两个方面:一方面,提高混沌自身的性能;另一方面,提高加密系统的性能。本文以此为背景,分别从上述两方面着手进行研究,取得了一系列新的结果。本文的主要工作和创新体现在以下几个方面: (1)系统地研究了各种混沌序列的产生方式。混沌序列的产生是混沌应用到信息加密的前提也是一项关键技术。从最初的模拟电路到现在数字系统,在不断地进步,当然也会产生一系列新的问题。本文总结以前所做的研究,系统地介绍了各种混沌序列的产生方式,包括模拟电路、FPGA、LabVIEW、DSP等。通 过分析和比较,为以后的继续深入研究发挥重要的参考作用。 (2)设计了一个新的混沌系统。从混沌信息加密工程的观点考虑,构造一个庞大的混沌函数库是必要的。为了设计性能良好的混沌系统,在研究Sprott系统的基础上,构造了一个新的混沌系统。对构造的混沌系统进行了动力学分析,其中包括分岔特性以及Ly apunov指数等特性分析,同时设计了相应的模拟电路,通过电路实验获得了与 仿真相符的混沌吸引子,验证了混沌系统的特性。 (3)设计了一个新的分数阶混沌系统。并且介绍了两种分数阶微积分的分析方法,时域求解法对其进行数值仿真,时频域转换法对其进行电路仿真。数值仿真结果表明系统存在混沌的最低阶数是2.31。设计了该系统的分数阶混沌振荡电路,电路仿真与数值仿真结果相符,证实了该分数阶混沌振荡电路的可行性。分数阶混沌系统更能反映系统呈现的工程物理现象,一个确定的分数阶混沌系统随着其阶数即分数值的不同而呈现不同的状态,因而这种系统具有更大的密钥空间,不容易被复制。 (4)首次利用数字系统产生分数阶混沌序列。对分数阶混沌系统的广泛研究开始于最近十几年,目前的研究大多处于理论阶段。本文通过利用LabVIEW等数字系统,获得了真实的分数阶混沌序列。通过LabVIEW与MATLAB的接口,首先利用MATLAB编程计算混沌状态方程,然后再在LABVIEW平台设计前面板,调节参数,最后通过数据采集卡即可实现分数阶混沌序列输出。数字系统可以做到参数相同,并且精度可控,容易控制。 (5)借助DSP平台,利用分数阶混沌序列,成功实现了图像、视频的实时加密、解密。利用前面得到的分数阶混沌序列作为图像、视频加密的密钥流,对图像、视频中每一帧图像的像素点进行异或加密。分数阶混沌系统密钥空间大,因此安全性高,需要考虑的主要就是实时性的问题,而借助于运算速度非常快的DSP芯片,能很好地满足实时性的要求。这种加密方式突破了传统软件加密时,加密速度慢、容易被破译的缺点,具有广阔的应用前景
虬髯客 矿井瓦斯涌出量预测方法 虬髯客https://www.doczj.com/doc/7313935851.html,/qiuranke000 2009-03-06 13:20:35 矿井瓦斯涌出量预测方法 AQ 1018－2006 国家安全生产监督管理总局2006－02－27发布2006－05－01实施 前言 本标准的附录A、附录B、附录C、附录D均为资料性附录。 本标准由国家安全生产监督管理总局提出。 本标准由国家安全生产监督管理总局归口。 本标准起草单位：煤炭科学研究总院抚顺分院。 本标准主要起草人：姜文忠、秦玉金、闫斌移、薛军峰 1 范围 本标准规定了采用分源预测法与矿山统计法进行矿井瓦斯涌出量预测的方法。 本标准适用于新建矿井、生产矿井新水平延深、新采区以及采掘工作面(放顶煤工作面除外)的瓦斯涌出量预测。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用成为本标准的条款。凡是注册日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达。 MT/T 77煤层气测定方法（解吸法） 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》 3 术语及定义 3.1矿井瓦斯涌出量预测prediction of mine gas emission rate 计算出矿井在一定生产时期、生产方式和配产条件下的瓦斯涌出量，并绘制反映瓦斯涌出规律的涌出量等值线图。 3.2矿井瓦斯涌出量absolute gas emission rate
单位时间内从煤层以及采落的煤（岩）体涌入矿井中的气体总量，矿井进行瓦斯抽放时包括抽放瓦斯量。 3.3绝对瓦斯涌出量absolute gas emission rate 单位时间内从煤层和岩层以及采落的煤（岩）体所涌出的瓦斯量，单位采用m2/min。3.4相对瓦斯涌出量relative gas emission rate 平均每产1t煤所涌出的瓦斯量，单位为m2/t 3.5 矿山统计法statistical predicted method of mine gas 根据对本矿井或邻近矿井实际瓦斯涌出资料的统计分析得同的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，预测新井或新水平瓦斯的方法。 3.6分源预测法predicted method by different gas source 根据时间和地点的不同，分成数个向矿井涌出的与瓦斯源，在分别对这些瓦斯涌出源进行预测的基础上得出矿井瓦斯涌出量的方法。 4 一般要求 4.1 新建矿井或生产矿井新水平，都必须进行瓦斯涌出量预测，以确定新矿井、新水平、新采区投产后瓦斯涌出量大小，作为矿井和采区通风设计、瓦斯抽放及瓦斯管理的依据。 4.2 矿井瓦斯涌出量预测采用分源预测法或矿山统计法。 4.3 矿井瓦斯涌出量预测应包括以下资料： a) 矿井采掘设计说明书： 1) 开拓、开采系统图、采掘接替计划； 2) 采煤方法、通风方式； 3) 掘进巷道参数、煤巷平均掘进速度； 4) 矿井、采区、回采工作面及掘进工作面产量。 b) 矿井地质报告： 1) 地层剖面图、柱状图等； 2) 各煤层和煤夹层的厚度、煤层间距离及顶、底板岩性。 c) 煤层瓦斯含量测定结果、风化带深度及瓦斯含量等值线图；
级联混沌及其动力学特性研究* 王光义?袁方 (杭州电子科技大学电子信息学院,杭州310018) (2012年7月21日收到;2012年8月18日收到修改稿) 初值敏感性是混沌的本质,混沌的随机性来源于其对初始条件的高度敏感性,而Lyapunov指数又是这种初值敏感性的一种度量.本文的研究发现,混沌系统的级联可明显提高级联混沌的Lyapunov指数,改善其动力学特性.因此,本文研究了混沌系统的级联和级联混沌对动力学特性的影响,提出了混沌系统级联的定义及条件,从理论上证明了级联混沌的Lyapunov指数为各个级联子系统Lyapunov指数之和;适当的级联可增加系统参数、扩展混沌映射和满映射的参数区间,由此可提高混沌映射的初值敏感性和混沌伪随机序列的安全性.以Logistic映射、Cubic映射和Tent映射为例,研究了Logistic-Logistic级联、Logistic-Cubic级联和Logistic-Tent级联的动力学特性,验证了级联混沌动力学性能的改善.级联混沌可作为伪随机数发生器的随机信号源,用以产生初值敏感性更高、安全性更好的伪随机序列. 关键词:混沌,级联,离散映射,Lyapunov指数 PACS:05.45.–a,05.45.Ac,05.45.Xt DOI:10.7498/aps.62.020506 1引言 伪随机序列在数字通信、密码系统、计算机仿真等领域有着广泛的应用.一个伪随机序列发生器包括随机信号源(种)和一系列的量化及其实现技术,其中良好的随机信号源是伪随机序列设计的关键问题.混沌与传统密码学之间存在着一种自然的联系,混沌动力学特性基本对应着高强度密码系统的某些安全特征,以混沌作为随机信号源为伪随机序列发生器的设计提供了一种新的途径. 一般而言,对混沌伪随机序列或混沌系统的要求是随机性好、安全性高.混沌信号的随机性依赖于混沌的初值敏感性,这是混沌的本质[1].虽然目前文献中未对混沌初值敏感性的度量做出明显的说明,但根据Lyapunov指数的定义我们完全有理由说Lyapunov指数就是初值敏感性的一种度量,或可直接说Lyapunov指数越大,表明系统对初值越敏感.因此,提高混沌系统的Lyapunov指数是改善其伪随机序列随机性的一种直接方法.而混沌序列的安全性则主要依赖于由系统初值和系统参数构成的密钥空间的大小,即保证出现混沌时的初值范围和参数范围的大小. 利用连续和离散混沌系统进行伪随机序列发生器的设计已有不少研究[2?5].连续混沌的数学模型为多变量耦合的微分方程组,其系统参数和初始条件较多,产生伪随机序列的密钥空间较大,但由于其算法复杂导致运算速率较慢,产生的序列码率较低.而离散混沌由于算法简单使其运算速率快、序列码率高,且其序列的复杂度好[6],因此目前混沌应用中首选离散混沌产生伪随机序列[7?10],应用最多的是Logistic映射、Tent映射(分段线性映射)及其他们的改进形式,并且目前对此类离散映射仍做持续的研究[11?19].但离散系统缺点是Lyapunov 指数小、初值条件和系统参数较少,其密钥空间较小从而导致序列的安全性降低. 为了提高离散混沌的随机性和安全性,即提高混沌系统的Lyapunov指数和混沌映射参数区间,本文提出了离散混沌的一种级联方案.在定义混沌级联之后给出了级联混沌可提高其Lyapunov指 *国家自然科学基金(批准号:60971046)资助的课题. ?通讯作者.E-mail:wanggyi@https://www.doczj.com/doc/7313935851.html, c?2013中国物理学会Chinese Physical Society https://www.doczj.com/doc/7313935851.html,
微服务的混沌测试 Rachel Reese声称，世界天生就是混乱的，我们应该有计划并测试我们的系统，确保它能够处理这种混乱。他描述了Jet这家于2015年7月成立的电子商务公司是如何使用微服务和混沌工程的。 Reese强调，测试微服务在环境中的交互极其重要，即使所有组件都经过了测试，但这并不意味着他们之间的交互是可靠的，也不意味着它们可以一起用于生产环境，所有这些都必须经过测试。她将Jet称为一家“为正确的工作选择正确的工具”的公司，对她而言，混沌测试就是其中一个正确的工具。 Reese将微服务定义为符合单一职责原则（SRP）的应用程序，但是在服务层，由于他们以函数的方式看待微服务，所以它有一个输入，并产生一个输出。她认为，使用微服务的好处包括简化扩展性、独立发布、均匀分布的复杂性。Jet在10到15个团队中运行着大约400到1000个微服务，主要是用F#（一种函数优先的编程语言）编写的。 Reese指出，混沌工程不是为了有趣而破坏代码，相反，她将其定义为： 在分布式系统上做对照实验，帮助建立对系统承受不可避免的故障的能力的信心。 参照混沌原则，Reese定义了混沌工程的四个步骤： 1. 定义“正常”（系统的正常状态）； 2. 假定“正常”会在对照组和实验组中持续； 3. 引入混沌：服务器崩溃、硬盘异常、网络连接中断等； 4. 查找对照组和实验组行为上的差别。 更准确地讲，这意味着： ?建立假设，定义系统的正常行为和状态，如吞吐量、延迟等； ?真实世界的不同事件、流量峰值以及其他可以导致混沌的东西； ?在生产环境中运行实验，确保测试的真实性； ?自动化实验，让其连续运行。 Reese发现，混沌工程有许多好处，包括： ?白天测试导致系统中断，就不用在凌晨3点修复问题； ?工程师在设计过程中开始考虑故障； ?防止系统后续出现中断，让系统更健康。 根据他们的经验，Reese指出，他们尚还没有在生产环境进行测试。作为一家初创企业，他们的主要目标是推出正确的东西。现在，他们白天所有时段都会进行随机的QA测试。
吉林农业大学 本科毕业设计开题报告
课题名称：基于MATLAB的混沌序列图像加密算法的研究 学院（系）：信息技术学院 年级专业：2009级电子信息科学与技术2班 学生姓名：XX 指导教师：刘媛媛 完成日期：2013年2月27日 目录 一、设计目的及意义 (3) 二、研究现状 (3) 三、设计内容 (3) 四、开发环境 (3) 五、分析设计 (3) 1、设计要求 (3) 2、设计原理 (3) 3、涉及到的程序代码 (4) 4、主要思想 (6) 六、结果及分析 (6)
1、运行示例 (6) 2、结果评估 (8) 七、参考文献 (9) 八、研究工作进度 (10) 一、设计目的及意义 熟练使用matlab运用matlab进行编程，使用matlab语言进行数据的隐藏加密，确保数字图像信息的安全，混沌序列具有容易生成,对初始条件和混沌参数敏感等特点，近年来在图像加密领域得到了广泛的应用。使用必要的算法将信息进行加解密，实现信息的保护。 二、研究现状 随着Internet技术与多媒体技术的飞速发展，数字化信息可以以不同的形式在网络上方便、快捷地传输。多媒体通信逐渐成为人们之间信息交流的重要手段。人们通过网络交流各种信息，进行网上贸易等。因此，信息的安全与保密显得越来越重要。信息的安全与保密不仅与国家的政治、军事和外交等有重大的关系，而且与国家的经济、商务活动以及个人都有极大的关系。 随着信息化社会的到来，数字信息与网络已成为人们生活中的重要组成部分，他们给我们带来方便的同时，也给我们带来了隐患：敏感信息可能轻易地被窃取、篡改、非法复制和传播等。因此信息安全已成为人们关心的焦点，也是当今的研究热点和难点。 多媒体数据，尤其是图像，比传统的文字蕴涵更大的信息量，因而成为人类社会在信息利用方面的重要手段。因此针对多媒体信息安全保护技术的研究也显得尤为重要，多媒体信息安全是集数学、密码学、信息论、概率论、计算复杂度理论和计算机网络以及其它计算机应用技术于一体的多学科交叉的研究课题。 三、设计内容 使用混沌序列图像加密技术对图像进行处理使加密后的图像 四、开发环境 MATLAB? & Simulink? Release 2010a windows7环境
掘进工作面实际需要风量计算？ 答：每个掘进工作面实际需要风量，应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员和爆破后的有害气体产生量以及局部通风机的吸风量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。 ①照瓦斯涌出量计算 ②Q掘=100×qCH4×KCH4 ③式中： ④Q掘——掘进工作面实际需要风量，m3/min； ⑤q CH4——掘进工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌 出量，m3/min。抽放矿井的瓦斯涌出量，应扣除瓦斯抽放量进行计算； KCH4——掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值； 100——按掘进工作面回风流中瓦斯浓度不应超过1％的换算系数。 ②按照二氧化碳涌出量计算 Q掘=67×qCO2×KCO2 式中： Q掘——掘进工作面实际需要风量，m3/min； qCO2——掘进工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量，m3/min；
KCO2——掘进工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对二氧化碳涌出量与月平均日二氧化碳绝对涌出量的比值；67——按掘进工作面回风流中二氧化碳浓度不应超过1.5％的换算系数。 ③按炸药量计算 a)一级煤矿许用炸药：Q掘≥25A b)二、三级煤矿许用炸药：Q掘≥10A 式中： Q掘——掘进工作面实际需要风量，m3/min； A——掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，Kg；25——每千克一级煤矿许用炸药需风量，m3/min；10——每千克二、三级煤矿许用炸药需风量，m3/min。 按上述条件计算的最大值，确定局部通风机吸风量。 ④按局部通风机实际吸风量计算 a)无瓦斯涌出的岩巷：Q掘=Q扇×I+60×0.15S b)有瓦斯涌出的岩巷、半煤岩巷和煤巷：Q掘=Q扇×I+60×0.25S 式中： Q掘——掘进工作面实际需要风量，m3/min； Q扇——局部通风机实际吸风量，m3/min； I——掘进工作面同时通风的局部通风机台数；
第1章 相空间重构 第1章相空间重构 (1) 1.1 引言 (2) 1.2 延迟时间τ的确定 (3) 1.1.1自相关函数法 (4) 1.1.2平均位移法 (4) 1.1.3复自相关法 (5) 1.1.4互信息法 (6) 1.2嵌入维数m的确定 (7) 1.2.1几何不变量法 (7) 1.2.2虚假最近邻点法 (8) 1.2.2伪最近邻点的改进方法－Cao方法 (9) 1.3同时确定嵌入维和延迟时间 (10) 1.3.1时间窗长度 (10) 1.3.2 C-C方法 (10) 1.3.3 改进的C-C方法 (12) 1.3.4微分熵比方法 (14) 1.4非线性建模与相空间重构 (14) 1.5海杂波的相空间重构 (15) 1.6本章小结 (16) 1.7 后记 (16) 参考文献 (17)
1.1 引言 一般时间序列主要是在时间域或变换域中进行研究，而在混沌时间序列处理中，无 论是混沌不变量的计算、混沌模型的建立和预测都是在相空间中进行，因此相空间重构 是混沌时间序列处理中非常重要的第一步。 为了从时间序列中提取更多有用信息，1980年Packard 等人提出了用时间序列重构 相空间的两种方法：导数重构法和坐标延迟重构法[1]。从原理上讲，导数重构和坐标延 迟重构都可以用来进行相空间重构，但就实际应用而言，由于我们通常不知道混沌时间 序列的任何先验信息，而且从数值计算的角度看，数值微分是一个对误差很敏感的计算 问题，因此混沌时间序列的相空间重构普遍采用坐标延迟的相空间重构方法[2]。坐标延 迟法的本质是通过一维时间序列{()}x n 的不同时间延迟来构造m 维相空间矢量： {(),(),,((1))}x i x i x i m ττ=++?x(i) (1.1) 1981年Takens 等提出嵌入定理：对于无限长、无噪声的d 维混沌吸引子的标量时 间序列{()}x n ，总可以在拓扑不变的意义上找到一个m 维的嵌入相空间，只要维数 21m d ≥+[3]。Takens 定理保证了我们可以从一维混沌时间序列中重构一个与原动力系 统在拓扑意义下等价的相空间，混沌时间序列的判定、分析与预测是在这个重构的相空 间中进行的，因此相空间的重构是混沌时间序列研究的关键[2]。 1985年Grassberger 和Procaccia 基于坐标延迟法，提出了关联积分的概念和计算公 式，该方法适合从实际时间序列来计算混沌吸引子的维数，被称作G-P 算法[4]。G-P 算 法是混沌时间序列研究中的一个重要突破，从此对混沌时间序列的研究不仅仅局限于已 知的混沌系统，而且也扩展到实测混沌时间序列，从而为混沌时间序列的研究进入实际 应用开辟了一条道路[2]。 坐标延迟相空间重构技术有两个关键参数：即嵌入维m 和时间延迟τ的确定。在 Takens 定理中，对于理想的无限长和无噪声的一维时间序列，嵌入维m 和时间延迟τ可 以取任意值，但实际应用最后等时间序列都是含有噪声的有限长序列，嵌入维数和时间 延迟是不能任意取值，否则会严重影响重构的相空间质量。 有关时间延迟与嵌入维的选取方法，目前主要有两种观点。一种观点认为两者是互
一、预测原则 1、根据矿井瓦斯涌出量预测方法(AQ 1018-2006标准)。 2、本矿井处于基建阶段，瓦斯涌出主要来源为回采工作面、煤巷掘进面及煤壁涌出。 3、岩巷瓦斯涌出量一般按照工作面配风量和工作面瓦斯浓度进行计算。 4、全矿井的瓦斯涌出量由煤、岩巷掘进工作面、其他巷道或硐室和瓦斯抽采量组成。 二、预测依据 1、回采工作面瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达，以24h 为一个预测圆班，采用式（1-1）计算。 21q q q +=采 式（1-1） 式中： q 采一回采工作面相对瓦斯涌出量,m 3/t ； q 1一开采层相对瓦斯涌出量，m 3/t ； q 2一邻近层相对瓦斯涌出量，m 3/t 。 开采层和邻近层相对瓦斯涌出量计算方法如下： a.不分层开采时，开采层瓦斯涌出量由式（1-2）计算： ()c W W M m k k k q -????=03211 式（1-2） 式中： q 1一开采层相对瓦斯涌出量，m 3/t ； K 1一围岩瓦斯涌出系数，取1.2； K 2—工作面丢煤瓦斯涌出系数，取1.18； K 3—采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，取0.83； m 一开采层厚度,6m ； M 一工作面采高，3.5m ； W 0—煤层原始瓦斯含量,m 3/t ； Wc —运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m 3/t 。 b. 未开采邻近层，故不计算邻近层瓦斯涌出量。 2、掘进工作面煤壁和落煤瓦斯涌出量
a.掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量采用式(1-1)计算。 30q (2 1)L D v q v =???- (1-1) 式中： q 3—掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m 3／min ； D —巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m ；本矿主采3#煤层，煤层平均厚度为6.27m ；对于厚煤层，D =2h+b ，h 及b 分别为巷道的高度及宽度。 υ—巷道平均掘进速度，m ／min ； L —巷道长度，m ； q 0—煤壁瓦斯涌出强度，m 3／(m 2?min )，如无实测值可参考式(1-2)计算。 q 0＝ 0.026[0.0004(Vr )2＋0.16]W 0 (1-2) 式中： q 0 — 巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，m 3／(m 2?min )： V r — 煤中挥发分含量，％，古城煤矿3#煤层挥发份经煤炭工业厅综合测试中心鉴定为11.49%。 W 0 — 煤层原始瓦斯含量，m 3／t 。 b. 掘进落煤的瓦斯涌出量 掘进巷道落煤的瓦斯涌出量采用式（1-3）计算。 q 4＝Ｓ·v ·γ·(W 0－W c ) (1-3) 式中：q 4 —— 掘进巷道落煤的瓦斯涌出量，m 3/min ; S —— 掘进巷道断面积，m 2； υ —— 巷道平均掘进速度，m /min ； γ —— 煤的密度，t ／m 3； W 0 —— 煤层原始瓦斯含量，m 3/t ; W c —— 运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m 3/t 。
暂态混沌动力学在神经网络优化计算中的应用 ⒇ 杨立江 陈天仑 黄五群 (南开大学物理科学学院,天津,300071)摘 要 通过在神经网络状态空间演化方程中引入一个非线性反馈项,使神经网络系统的动力学表现出混沌特性. 为将混沌动力学作为搜索机制应用于优化问题,又引入一个调节机制构成了暂态混沌神经网络模型.本文着重 分析了暂态混沌神经网络动力学行为,并将其应用于旅行推销员问题.实现了全局优化且有较快的收敛速度. 关键词:神经网络;暂态混沌动力学;组合优化;T SP 0 引 言 神经网络是一个非常复杂的非线性巨系统,存在各种复杂动力学行为.在生物学实验中人们已观察到人脑和动物神经系统中的各种混沌行为,因此在人工神经网络中引入和讨论混沌动力学必将提高人工神经网络的智能化程度,使人工神经网络具有更为广阔的应用前景.迄今已提出了许多具有混沌动力学的神经网络模型[1～3],本文通过在神经网络演化方程中引入一个非线性自反馈项,提出了一个混沌神经网络模型.为了利用混沌动力学作为优化问题中的搜索机制,我们进一步讨论了暂态混沌神经网络模型,预期能在优化问题中获得更好的跳出局域坑并收敛到全局最小的能力.在旅行推销员问题的应用中,也确实验证了本文提出的暂态混沌神经网络具有较好的收敛结果和速度. 1 暂态混沌神经网络模型 首先引入非线性自反馈项构成了混沌神经网络模型(CNN),在此基础上,通过一个调节机制又构成了暂态混沌神经网络模型. 1.1 混沌神经网络模型 混沌神经网络模型可描述如下[1,3] V i (t )=11+e -U i /X (1) U i (t +1)=KU i (t )+T ∑N j =1W ij V i (t )+I i +g [U i (t )-U i (t -1)],i =1,2,…,n (2) 其中U i 为第i 个神经元的内部状态;V i 为第i 个神经元的输出;W ij 为神经元j 到i 的互连权重;I i 为第i 个神经元的输入偏置;k 为神经膜阻尼系数(0≤k ≤1);X 是输出函数的陡度参数. 混沌神经网络模型与一般的神经网络模型的重要区别在于演化方程(2)式右端的自反馈项g [U i (t )-U i (t -1)].正是由于这个自反馈项的引入.才使混沌神经网络具有更加丰富的时空动力学行为,而一般的神经网络系统则仅仅通过梯度下降收敛到一个稳定状态. 通常自反馈项的函数g (x )取为非线性函数,非线性函数的具体形式在问题中至关重要.本文中,第32卷 第3期 南开大学学报(自然科学) V o l.32 №3 1999年9月Acta Scientiarum N aturalium Universitatis N ankaiensis Sep.1999 ⒇收稿日期:1999-06-10*国家九五攀登计划非线性科学项目资助课题
1、回采工作面瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量由开采层（包括围岩）和邻近层两部份组成，计算公式如下： q 采=q 1+q 2 式中：q 采——回采工作面相对瓦斯涌出量，m 3/t ； q 1——开采层相对瓦斯涌出量，m 3/t ； q 2——邻近层相对瓦斯涌出量，m 3/t ； 1、开采层瓦斯涌出量 )(q 03211c W W M m K K K －?? ??= 式中：K 1——围岩瓦斯涌出系数； K 2——回采工作面丢煤涌出系数，其值为回采率的倒数； K 3——顺槽掘进预排系数，后退式回采，K 3=（B-2b ）/ B ； B ——回采工作面长度，m ； b ——顺槽瓦斯预排宽度，m ； m ——开采层厚度，m ； M ——工作面采高，m ； W 0——煤层原始瓦斯含量，m 3/t ； W c ——煤层残存瓦斯含量，m 3/t 。 2、邻近层瓦斯涌出量 )(q 012ci i i n i i W W M m -??=∑ =η 式中：q 2—— 邻近层相对瓦斯涌出量，m 3/t ； i η——邻近层瓦斯排放率，%； W 0i ——各邻近层原始瓦斯含量，m 3/t ； W ci ——各邻近层残存瓦斯含量，m 3/t ； m i ——各邻近层煤厚，m ； 其余符号意义同前。 2、掘进面瓦斯涌出量计算
掘进工作面瓦斯涌出来源包括两部份，一是暴露煤壁涌出瓦斯，二是破落煤块涌出瓦斯，其涌出量计算公式如下： q 掘=q 3+q 4 q 3=D×V×q 0×(2 1V L -) q 4=S×V×γ×(W 0－W c ) 式中：q 掘——掘进面绝对瓦斯涌出量，m 3/min ； q 3——掘进巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m 3/min ； q 4——掘进巷道落煤绝对瓦斯涌出量，m 3/min ； D ——巷道断面内暴露煤壁面周边长度，m ； V ——巷道平均掘进速度，m/min ； L ——掘进煤巷长度，m ； q 0——掘进面煤壁瓦斯涌出初速度，m 3/（m 2·min）； q 0=0.026 [ 0.0004×(V r )2+0.16 ] ×W 0 式中：V r ——掘进煤层原煤挥发份，% S ——掘进煤巷断面积，m 2 ； γ——原煤容重，t/m 3； 其余符号意义同前。 3、采区瓦斯涌出量计算 1 i 1A 1440K ? ?? ??+=∑∑==n n i i i i q A q q 掘采‘ 区 式中：q 区——生产采区相对瓦斯涌出量，m 3/t ； K′——生产采区内采空区瓦斯涌出系数； q 采i ——第i 个回采工作面相对瓦斯涌出量，m 3/t ； A i ——第i 个回采工作面的日产量，t ； q 掘i ——第i 个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m 3/min ； A o ——生产采区平均日产量，t ； 4、矿井瓦斯涌出量