灰色理論在礦山安全事故預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

夏青青,賀躍光,賀德安

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410076；2.湖南省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局,湖南長(zhǎng)沙 410118)

礦山業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè),也是安全事故發(fā)生率最高的行業(yè)之一,其安全管理問題成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn),在“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針指導(dǎo)下,我國(guó)政府各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)十分重視安全生產(chǎn)問題。文章以2003-2007年全國(guó)非煤礦山事故死亡人數(shù)為例,建立非煤礦山事故死亡人數(shù)灰色預(yù)測(cè)模型,力求了解非煤礦山未來可能發(fā)生的安全事故,為非煤礦山生產(chǎn)安全決策提供參考。

1 礦山安全中的灰色預(yù)測(cè)原理

灰色系統(tǒng)(Grey System)理論是我國(guó)著名學(xué)者鄧聚龍教授20世紀(jì)80年代初創(chuàng)立的一種兼?zhèn)滠浻部茖W(xué)特性的新理論。該理論將信息完全明確的系統(tǒng)定義為白色系統(tǒng),將信息完全不明確的系統(tǒng)定義為黑色系統(tǒng),將信息部分明確、部分不明確的系統(tǒng)定義為灰色系統(tǒng)[1]。灰色預(yù)測(cè)具有要求樣本數(shù)據(jù)量少、實(shí)用、精確的特點(diǎn),對(duì)于安全事故如受政策影響和人為因素干擾、以及其他各種原因?qū)е碌氖鹿蕵颖玖可俚那闆r具有優(yōu)勢(shì),而礦山安全事故作為一個(gè)本身具有很大的偶然性和模糊性的隨機(jī)事件,適合應(yīng)用灰色系統(tǒng)的理論進(jìn)行研究,傳統(tǒng)的安全管理實(shí)質(zhì)上是被動(dòng)的事后事故管理,要有效地防止礦山安全事故發(fā)生,就必須開展安全預(yù)測(cè)工作。

2 GM(1,1)灰色預(yù)測(cè)建模方法

1)建立原始數(shù)據(jù)序列

2)對(duì)原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行級(jí)比檢驗(yàn)

計(jì)算級(jí)比：

若滿足即可建立 GM(1,1,)模型；對(duì)于級(jí)比檢驗(yàn)不合格的序列,必須作數(shù)據(jù)變換處理,使其變換后序列的級(jí)比落于可容覆蓋中,通常的變換處理途徑有：平移變換、對(duì)數(shù)變換、方根變換[3]。

3)對(duì)原始數(shù)據(jù)序列x(0)作累加變換,得：x(1)=AGO x(0)=

獲得級(jí)比序列：

檢驗(yàn)級(jí)比是否滿足覆蓋序列：

4)對(duì)累加生成序列x(1)的前后相鄰數(shù)據(jù)取平均值 ,得：

式中z(1)(k)=0.5x(1)(k)+0.5x(1)(k-1)

5)計(jì)算模型的中間參數(shù)C、D、E、F

6)計(jì)算發(fā)展系數(shù) a和灰輸入量b

7)構(gòu)造預(yù)測(cè)模型

由 GM(1,1)的灰微分方程 x(0)(k)+az(1)(k)=b,可得到其白化響應(yīng)式

8)建立還原模型

9)模型精度的檢驗(yàn)

一個(gè)預(yù)測(cè)模型要經(jīng)過多種檢驗(yàn)才能判定其是否合理,是否合格,是否能有效地預(yù)測(cè)安全事故,在灰色系統(tǒng)理論中,通常采用均方差檢驗(yàn)和關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn),檢驗(yàn)等級(jí)見表1[4]。

表1 模型檢驗(yàn)等級(jí)參照情況

3 實(shí)例研究

根據(jù)表2給出的我國(guó)非煤礦山2003-2007年死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)形成一個(gè)已知的原始數(shù)據(jù)序列,采用灰色預(yù)測(cè)模型 GM(1,1)進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算。

1)構(gòu)造預(yù)測(cè)模型

原始序列為 x(0)=(2 890,2 699,2 342,2 271,2 188)

根據(jù)式(4),n=5時(shí),σ(0)(k)屬于區(qū)間,級(jí)比檢驗(yàn)合格,可建立 GM(1,1)模型。

根據(jù)式(7)和式(8)計(jì)算得到 a=0.069 1、b=2 916.520 9

數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模型為：

最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行還原處理,得到非煤礦山死亡人數(shù)預(yù)測(cè)值,結(jié)果見表2及圖1。

表2 我國(guó)非煤礦山死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)結(jié)果

圖1 我國(guó)非煤礦山事故死亡人數(shù)預(yù)測(cè)曲線

2)模型精度檢驗(yàn)

①計(jì)算 x(0)與的灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度γ：

從而得到關(guān)聯(lián)度

由表1可知該模型關(guān)聯(lián)度為1級(jí)。

②計(jì)算均方差比 C：

由表1可知該模型均方差比值為1級(jí)。

③計(jì)算小誤差概率：0.674 5S1=182

所以,p=P(|ε(k)-ˉε|＜0.674 5S1)=1＞0.95[5]

由表1可知該模型小誤差概率為1級(jí)。

因此,所建立的灰色預(yù)測(cè)模型 GM(1,1)可用于我國(guó)非煤礦山死亡人數(shù)預(yù)測(cè),根據(jù)該預(yù)測(cè)模型可得到我國(guó)非煤礦山2008-2010年事故死亡人數(shù)分別為：1 992,1 859,1 735 人 。

4 結(jié)語

2003年以來,非煤礦山安全生產(chǎn)形勢(shì)保持了總體穩(wěn)定、趨于好轉(zhuǎn)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。本文針對(duì)我國(guó)非煤礦山事故死亡人數(shù)原始數(shù)據(jù)建立了灰色 GM(1,1)模型,模型精度檢驗(yàn)結(jié)果表明該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果合理,未來3年(2008-2010年)我國(guó)非煤礦山事故死亡人數(shù)將呈逐年遞減的趨勢(shì),這為今后一個(gè)時(shí)期制定安全目標(biāo)提供了參考。

非煤礦山傷亡事故總量仍然過大,重大、特大事故多發(fā)的勢(shì)頭還沒有得到有效遏制,非法、違法生產(chǎn)現(xiàn)象嚴(yán)重,安全生產(chǎn)形勢(shì)依然嚴(yán)峻,因此在保證生產(chǎn)的同時(shí),必須加強(qiáng)安全管理,加強(qiáng)職工安全教育和加大安全方面的投入,切實(shí)做好以人為本,保證礦山可持續(xù)發(fā)展。

[1]劉思峰,黨耀國(guó),方志耕,等.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2004.

[2]鄧聚龍.灰預(yù)測(cè)與灰決策[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2002.

[3]鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2005.

[4]郭齊勝,楊秀月,王杏林,等.系統(tǒng)建模[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2006.

[5]朱曉琳,劉金海.灰色系統(tǒng)理論在煤礦安全生產(chǎn)狀況預(yù)測(cè)中地應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè),2007,16(9)：39-41.