礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)的研究

鄭 晶

（福建江夏學(xué)院，福州 350000）

0 引言

由于礦山行業(yè)操作的特殊性，安全方面也較其他行業(yè)更為危險(xiǎn)，是職工傷亡發(fā)生率最高的行業(yè)，據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局調(diào)度中心統(tǒng)計(jì)，2006年全國(guó)非煤礦山共發(fā)生傷亡事故1 869起，死亡2 271人。礦山開采的安全問題是很嚴(yán)峻的，任何一個(gè)細(xì)節(jié)出錯(cuò)都有可能導(dǎo)致人員傷亡或者財(cái)產(chǎn)損失，所以對(duì)于礦山安全的考慮需要面面俱到，要進(jìn)行科學(xué)的分析，并能夠?qū)ξｋU(xiǎn)的存在做出預(yù)測(cè)。因此安全預(yù)警技術(shù)在礦山安全生產(chǎn)中就越來越重要了。

礦山行業(yè)要重視對(duì)危險(xiǎn)源和隱患進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警，采用信息化技術(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)施監(jiān)控預(yù)警，把事故消滅在萌芽狀態(tài)，把礦山安全生產(chǎn)提升到一個(gè)新的水平。實(shí)踐證明，任何事故的發(fā)生都是有征兆的，可以通過監(jiān)測(cè)礦山生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)來預(yù)防事故的發(fā)生。預(yù)警技術(shù)是根據(jù)預(yù)先制定的標(biāo)準(zhǔn)來衡量計(jì)劃的完成狀況，并糾正生產(chǎn)中所出現(xiàn)的不允許的偏差，讓生產(chǎn)順利進(jìn)行。預(yù)警技術(shù)以防范企業(yè)發(fā)生危機(jī)為目標(biāo)，使企業(yè)始終處于安全的狀態(tài)。因此預(yù)警技術(shù)在礦山安全生產(chǎn)過程中是至關(guān)重要的。

1 礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)［1］是利用專家的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)以及監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)礦山安全生產(chǎn)狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)的系統(tǒng)，其核心是礦山安全數(shù)據(jù)的采集和專家知識(shí)庫(kù)的建立。礦山安全預(yù)警系統(tǒng)主要預(yù)測(cè)礦山安全的9大部分：采掘、通風(fēng)、運(yùn)輸和提升系統(tǒng)、電氣設(shè)備、煤與瓦斯突出及防治、礦井火災(zāi)及防治、礦井水災(zāi)及防治、爆炸材料和井下爆破、煤礦救護(hù)。根據(jù)礦山安全監(jiān)測(cè)預(yù)警的實(shí)際情況和特點(diǎn)，礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)主要分為2大部分：一個(gè)部分負(fù)責(zé)監(jiān)控礦山生產(chǎn)，另一部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，發(fā)現(xiàn)事故隱患立刻報(bào)警進(jìn)行相應(yīng)處理。預(yù)警信息系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［2］如圖1所示。

圖1 礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)擬采用B/S和C/S模式相結(jié)合的結(jié)構(gòu)［3］，C/S模式主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，B/S模式主要進(jìn)行預(yù)警系統(tǒng)的可視化表現(xiàn)。礦山安全實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集主要來源于監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中主要由礦山安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)負(fù)責(zé)采集。預(yù)警系統(tǒng)的核心模塊是礦山危險(xiǎn)預(yù)測(cè)分析模塊，此模塊主要負(fù)責(zé)把采集到的數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)中專家提供的經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中出現(xiàn)的不允許的偏差，并及時(shí)修正生產(chǎn)中的錯(cuò)誤，預(yù)防事故的發(fā)生。因此，礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的建立是整個(gè)預(yù)警信息系統(tǒng)的主要步驟。

2 礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)的建立

礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)是安全預(yù)警信息系統(tǒng)中的核心部分，其主要存儲(chǔ)礦山進(jìn)行安全生產(chǎn)的原理、專家的經(jīng)驗(yàn)以及進(jìn)行礦山安全預(yù)測(cè)所需的知識(shí)。知識(shí)庫(kù)的知識(shí)量和豐富程度直接影響到安全預(yù)警信息系統(tǒng)預(yù)測(cè)的智能水平，所以構(gòu)建完善的礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)是至關(guān)重要的。知識(shí)庫(kù)的總體建設(shè)如圖2所示：

圖2 礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)總體建設(shè)框圖

2.1 知識(shí)庫(kù)的知識(shí)分類和獲取

根據(jù)礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)所要監(jiān)測(cè)的9大部分，知識(shí)庫(kù)的知識(shí)也分為9大類：采掘知識(shí)、通風(fēng)知識(shí)、運(yùn)輸和提升系統(tǒng)知識(shí)、電氣設(shè)備知識(shí)、煤與瓦斯突出及防治知識(shí)、礦井火災(zāi)及防治知識(shí)、礦井水災(zāi)及防治知識(shí)、爆炸材料和井下爆破知識(shí)、煤礦救護(hù)知識(shí)。

知識(shí)庫(kù)的知識(shí)獲取是為了構(gòu)建更加完善的礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)，所以要建立健全、完善、有效的知識(shí)庫(kù)，以滿足礦山安全預(yù)測(cè)的需求。對(duì)于知識(shí)庫(kù)的知識(shí)獲取，一般需要以下幾個(gè)步驟：

（1）知識(shí)的提取。根據(jù)知識(shí)庫(kù)的分類，把礦山安全專家對(duì)生產(chǎn)過程中安全隱患的認(rèn)識(shí)以及礦山安全文獻(xiàn)中所提及的安全條例，比如《煤礦安全監(jiān)察條例》、《煤礦安全規(guī)程》等中的有用知識(shí)經(jīng)過理解提取出來，用于建立知識(shí)庫(kù)。

（2）知識(shí)的表示。把提取出來的知識(shí)進(jìn)行表示。首先表示為某種知識(shí)表示形式，比如謂詞邏輯、產(chǎn)生式規(guī)則等，然后把該形式轉(zhuǎn)換為電腦可以識(shí)別的形式。

例如，1982年中國(guó)頒布的《礦山安全條例》中規(guī)定采掘作業(yè)面進(jìn)風(fēng)流中，按體積計(jì)算，O2不得低于2.8%，CO2不得高于5%。采用啟發(fā)式表示為：

RULE MINING

IF氧氣高于2.8%AND

二氧化碳高于5%

THEN安全

CNF 1

其中CNF為各結(jié)論所附加的信譽(yù)度，取值范圍為［0，1］。

（3）知識(shí)的錄入。把表示后的知識(shí)進(jìn)行編輯、錄入。

（4）知識(shí)的監(jiān)測(cè)。在進(jìn)行知識(shí)輸入的時(shí)候進(jìn)行檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)知識(shí)中存在的知識(shí)不一致、不完善等錯(cuò)誤。

2.2 知識(shí)庫(kù)的存儲(chǔ)

礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)的存儲(chǔ)可以建立在 Microsoft SQL Server2005數(shù)據(jù)庫(kù)中。SQL SERVER主要采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的二維表單結(jié)構(gòu)模式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)由事實(shí)表、規(guī)則表、條件表與結(jié)論表［4］構(gòu)成，其中事實(shí)表主要存儲(chǔ)事實(shí)性的知識(shí)；規(guī)則表、條件表和結(jié)論表共同來存儲(chǔ)條件式的知識(shí)。具體的知識(shí)庫(kù)的E－R圖如圖3所示：

圖3 礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)E－R圖

條件式的表達(dá)式的形式是：IF＜條件＞，THEN＜結(jié)論＞，CNF＜置信度＞。其中條件存儲(chǔ)于條件表，結(jié)論存儲(chǔ)于結(jié)論表，條件進(jìn)行匹配的規(guī)則存儲(chǔ)于規(guī)則表中，CNF為各規(guī)則結(jié)論部分所附加的置信度，稱為規(guī)則強(qiáng)度，取值在［0，1］之間。

2.3 知識(shí)庫(kù)的維護(hù)

知識(shí)庫(kù)的建立是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，需要反復(fù)測(cè)試、修改和擴(kuò)充。當(dāng)預(yù)警信息系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)知識(shí)庫(kù)的需求發(fā)生變化，比如預(yù)測(cè)有誤或者生產(chǎn)無法安全進(jìn)行時(shí)，都要更新知識(shí)庫(kù)，補(bǔ)充新的知識(shí)，甚至還要對(duì)知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的調(diào)整。除了對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行不定期的更新以外，還要對(duì)知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份與恢復(fù)等工作，以維護(hù)知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)。程序員在對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行操作時(shí)，使用SQL命令時(shí)，最好使用事務(wù)，以免執(zhí)行了DELETE、UPADATE、ALTER甚至DROP命令，給知識(shí)庫(kù)造成毀滅性的災(zāi)難，因?yàn)閷?shí)用事務(wù)可以通過ROLLBACK命令恢復(fù)錯(cuò)誤前的操作。設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的時(shí)候，還需要保存好日志，以便在進(jìn)行了錯(cuò)誤操作以后，可以通過日志進(jìn)行恢復(fù)。實(shí)施對(duì)知識(shí)庫(kù)的維護(hù)，確保知識(shí)庫(kù)的實(shí)時(shí)更新及其安全，以穩(wěn)固礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)。

3 結(jié)語

礦山行業(yè)的安全問題一直是礦山安全生產(chǎn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。預(yù)警技術(shù)可以減少、預(yù)防礦山安全事故的發(fā)生，減少由此引起的各種損失，促進(jìn)礦山行業(yè)的持續(xù)增長(zhǎng)。所以建立礦山安全預(yù)警信息系統(tǒng)也是礦山行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。合理地利用信息技術(shù)，幫助管理者對(duì)生產(chǎn)做出判斷，也有助于應(yīng)急反應(yīng)的實(shí)際管理。

本文所建立的知識(shí)庫(kù)，在知識(shí)獲取過程中使知識(shí)的表示范圍更全面、更精確，完全符合礦山安全實(shí)際情況，提高了系統(tǒng)對(duì)礦山安全生產(chǎn)狀態(tài)的分析與預(yù)警的效率。采用SQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)知識(shí)，便于知識(shí)庫(kù)的使用、管理和維護(hù)。

［1］李春民，王云海，張興凱.礦山安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與綜合管理信息系統(tǒng)［J］.2007，26（5）：655－657.

［2］劉振平，許夢(mèng)國(guó)，吳璇，等.金屬礦山采礦作業(yè)安全預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)施［J］.礦山安全與環(huán)保，2007，34（3）：83－85.

［3］張海峰，范公勤.煤礦安全預(yù)警管理系統(tǒng)研究［J］.煤礦安全，2007（6）：84－86.

［4］劉小生，孫群.礦山安全預(yù)警專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的研究［J］.礦山安全與環(huán)保，2008，35（3）：34－36.