面向煤礦安全事件本體模型研究與應(yīng)用＊

郭曉黎 王 宇 劉瑞祥

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) （北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.北京工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100124；3.北京聯(lián)合大學(xué)信息學(xué)院，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100101）

中國(guó)煤礦主要是在井下進(jìn)行開采生產(chǎn)，井下開采是在多數(shù)信息未知的地下動(dòng)態(tài)空間環(huán)境中進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致煤礦行業(yè)成為事故發(fā)生率很高的行業(yè)。瓦斯、頂板、粉塵、火災(zāi)、水災(zāi)是我國(guó)煤礦主要的5大類型煤礦事故，每當(dāng)煤礦安全事件發(fā)生后，都有大量的相關(guān)報(bào)道涌現(xiàn)，本文就如何從這些大量的報(bào)道中搜索出特定的信息，對(duì)已有的煤礦安全事件進(jìn)行提取、整理，發(fā)掘它們之間的關(guān)系，利用事件之間的關(guān)系構(gòu)建煤礦安全事件本體，為應(yīng)急救援提供參考依據(jù)，為煤礦災(zāi)害安全評(píng)價(jià)提供合理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1 煤礦安全事件本體模型

1.1 事件及事件表示

事件是指在某個(gè)特定的時(shí)間和環(huán)境下發(fā)生的，由若干角色參與，表現(xiàn)出若干動(dòng)作特征的一件事情。形式上，事件可表示為e，定義為一個(gè)六元組e= （A，O，T，V，P，L），其中，事件六元組中的元素稱為事件要素，分別表示動(dòng)作、對(duì)象、時(shí)間、環(huán)境、斷言、語(yǔ)言表現(xiàn)。

1.2 煤礦安全事件類及類間關(guān)系

1.2.1 煤礦安全事件類

煤礦事故的發(fā)生、發(fā)展及演化過程都是在一定的煤礦客觀事物系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行的，煤礦客觀事物系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)的突變從而引發(fā)煤礦事故。每個(gè)煤礦事故都包含一個(gè)演化生命周期過程，該過程包括事故萌芽、事故爆發(fā)、事故演化擴(kuò)散、事故衰退、事故消亡，在其過程內(nèi)該煤礦事故系統(tǒng)一直與外環(huán)境進(jìn)行能量交換、物質(zhì)交換、信息交換，表現(xiàn)出煤礦事故系統(tǒng)的較強(qiáng)動(dòng)態(tài)性。因此，可以引入事件本體的相關(guān)理論來(lái)構(gòu)建煤礦安全事件本體類。

事件類是具有共同特征的事件的集合，記為EC= ｛E，CA，CO，CT，CV，CP，CL｝。其中，E 是事件的集合，稱為事件類的外延；Ci= ｛Ci1，Ci2，…，Cim｝（i∈ ｛A，O，T，V，P，L｝，m ≥1）稱為事件類的內(nèi)涵，是E 的每個(gè)事件在第i個(gè)要素上具有的共同特性的集合，Cim是事件類中每個(gè)事件在第i個(gè)要素上具有的一個(gè)共同特性。

煤礦生產(chǎn)事故按性質(zhì)分類可分為瓦斯事故、頂板事故、運(yùn)輸事故、火災(zāi)事故、水害事故、機(jī)電事故、運(yùn)輸事故及其他事故八類。煤礦生產(chǎn)事故具有偶然性、突發(fā)性、動(dòng)態(tài)性、破壞性、隨機(jī)性、持續(xù)性和不確定性的特點(diǎn)。

1.2.2 煤礦安全事件類間關(guān)系

當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生后以一定概率導(dǎo)致另一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，就稱這兩個(gè)事件是有關(guān)系的。事件之間的關(guān)系來(lái)源于人對(duì)客觀世界長(zhǎng)期的積累認(rèn)識(shí)，是相對(duì)穩(wěn)定的。對(duì)一個(gè)事件來(lái)說，動(dòng)作要素是事件的核心要素，可以通過動(dòng)作要素建立事件類間的關(guān)系。根據(jù)事件的動(dòng)作要素進(jìn)行分類，可以將煤礦安全事件類之間的關(guān)系分為繼承關(guān)系RIH、組成關(guān)系RCP、因果關(guān)系RCS、跟隨關(guān)系RFL、并發(fā)關(guān)系RCC、條件關(guān)系RCD等。

（1）繼承關(guān)系RIH，表示煤礦安全事件之間的層級(jí)關(guān)系。下級(jí)事件繼承了上層事件的所有相關(guān)屬性，并加入特有屬性。

（2）組成關(guān)系RCP，當(dāng)煤礦安全事件類EC1中的每一個(gè)事件都由煤礦安全事件類EC2中相應(yīng)的事件組成時(shí)，則稱兩事件具有組成關(guān)系，EC1稱為大事件，EC2為小事件，表示為RCP（EC1，EC2）。

（3）因果關(guān)系RCS，煤礦安全事件間最為常見的關(guān)系，因?yàn)槊旱V安全事件是因果關(guān)系形成煤礦安全事件的發(fā)展演進(jìn)動(dòng)力，主要表現(xiàn)為一個(gè)事件引發(fā)后一個(gè)事件，后一個(gè)事件又會(huì)引發(fā)后續(xù)的事件發(fā)生，表示為RCS（EC1，EC2）。

（4）跟隨關(guān)系RFL，在一個(gè)煤礦安全事件類EC1的事件發(fā)生后，另一個(gè)煤礦事件類EC2中的事件以一定的概率伴隨發(fā)生，且概率大于既定閾值，則稱兩事件類之間具有跟隨關(guān)系，稱EC1是EC2的前導(dǎo)事件類，EC2是EC1的跟隨事件類，表示為RFL（EC1，EC2）。

（5）并發(fā)關(guān)系RCC，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，一個(gè)煤礦安全事件類EC1的事件和另一個(gè)煤礦安全事件類EC2的事件同時(shí)發(fā)生或伴隨發(fā)生，其概率在給定的范圍內(nèi)，則稱兩事件類之間具有并發(fā)關(guān)系，表示為RCC（EC1，EC2）。

（6）條件關(guān)系RCD，一個(gè)煤礦安全事件類EC2的事件發(fā)生，需要以另一個(gè)煤礦安全事件類EC1的事件的發(fā)生為前提，則稱兩事件類之間具有條件關(guān)系，稱EC1為EC2的 條 件，表 示 為RCC（EC1，EC2）。

1.3 煤礦安全事件本體模型

事件本體是共享的客觀存在的事件類系統(tǒng)模型明確的形式化規(guī)范說明，表示為EO 。煤礦安全事件本體的邏輯結(jié)構(gòu)可定義為一個(gè)五元組EO =（ECS，EIS，R，IF，Rules）。其中：

（1）ECS = ｛EC1，EC2，…，ECm｝是事件類集合；

（2）EIS= ｛EI1，EI2，…，EIm｝是事件實(shí)例集合；

（3）R=｛r|r是事件 間的關(guān)系，r∈｛RIH，RCS，RFL，RCC，RCD｝｝；

（4）IF = ｛IFij|IFij是事件類ECi和事件類ECj之間的影響因子｝；

（5）Rules（規(guī)則）由邏輯語(yǔ)言表示，可用于事件斷言所不能覆蓋的部分事件與事件間的轉(zhuǎn)換與推理。

2 煤礦安全事件本體構(gòu)建

2.1 煤礦安全事件類

在對(duì)煤礦事故相關(guān)數(shù)據(jù)資料搜集與處理后，需要對(duì)其進(jìn)行分析、抽取出煤礦安全事件類，按照事件本體的相關(guān)構(gòu)建方法，從煤礦事故發(fā)生前、發(fā)生中、發(fā)生后3個(gè)方面來(lái)構(gòu)建事件本體。煤礦安全事件類的設(shè)計(jì)自頂向下逐層進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先設(shè)計(jì)了事故應(yīng)急響應(yīng)、事故調(diào)查、善后處理、煤礦安全事故4個(gè)類，然后針對(duì)每個(gè)煤礦安全事件類設(shè)計(jì)各自的子類，煤礦安全事件類結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 煤礦安全事件類間關(guān)系

煤礦八類生產(chǎn)事故中，瓦斯事故發(fā)生后有可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)，兩者之間是跟隨關(guān)系；事故一旦發(fā)生就會(huì)發(fā)出警報(bào)，事故與警報(bào)之間是因果關(guān)系；發(fā)出警報(bào)后，成立救援小組并且上報(bào)，這也是跟隨關(guān)系；成立救援小組要指揮救援，傷員救助、控制事態(tài)、疏導(dǎo)人員、事故調(diào)查與指揮救援就是組成關(guān)系；事故調(diào)查與善后處理是伴隨關(guān)系；事故調(diào)查與死傷、獲救、匯報(bào)情況等是組成關(guān)系；善后處理與事故問責(zé)、布置防患措施、恢復(fù)生產(chǎn)等是組成關(guān)系。煤礦安全事件類間關(guān)系如圖2所示。

圖1 煤礦安全事件類結(jié)構(gòu)

圖2 煤礦安全事件類間關(guān)系

2.3 煤礦安全事件類實(shí)例

創(chuàng)建煤礦安全事件類模型之后，就要收集煤礦安全領(lǐng)域相關(guān)語(yǔ)料 （指信息或數(shù)據(jù)），應(yīng)用protégé本體編輯器，并依據(jù)煤礦安全事件類模型創(chuàng)建煤礦安全事件類實(shí)例，李一礦瓦斯異常涌出事故是瓦斯突出事件類的一個(gè)實(shí)例，如圖3所示。事件類間關(guān)系決定了事件類實(shí)例間關(guān)系，Object property assertions項(xiàng)表示該事件實(shí)例與李一礦發(fā)出警報(bào)這個(gè)事件類實(shí)例為因果關(guān)系。實(shí)例屬性包含瓦斯?jié)舛?、地點(diǎn)、瓦斯異常涌出量、情況描述、事件和吊頂（冒頂）煤量等，其中地點(diǎn)、情況描述、時(shí)間為所有事件實(shí)例的共有屬性，瓦斯?jié)舛取⑼咚巩惓Ｓ砍隽?、吊頂煤量為該事件?shí)例的特有屬性。圖3左邊Date property Types列為各屬性的數(shù)據(jù)類型表示，右邊Date property assertions項(xiàng)為各屬性的詳細(xì)信息描述。這樣就對(duì)這個(gè)事件有了一個(gè)直觀的了解。在創(chuàng)建大量的實(shí)例后，可以從大量的實(shí)例中挖掘出事件類以及各屬性間隱含關(guān)系，為事故發(fā)生后的應(yīng)急處理提供支持。

圖3 實(shí)例詳細(xì)描述

3 結(jié)語(yǔ)

事件本體作為一種面向事件的知識(shí)表示方法更符合現(xiàn)實(shí)世界的存在規(guī)律和人類對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知規(guī)律。煤礦作為一個(gè)高危行業(yè)，其安全事故時(shí)有發(fā)生，如何應(yīng)用歷史煤礦安全事件快速獲取應(yīng)對(duì)當(dāng)前突發(fā)事件的解決思路，以應(yīng)對(duì)突發(fā)的安全事件是急需解決的關(guān)鍵問題。本文將事件本體引入到煤礦安全領(lǐng)域，對(duì)煤礦安全事故的種類及類之間的關(guān)系進(jìn)行了分析研究，從煤礦事故發(fā)生前、發(fā)生中、發(fā)生后3個(gè)方面來(lái)構(gòu)建事件本體類及類間關(guān)系。按照事件本體的相關(guān)構(gòu)建方法，建立了類的實(shí)例。煤礦安全事件本體的構(gòu)建對(duì)煤礦安全系統(tǒng)的建立和安全管理保障安全生產(chǎn)提供幫助。

［1］ 劉宗田，黃美麗等.面向事件的本體研究 ［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009 （11）

［2］ 仲兆滿，劉宗田等.事件關(guān)系表示模型 ［J］.中文信息學(xué)報(bào)，2009 （6）

［3］ 兆滿，劉宗田.利用事件影響關(guān)系識(shí)別文本集合中重要事件的方法 ［J］.模式識(shí)別與人工智能，2010（3）

［4］ 周心權(quán)，吳兵等 .煤礦井下瓦斯爆炸的基本特性［J］.中國(guó)煤炭，2002 （9）