核能安全人因大數(shù)據(jù)挖掘研究

吳博

摘要：核電廠人機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜化和人因研究技術(shù)的多樣化，導(dǎo)致人因數(shù)據(jù)的多樣化和海量化，核能安全人因分析已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代。應(yīng)用結(jié)合人因分析技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)挖掘核能安全人因大數(shù)據(jù)，是目前核能人因研究的重點(diǎn)之一。文章圍繞人因大數(shù)據(jù)挖掘問題，探討了核能人因大數(shù)據(jù)挖掘的價值、技術(shù)體系及今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：人因分析技術(shù)；核能安全；人因大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)挖掘；技術(shù)體系 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP393 文章編號：1009-2374（2016）18-0007-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.004

1 人因數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)

核電已成為我國能源戰(zhàn)略的重要發(fā)展戰(zhàn)略。核電廠是一個由技術(shù)設(shè)備、人和組織、環(huán)境等部分組成的大型復(fù)雜人-機(jī)系統(tǒng)。保障核能存在和發(fā)展的必要條件就是安全。核電廠的安全問題所造成的影響往往是超出想象的，會給社會帶來巨大的負(fù)面影響。

人因可靠性分析（Human Reliability Analysis，HRA）著重研究的是人對核電廠的安全風(fēng)險影響的貢獻(xiàn)大小。核能安全人因分析經(jīng)過多年的發(fā)展，人因數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出明顯的“大數(shù)據(jù)”特征。（1）數(shù)據(jù)量大（Volume），大量的核電廠運(yùn)營數(shù)據(jù)和事件報告不斷累積，已經(jīng)達(dá)到了GB、PB甚至ZB的等級；（2）速度高（Velocity），隨著核電廠和機(jī)組不斷建設(shè)和數(shù)目增多，數(shù)據(jù)在快速增長；（3）數(shù)據(jù)多樣化（Variety），HRA方法不斷改進(jìn)，現(xiàn)在常用的HRA方法已有15種，數(shù)據(jù)類型龐雜；（4）真?zhèn)坞y辨（Veracity），在巨量龐雜的人因數(shù)據(jù)中存在大量的數(shù)據(jù)冗余和不真實數(shù)據(jù)；（5）價值高（Value），核電廠出現(xiàn)的安全事故少，但事故的破壞力大，而事故中人因的影響所導(dǎo)致事故所占的比例較高，人因數(shù)據(jù)的開發(fā)利用對人類有重要意義。由于大數(shù)據(jù)時代人因分析對于數(shù)據(jù)的特殊要求，因此對人因大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘的要求更加迫切，而如何結(jié)合人因分析技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)成為解決問題的關(guān)鍵。

核電廠對人因的重視不斷提高，人因數(shù)據(jù)獲取途徑不斷豐富，測量研究人的技術(shù)和工具不斷進(jìn)步，如眼動議、腦電議等，然而與人因數(shù)據(jù)獲取能力形成鮮明對比的是人因信息處理能力十分低下。目前核能安全人因研究技術(shù)，主要針對某個具體人因事件的分析，沒有考慮對多數(shù)據(jù)來源人因數(shù)據(jù)處理分析，人因數(shù)據(jù)的分析能力和數(shù)據(jù)采集能力之間嚴(yán)重失衡，人因大數(shù)據(jù)處理仍然停留在小數(shù)據(jù)處理的階段，因而對人因大數(shù)據(jù)的利用率低，造成了大數(shù)據(jù)、小知識的窘境。同時海量人因數(shù)據(jù)長期占用有限的空間資源并無法有效利用，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)災(zāi)難和空間浪費(fèi)。因此，有必要研究適應(yīng)于人因大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘方法。

2 人因大數(shù)據(jù)的價值

2.1 提高核電廠的運(yùn)行安全

人因失誤在復(fù)雜人-機(jī)系統(tǒng)中導(dǎo)致事故的比率占到了80%以上，是引發(fā)事故的最主要原因之一，因此需對工業(yè)系統(tǒng)中人因失誤進(jìn)行分析。人是復(fù)雜人-機(jī)系統(tǒng)中非常重要的組成部分，盡管核電廠系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備的安全可靠性得到了很大的提高，運(yùn)行環(huán)境不斷改善，系統(tǒng)呈現(xiàn)高度的自動化，但是最終核電廠還是需要人來對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計、制造、組織、控制和維修，需要由人來對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行操作和控制。因此，人在系統(tǒng)中的作用不僅沒有減弱，還越來越顯得重要和突出。國外PSA報告研究顯示，人因失誤相關(guān)因素造成的反應(yīng)堆事故公眾風(fēng)險大約為50%。因而確保核電廠安全運(yùn)行必須解決的關(guān)鍵問題之一就是預(yù)防與減少人因事故，核電廠人因可靠性研究的意義重大。人因大數(shù)據(jù)挖掘是人因安全研究的重要組成部分，是其重要工具和途徑。

2.2 HRA的基礎(chǔ)性資源

HRA的研究核心是對人因失誤進(jìn)行分析、預(yù)測、減少和預(yù)防，定性和定量地分析和評價人的可靠性。HRA的數(shù)據(jù)都來源于大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和研究科學(xué)數(shù)據(jù)等，都?xì)w屬于人因數(shù)據(jù)。人因數(shù)據(jù)可以為HRA提供所有的定性分析和定量計算的所有數(shù)據(jù)，從而完成HRA研究。人因大數(shù)據(jù)是一種基礎(chǔ)性資源，可以為HRA研究帶來更多的資源。大數(shù)據(jù)的價值主要在于它的全面性，能夠全面反映隱藏在數(shù)據(jù)后的規(guī)律或知識。同理，人因大數(shù)據(jù)的價值主要在于能全面反映人因事件而不是它的海量，并且能夠從數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏在人因大數(shù)據(jù)背后的各種知識，包括心理知識、生理知識、組織管理知識等。對人因大數(shù)據(jù)中隱藏知識的挖掘是人因大數(shù)據(jù)利用的終極目標(biāo)。

3 人因大數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)支撐

數(shù)據(jù)挖掘是一門新興的學(xué)科，主要用于研究人工智能方面以及其在商業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。從技術(shù)方面而言，數(shù)據(jù)挖掘是從含有復(fù)雜、異構(gòu)、模糊等特性的大規(guī)模數(shù)據(jù)集中尋找隱含的、不易被人們發(fā)現(xiàn)的、具有潛在價值的信息的過程。從商業(yè)應(yīng)用方面而言，數(shù)據(jù)挖掘就是把一些潛在規(guī)律和價值從龐大的數(shù)據(jù)庫中抽取出來，獲得關(guān)鍵信息以輔助商業(yè)決策。

基本的大數(shù)據(jù)技術(shù)有：（1）采集技術(shù)、傳感技術(shù)等數(shù)據(jù)產(chǎn)品的開發(fā)和發(fā)展是人因大數(shù)據(jù)采集的重要工具和技術(shù)；（2）儲存技術(shù)。人因大數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)就是數(shù)據(jù)存儲，是人因大數(shù)據(jù)面臨的困難之一，它提供了性能穩(wěn)定可靠且擴(kuò)展性好的儲存管理方案可以承載不斷增加的人因大數(shù)據(jù)；（3）處理技術(shù)。把人因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿艘蛑R是其主要任務(wù)；（4）表達(dá)技術(shù)。表達(dá)就是把人因數(shù)據(jù)中包含的信息予以清楚、有效地描述出來，可以為尋找難以掌握的數(shù)據(jù)提供新的視角；（5）評估技術(shù)。由于數(shù)據(jù)量龐大、測量密度高所以人因大數(shù)據(jù)中易出現(xiàn)錯誤，最大程度地減少錯誤帶來的風(fēng)險就是評估技術(shù)的任務(wù)。

4 人因大數(shù)據(jù)挖掘

目前大數(shù)據(jù)處理的主要工具和有效方法之一就是數(shù)據(jù)挖掘，因為它可以從核能安全人因大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)人的行為模式和規(guī)律，并探索出降低核電廠的人因風(fēng)險的方法。人因數(shù)據(jù)具有行業(yè)特點(diǎn)和領(lǐng)域性特點(diǎn)，具有其多樣性和復(fù)雜性，這決定了人因大數(shù)據(jù)挖掘手段既要具有人因數(shù)據(jù)屬性特點(diǎn)，又要具有大數(shù)據(jù)特點(diǎn)。

（1）人因大數(shù)據(jù)來源多樣且豐富、海量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型眾多、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)形式非常復(fù)雜多樣；（2）需要借助于水平較高的數(shù)據(jù)分析手段，并結(jié)合人因分析技術(shù)使用模型對復(fù)雜的人因數(shù)據(jù)予以組織分析處理。由于較之前小規(guī)模數(shù)據(jù)環(huán)境下的簡單數(shù)據(jù)整合、分析處理而言，人因數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的定位已經(jīng)有了很大提升；（3）人因大數(shù)據(jù)所涉及的挖掘手段類別多樣，對于不同研究目的和數(shù)據(jù)類型要求有不同屬性表現(xiàn)。人因數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)依據(jù)HRA模型而在數(shù)據(jù)挖掘的側(cè)重點(diǎn)上存在區(qū)別；（4）人因數(shù)據(jù)挖掘原則是從多尺度、多維度對數(shù)據(jù)進(jìn)行并行分析?，F(xiàn)代核能安全對人因數(shù)據(jù)信息分析需求逐漸趨于多元化和復(fù)雜化，但多HRA方法并行分析是其趨勢和方向，原因在于今后信息分析的歸一性。

下面將具體分析人因大數(shù)據(jù)挖掘過程和目標(biāo)：

4.1 人因大數(shù)據(jù)挖掘過程

人因大數(shù)據(jù)挖掘的過程就是知識發(fā)現(xiàn)。如圖1，它由數(shù)據(jù)獲取與存儲、數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)融合等部分組成。大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)貫穿于整個過程，其依賴于人因分析理論和大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐。人因大數(shù)據(jù)挖掘具體過程為數(shù)據(jù)采集和存儲，對多源的人因數(shù)據(jù)存儲并將其篩選整合成數(shù)據(jù)集，然后對數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理和分析；接著對處理后的數(shù)據(jù)利用決策樹、遺傳算法等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，探索和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、模式及規(guī)律；最后將這些模式及規(guī)律可視化、直觀地展示。為方便分析和利用，將發(fā)現(xiàn)的信息規(guī)律與現(xiàn)有的知識進(jìn)行融合。

4.2 人因大數(shù)據(jù)挖掘目標(biāo)

核能安全人因大數(shù)據(jù)是核電廠安全人因數(shù)據(jù)的全面反映。一方面，它能與其他行業(yè)領(lǐng)域人因數(shù)據(jù)形成互補(bǔ)；另一方面，人因大數(shù)據(jù)應(yīng)該包含所有的核電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)和各領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的研究數(shù)據(jù)和成果。人因大數(shù)據(jù)的綜合信息挖掘能揭示更多的人的行為和人為規(guī)律。通過一系列的關(guān)聯(lián)規(guī)則等數(shù)據(jù)挖掘方法，可以從人因大數(shù)據(jù)中提取出其隱含的有用信息，它是把人因數(shù)據(jù)發(fā)展到人因信息，再把人因信息發(fā)展到人因知識的過程。人因數(shù)據(jù)挖掘作用在于將人因數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，并應(yīng)用人因分析技術(shù)分析挖掘結(jié)果。對核能安全人因數(shù)據(jù)做到處理，并為核電廠安全提供決策支持。人因知識具有普遍性、自學(xué)習(xí)性等特點(diǎn)，容易被人們認(rèn)可和應(yīng)用，可以為核電廠安全決策提供重要依據(jù)。將人因數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于核電廠領(lǐng)域，就會使人因分析工作變?yōu)楦泳?xì)和簡單易行的工作，從而提高人因大數(shù)據(jù)的利用率，減少存儲資源浪費(fèi)，促進(jìn)核電廠安全可靠性的提高。

5 結(jié)語

大數(shù)據(jù)的發(fā)展促使人類的活動范圍在擴(kuò)大、需求在增長。把大數(shù)據(jù)技術(shù)帶入到核能安全領(lǐng)域能夠大大推動我國核能戰(zhàn)略的發(fā)展，不僅能改善核電廠運(yùn)行環(huán)境、提高核電廠的運(yùn)行效率，還為核電廠的實時監(jiān)測、多分布式人因數(shù)據(jù)采集等方面提供更多的方式和可能，人因數(shù)據(jù)的內(nèi)容更加豐富、全面。同時，這也將加重人因數(shù)據(jù)處理和挖掘的負(fù)擔(dān)，因為更加豐富的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)以及更加大量的數(shù)據(jù)將加大人因大數(shù)據(jù)的范圍，使人因數(shù)據(jù)分析工作變得更加困難，還有可能會對人因分析提出更高的要求，如在線處理實時分析、自動分析等?？梢钥吹?，對人因大數(shù)據(jù)挖掘的重視和發(fā)展不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，還具有重要的現(xiàn)實意義。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）