物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中礦山安全監(jiān)管影響因素研究

劉喜慧

（甘肅省財(cái)政學(xué)校，甘肅 蘭州 730060）

礦山安全監(jiān)管系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)獲取礦山環(huán)境數(shù)據(jù)，通過(guò)參數(shù)是否異常判斷是否安全以及可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)程度等。然而影響因素太多以至于無(wú)法確定各個(gè)參數(shù)對(duì)安全的影響程度，浪費(fèi)資源的同時(shí)帶來(lái)不可預(yù)知的問(wèn)題。因此本文應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[1]相關(guān)理論和方式，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中礦山安全監(jiān)管影響因素動(dòng)力學(xué)模型，分析出各因素對(duì)安全生產(chǎn)影響的重要程度，并應(yīng)用相關(guān)軟件驗(yàn)證模型的有效性和可靠性。

1 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下礦山安全監(jiān)管影響因素分析

由于礦山復(fù)雜的環(huán)境，礦山安全生產(chǎn)事故通常具備突發(fā)性，隱蔽性，復(fù)雜性等特點(diǎn)，正是因?yàn)檫@些原因，導(dǎo)致基于物聯(lián)網(wǎng)的安全生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象繁雜，綜其所有因素，大致可以分為4類(lèi)[2]。

（1）人的要素。人是礦山安全生產(chǎn)活動(dòng)的主體，影響人的因素有很多，總結(jié)起來(lái)主要包括人員的生理和心理因素，人員的技術(shù)水平和素質(zhì)，人員定位以及周邊環(huán)境的影響。

（2）機(jī)的要素。礦山安全生產(chǎn)和監(jiān)控中都需要用到大量的機(jī)器，包括安全生產(chǎn)設(shè)備，監(jiān)控設(shè)備，報(bào)警設(shè)備，生產(chǎn)工具等，機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間工作容易導(dǎo)致一些不確定的問(wèn)題。

（3）自然環(huán)境要素。礦山安全生產(chǎn)處于各種復(fù)雜的地理，氣候，水文環(huán)境下，因這些環(huán)境因素的未知為安全生產(chǎn)帶來(lái)重大影響。其次生產(chǎn)環(huán)境等也影響了礦山安全。

（4）管理要素。礦山安全生產(chǎn)都有一定的操作流程和規(guī)章制度，規(guī)章制度制定的是否合理，操作流程設(shè)計(jì)的是否合規(guī)。

2 礦山安全監(jiān)管影響因素動(dòng)力學(xué)模型

2.1 礦山安全監(jiān)管影響因素因果關(guān)系

因果關(guān)系是影響礦山安全監(jiān)管各因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如前文所述，影響礦山安全監(jiān)管的“四要素”之間的因果關(guān)系如圖1所示。

圖1 因果關(guān)系圖

在上述因果關(guān)系圖中可以看出，各因素之間存在以下幾種回路：

（1）負(fù)反饋平衡性回路，如礦山物聯(lián)網(wǎng)水平的提升-＞人員檢測(cè)水平提升-＞群體行為提升-＞個(gè)人行為提升-＞礦山安全監(jiān)管水平提升-＞安全監(jiān)管與現(xiàn)實(shí)差距降低-＞物聯(lián)網(wǎng)投入降低-＞礦山物聯(lián)網(wǎng)水平降低，

（2）正反饋增強(qiáng)性回路：如個(gè)人行為水平提升-＞安全文化提升-＞安全管理水平提升-＞安全培訓(xùn)教育提升-＞技術(shù)素質(zhì)提升-＞個(gè)人行為水平提升。

（3）負(fù)反饋平衡性回路：環(huán)境安全水平提升-＞礦山安全監(jiān)管水平提升-＞安全監(jiān)管期望與現(xiàn)實(shí)差距降低-＞安全投入降低-＞環(huán)境安全投入降低-＞環(huán)境安全水平降低。

上述反饋回路反映了各因素之間相互之間的關(guān)系，且各因素之間的影響關(guān)系并非線性，不同影響因素之間的影響存在一定的滯后性。

2.2 流率入樹(shù)建模

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)礦山安全的影響主要體現(xiàn)在對(duì)各監(jiān)管對(duì)象的影響上，對(duì)于前述的4個(gè)因素的影響，假設(shè)有存量流量對(duì)：①人的行為水平L1(t)，對(duì)應(yīng)的流量變化量為R1(t)；②設(shè)備設(shè)施水平L2(t)，對(duì)應(yīng)的流量變化量為R2(t)；③環(huán)境安全水平L3(t)，對(duì)應(yīng)的流量變化量為R3(t)；④安全管理水平L4(t)，對(duì)應(yīng)的流量變化量為R4(t)；⑤礦山物聯(lián)網(wǎng)水平L5(t)，對(duì)應(yīng)的流量變化量為R5(t)。流率基本入樹(shù)模型[3]是將系統(tǒng)中的變量按照流率變量為根，輸入變量為葉，并將輔助變量按照因果關(guān)系做圖，如圖2所示。

圖2 四要素流率基本入樹(shù)模型

通過(guò)上述流量變化量可以構(gòu)建流率基本入樹(shù)模型[3]，同時(shí)通過(guò)流率基本樹(shù)做運(yùn)算，通過(guò)現(xiàn)有專(zhuān)家系統(tǒng)[4]可構(gòu)建礦山安全監(jiān)管系統(tǒng)，然后利用數(shù)據(jù)擬合預(yù)測(cè)的方式，對(duì)各要素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系提出動(dòng)態(tài)擬合假設(shè)。并構(gòu)建相關(guān)的方程，如L1(t)變化量R1(t)就表示個(gè)人行為水平＊心理素質(zhì)因子＊技術(shù)水平因子＊群體行為因子＊工作環(huán)境因子。

反饋環(huán)的計(jì)算步驟如下：

（1）直接計(jì)算一階反饋環(huán)，及流率基本變化量方程；

（2）依照簡(jiǎn)化流率入樹(shù)模型的建立方法，通過(guò)入樹(shù)模型T1(t)，T2(t)，…，Tn(t)，然后可以得到如下行列式：

（3）對(duì)行列式An(t)進(jìn)行計(jì)算，即可得入樹(shù)模型的二階反饋環(huán)，然后對(duì)這些反饋環(huán)做二次簡(jiǎn)化流率基本入樹(shù)計(jì)算，可以得到更高階返回環(huán)

通過(guò)枝向量行列式反饋環(huán)計(jì)算[5]的方法計(jì)算各因素的反饋環(huán)，并進(jìn)行行列式矩陣計(jì)算，獲得相應(yīng)的反饋環(huán)，在礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)中，安全管理水平的提升，導(dǎo)致安全監(jiān)管水平增加，同時(shí)導(dǎo)致安全監(jiān)督間隔的增加，進(jìn)而導(dǎo)致投入的減少，物聯(lián)網(wǎng)的投入水平相應(yīng)降低，又反饋導(dǎo)致安全監(jiān)控系統(tǒng)水平的降低。

3 模型測(cè)試

在礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)中，各影響因素之間的關(guān)系是復(fù)雜的，模型測(cè)試的目的是判斷模型與現(xiàn)實(shí)的擬合程度。為了保障模型對(duì)現(xiàn)實(shí)的模擬的可靠性?，F(xiàn)實(shí)性測(cè)試是在將建好初始化值輸入創(chuàng)建好的模型，然后運(yùn)行Vensim仿真軟件[6]得到相關(guān)結(jié)果，然后將這些結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)相比較，即歷史數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)結(jié)果，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 仿真結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

通過(guò)上述結(jié)果可以看出，仿真結(jié)果中礦山物聯(lián)網(wǎng)水平與安全監(jiān)管水平和評(píng)價(jià)結(jié)果中兩者之間的關(guān)系相近，通過(guò)上述測(cè)試可以看出本文建立的物聯(lián)網(wǎng)模式下礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型與現(xiàn)實(shí)情況相符，因此該模型可以用于礦山安全監(jiān)管政策的分析。

4 結(jié)語(yǔ)

為了確定物聯(lián)網(wǎng)礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)中影響礦山安全監(jiān)控的因素，本文提出了基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)流率入樹(shù)建模發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中4大因素之間各參數(shù)之間的關(guān)系，然后對(duì)模型的結(jié)構(gòu)和反饋回路的計(jì)算，得出物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)中各要素之間反饋關(guān)系和數(shù)量之間的限制，從而為改善礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)提供建議。