基于煤礦安全雙控機(jī)制的APP系統(tǒng)

張儉讓，張曉雪

（1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學(xué) 教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054）

近年來(lái)，我國(guó)煤炭開采技術(shù)日趨成熟，安全生產(chǎn)形勢(shì)持續(xù)好轉(zhuǎn)，但煤礦災(zāi)害事故依舊頻發(fā)[1]。為進(jìn)一步優(yōu)化煤礦安全管理，有效遏制重大事故發(fā)生，我國(guó)在2020年7月1日開始實(shí)施《煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系基本要求及評(píng)分辦法》，該辦法提出的安全生產(chǎn)系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)與2017年版本相比，將安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和事故隱患排查治理等安全管理工作占比從10%調(diào)整至15%，要求貫徹落實(shí)雙重預(yù)防工作機(jī)制[2-4]。目前，煤礦風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患排查過(guò)程以人工巡檢、紙質(zhì)記錄為主[5-6]，對(duì)數(shù)據(jù)的處理、儲(chǔ)存和分析時(shí)效性不足，錯(cuò)誤率較高。常規(guī)的雙重預(yù)防信息系統(tǒng)，以PC端為前端進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理[7]，巡檢過(guò)程中無(wú)法攜帶與使用，缺乏靈活性和便捷性。曾發(fā)鑌[8]等人設(shè)計(jì)研發(fā)的煤礦雙控機(jī)制APP系統(tǒng)，缺乏對(duì)隱患關(guān)聯(lián)規(guī)則的研究；張長(zhǎng)魯[9]等人對(duì)隱患關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行了分析研究，但未運(yùn)用到APP系統(tǒng)中。為進(jìn)一步改善煤礦安全管理方式，設(shè)計(jì)研發(fā)了基于煤礦安全雙控機(jī)制的APP系統(tǒng)，覆蓋巡檢過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)與隱患“排查”至“整改”全流程。系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)定位定點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患治理，利用算法進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，利用硬件載體的便攜優(yōu)勢(shì)，使巡檢數(shù)據(jù)記錄與處理靈活快捷，安全信息管理過(guò)程方便高效。

1 APP系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram

系統(tǒng)分為4個(gè)層次：業(yè)務(wù)需求、用戶需求、功能性需求及非功能性需求。

1）該系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求。構(gòu)建“三位一體”安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)體系。

2）用戶需求。巡檢人員、管理人員、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)工作人員。

3）功能性需求。①個(gè)人信息的注冊(cè)、登錄；②實(shí)時(shí)對(duì)煤礦進(jìn)行隱患記錄與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；③與PC端進(jìn)行信息共享，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步；④數(shù)據(jù)可視化分析，確保數(shù)據(jù)高效利用；⑤瀏覽、查詢相關(guān)知識(shí)。

4）非功能性需求。①系統(tǒng)的可靠性，在出現(xiàn)如用戶使用量暴增等特殊情況時(shí)，APP能快速調(diào)節(jié)，保證工作正常運(yùn)行；②系統(tǒng)的易用性，APP應(yīng)操作簡(jiǎn)單，滿足軟件使用能力不同的用戶；③系統(tǒng)的可支持性，APP能適用于不同的移動(dòng)終端。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和開發(fā)流程

1）功能架構(gòu)。APP功能圍繞APP用戶、專家和管理人員展開。APP用戶是使用軟件的主要人群，能利用軟件實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患排查，進(jìn)行相關(guān)安全知識(shí)學(xué)習(xí)和查詢；專家在固定時(shí)間為用戶在線答疑，處理用戶留言；管理人員使用APP發(fā)布公告或在小程序中發(fā)布推送，同時(shí)管理注冊(cè)人員信息等。

2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。適合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，加快移動(dòng)終端運(yùn)行速度，降低流量消耗，帶來(lái)更好的存儲(chǔ)效率。在雙控機(jī)制APP中，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)主要是SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)和手機(jī)內(nèi)存，SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存服務(wù)模塊中用戶信息以及風(fēng)險(xiǎn)和隱患數(shù)據(jù)；手機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)存照片、視頻以及文檔等文件。

3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。煤礦雙重預(yù)防APP運(yùn)用C/S架構(gòu)，由客戶機(jī)和服務(wù)器共同組成，這種架構(gòu)將PC端和移動(dòng)終端充分銜接，功能由兩者共同承擔(dān)。主要信息和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在PC端，工作必需的部分?jǐn)?shù)據(jù)儲(chǔ)存在移動(dòng)終端，終端獲取的數(shù)據(jù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳。DBMS（數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）核心功能由服務(wù)器承擔(dān)，能保證數(shù)據(jù)更新時(shí)效，也能減少應(yīng)用程序流量損耗和數(shù)據(jù)負(fù)荷。為了保證系統(tǒng)的安全，將LINUX防火墻應(yīng)用于APP中，能有效阻止大部分網(wǎng)絡(luò)攻擊。

4）系統(tǒng)開發(fā)流程。系統(tǒng)采用的軟件開發(fā)方法是瀑布方法，5個(gè)開發(fā)模塊依次流動(dòng)[10]，瀑布方法通過(guò)閥門的一系列活動(dòng)組成，控制上一模塊的完成并進(jìn)入下一模塊。APP系統(tǒng)開發(fā)流程如圖2，共包括5個(gè)階段：需求分析階段、系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段、系統(tǒng)開發(fā)階段、應(yīng)用測(cè)試階段和系統(tǒng)優(yōu)化階段。

圖2 系統(tǒng)開發(fā)流程Fig.2 System development process

2 APP系統(tǒng)功能

1）服務(wù)模塊。服務(wù)模塊包括用戶注冊(cè)與登陸、系統(tǒng)設(shè)置、個(gè)人信息、密碼找回和新手引導(dǎo)等5部分功能。用戶注冊(cè)時(shí)，用戶名必須為真實(shí)姓名；聯(lián)系方式可綁定手機(jī)號(hào)或郵箱；密碼需自行設(shè)置；密碼可通過(guò)手機(jī)號(hào)或郵箱2種方式找回。首次登陸可選擇進(jìn)入新手模式，通過(guò)新手指引能對(duì)APP迅速了解。用戶注冊(cè)后需要通過(guò)審核，保證信息安全。系統(tǒng)設(shè)置中可設(shè)置是否同意消息推送，是否自動(dòng)升級(jí)，修改手機(jī)號(hào)碼及注銷賬號(hào)等操作。

2）風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控模塊。以GBT13861—2009《生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)和有害因素分類與代碼》、GB18218—2018《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》為依據(jù)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與分析。系統(tǒng)將風(fēng)險(xiǎn)分為“紅、橙、黃、藍(lán)”4級(jí)，其中紅色為重大風(fēng)險(xiǎn)，必須立即停工整改；橙色為較大風(fēng)險(xiǎn)，必須制定措施進(jìn)行整改；黃色為一般風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行控制整改；藍(lán)色為較低風(fēng)險(xiǎn)，一般容許存在。通過(guò)確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)來(lái)判斷事故發(fā)生可能性和嚴(yán)重程度，提出治理與防范措施。通過(guò)程序錄入風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、類型、所在區(qū)域、具體內(nèi)容等風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，完成對(duì)風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任清單的下發(fā)，之后將風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)下發(fā)到對(duì)應(yīng)責(zé)任單位和責(zé)任人，責(zé)任人需制定管控措施上交給上級(jí)批準(zhǔn)審查，批準(zhǔn)同意后方可按照措施計(jì)劃進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控。

3）隱患排查治理模塊。事故隱患排查治理工作流程如圖3。需先制定事故隱患排查專項(xiàng)計(jì)劃，提前確定隱患巡檢路線和內(nèi)容，按照制定的流程將隱患排查到位，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終使隱患得到治理。巡檢過(guò)程中將隱患通過(guò)程序錄入，APP會(huì)自行判斷隱患等級(jí)，根據(jù)分級(jí)給出處理意見，分級(jí)按A、B、C、WT分為4種。程序可以對(duì)處理過(guò)后的隱患進(jìn)行驗(yàn)收操作，驗(yàn)收合格后可在程序中快速進(jìn)行銷號(hào)，驗(yàn)收不合格時(shí)程序可幫助用戶重新進(jìn)行等級(jí)評(píng)估并給出治理方案；再次評(píng)估結(jié)果若為A級(jí)隱患，則需立即上報(bào)領(lǐng)導(dǎo)，由礦領(lǐng)導(dǎo)或上級(jí)監(jiān)管部門進(jìn)行掛牌督辦，共同制定治理計(jì)劃，按正常流程繼續(xù)整改，完成后再次申請(qǐng)驗(yàn)收。

圖3 事故排查流程Fig.3 Incident investigation process

4）小程序模塊。APP可與微信綁定，在小程序中使用，用戶不必下載軟件也能正常使用部分功能。在移動(dòng)終端內(nèi)存不足或軟件卡頓等情況下，不影響用戶風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控模塊和事故隱患排查治理模塊等功能正常使用。在小程序中定位功能是一大亮點(diǎn)，在緊急情況下可一鍵發(fā)送定位及危險(xiǎn)情況至所有用戶微信，用以保障人身安全及煤礦生產(chǎn)安全。

5）公告模塊。公告模塊是APP對(duì)實(shí)時(shí)消息進(jìn)行通知的模塊，主要對(duì)日常工作中重要事務(wù)或公司動(dòng)態(tài)進(jìn)行公布，對(duì)員工的獎(jiǎng)懲進(jìn)行通告，對(duì)煤礦行業(yè)相關(guān)新聞進(jìn)行報(bào)道。以推送形式展現(xiàn)給使用人員，相當(dāng)于線上廣播功能，具有便捷快速的特點(diǎn)。這一模塊使用簡(jiǎn)單，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可在設(shè)置中自行屏蔽。

6）學(xué)習(xí)模塊。該模塊包括5部分：煤礦法律法規(guī)資料查閱、專家答疑、安全生產(chǎn)事故案例分析、用戶交互、應(yīng)急知識(shí)與消防知識(shí)學(xué)習(xí)與查詢。法律法規(guī)等資料可下載后離線使用，方便各種地點(diǎn)查詢；APP中專家定時(shí)在線，用戶通過(guò)留言或在線對(duì)專家提問，提高生產(chǎn)的專業(yè)性；開設(shè)的交流板塊，用戶可以相互分享經(jīng)驗(yàn)、共同解決問題；出現(xiàn)意外情況時(shí)，應(yīng)急板塊提供的處理方法能保障工人生命安全。

3 APP系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1）電子風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖。通過(guò)對(duì)煤礦實(shí)地調(diào)研，在PC端后臺(tái)程序中載入煤礦采掘平面圖，將已有風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)與圖對(duì)應(yīng)，生成煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖。在APP中無(wú)須加載后臺(tái)程序，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)查看該圖，并能快速在圖中標(biāo)記，例如某處風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)用藍(lán)、橙、黃、紅表示。用戶輸入該地點(diǎn)不安全因素，程序能自行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，針對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)種類和特點(diǎn)，運(yùn)用定性或定量的方法判斷可能造成的危險(xiǎn)及危險(xiǎn)嚴(yán)重程度，分析該風(fēng)險(xiǎn)可能造成的結(jié)果。APP能實(shí)時(shí)查看風(fēng)險(xiǎn)情況并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)歸檔，以便統(tǒng)計(jì)和管控。

2）事故隱患定位巡檢。用戶手持終端，按照程序設(shè)定的巡檢路線排查。APP有定位功能，到達(dá)巡檢地點(diǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出該地點(diǎn)需要排查的隱患內(nèi)容，用戶可根據(jù)列表逐一排查，也可手動(dòng)錄入。巡檢路線主要依據(jù)煤礦生產(chǎn)計(jì)劃、隱患數(shù)據(jù)多角度分析、危險(xiǎn)點(diǎn)監(jiān)督和安全隱患整改落實(shí)等方面結(jié)合安全管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置，改善了安全巡檢人員自由度高以及人工易出現(xiàn)漏檢等問題，使日常安全隱患管理更有針對(duì)性。對(duì)重大、共性、反復(fù)、新增隱患，溯源分析，以問題為導(dǎo)向，制定改進(jìn)措施。對(duì)于程序中存在的隱患，錄入后實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)等級(jí)信息、頻率信息等。APP能對(duì)實(shí)時(shí)排查的事故隱患進(jìn)行評(píng)估，判斷隱患等級(jí)并給出處理意見。

3）基于Apriori算法的隱患數(shù)據(jù)分析。開發(fā)的應(yīng)用程序包括2種統(tǒng)計(jì)分析：一種是簡(jiǎn)單的基本統(tǒng)計(jì)；一種是包括算法的深度分析。簡(jiǎn)單基本統(tǒng)計(jì)是將隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行一些最基本的處理，隱患信息按照地點(diǎn)、日期、班次、等級(jí)、專業(yè)等方面匯總得出表格，一鍵生成柱狀圖或折線圖，直觀了解不同層次隱患數(shù)據(jù)，隱患發(fā)生頻率較高需加強(qiáng)重視，增加巡檢頻次，頻率較低不能放松警惕，加強(qiáng)對(duì)人不安全行為的約束。程序中嵌入的深度分析統(tǒng)計(jì)，是通過(guò)Apriori算法對(duì)已有隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，從隱患的不同維度出發(fā)，得到不同條件下隱患的關(guān)聯(lián)規(guī)則。APP中嵌入此算法，在錄入隱患后，通過(guò)設(shè)置支持度和置信度閾值，可以直接在程序中得到一個(gè)或多個(gè)條件為前提的一系列關(guān)聯(lián)規(guī)則，后臺(tái)利用已有隱患數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)該處可能存在的隱患，對(duì)置信度進(jìn)行從高到低排列，用戶可根據(jù)列表對(duì)置信度較高的關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)督管理或增加巡檢頻次，提出防范建議，以此降低事故發(fā)生的可能性。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

對(duì)某煤礦進(jìn)行APP系統(tǒng)功能運(yùn)行與測(cè)試，主要應(yīng)用服務(wù)模塊、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理等模塊，確定每個(gè)模塊正常運(yùn)行情況。APP系統(tǒng)功能界面如圖4。APP系統(tǒng)功能測(cè)試見表1。

圖4 系統(tǒng)運(yùn)行界面Fig.4 System operation interface

表1 功能測(cè)試表Table1 Functional test table

實(shí)際應(yīng)用證明，APP各項(xiàng)功能都能正常使用。系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)煤礦風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患治理有顯著作用，能促進(jìn)煤礦安全管理系統(tǒng)化和信息化。隨著“三位一體”標(biāo)準(zhǔn)化體系的進(jìn)一步完善，此APP將大范圍投入使用，在各煤礦中迅速普及，有利于提高煤礦安全信息管理水平。

5 結(jié) 語(yǔ)

研發(fā)的APP采用瀑布式開發(fā)方法，使用C/S架構(gòu)和SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，保證了風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控、隱患排查治理、服務(wù)、小程序、公告、學(xué)習(xí)等模塊功能的實(shí)現(xiàn)。研發(fā)的APP在基礎(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方式上增加了電子風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖，能對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定點(diǎn)定量描述；基于定位功能，實(shí)現(xiàn)了事故隱患定位巡檢，使隱患排查方式更加高效；基于Apriori算法對(duì)隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，能生成針對(duì)性防范措施，有效降低隱患發(fā)生頻率。通過(guò)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)：APP使用后煤礦人員身份信息系統(tǒng)化，公告通知傳播迅速，員工對(duì)各規(guī)程的學(xué)習(xí)方便快捷，風(fēng)險(xiǎn)和隱患的錄入方式改善，風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患排查過(guò)程明顯得到優(yōu)化。