矿山安全预警信息系统的研究

郑 晶

（福建江夏学院，福州 350000）

0 引言

由于矿山行业操作的特殊性，安全方面也较其他行业更为危险，是职工伤亡发生率最高的行业，据国家安全生产监督管理总局调度中心统计，2006年全国非煤矿山共发生伤亡事故1 869起，死亡2 271人。矿山开采的安全问题是很严峻的，任何一个细节出错都有可能导致人员伤亡或者财产损失，所以对于矿山安全的考虑需要面面俱到，要进行科学的分析，并能够对危险的存在做出预测。因此安全预警技术在矿山安全生产中就越来越重要了。

矿山行业要重视对危险源和隐患进行监控预警，采用信息化技术对生产实施监控预警，把事故消灭在萌芽状态，把矿山安全生产提升到一个新的水平。实践证明，任何事故的发生都是有征兆的，可以通过监测矿山生产中的数据来预防事故的发生。预警技术是根据预先制定的标准来衡量计划的完成状况，并纠正生产中所出现的不允许的偏差，让生产顺利进行。预警技术以防范企业发生危机为目标，使企业始终处于安全的状态。因此预警技术在矿山安全生产过程中是至关重要的。

1 矿山安全预警信息系统的系统结构

矿山安全预警信息系统［1］是利用专家的经验性知识以及监测到的实时数据对矿山安全生产状况进行预测的系统，其核心是矿山安全数据的采集和专家知识库的建立。矿山安全预警系统主要预测矿山安全的9大部分：采掘、通风、运输和提升系统、电气设备、煤与瓦斯突出及防治、矿井火灾及防治、矿井水灾及防治、爆炸材料和井下爆破、煤矿救护。根据矿山安全监测预警的实际情况和特点，矿山安全预警信息系统主要分为2大部分：一个部分负责监控矿山生产，另一部分负责数据处理，发现事故隐患立刻报警进行相应处理。预警信息系统的系统结构［2］如图1所示。

图1 矿山安全预警信息系统的系统结构

该系统拟采用B/S和C/S模式相结合的结构［3］，C/S模式主要应用于实时的数据采集，B/S模式主要进行预警系统的可视化表现。矿山安全实时数据的采集主要来源于监测监控系统，在此系统中主要由矿山安全监测监控平台负责采集。预警系统的核心模块是矿山危险预测分析模块，此模块主要负责把采集到的数据与知识库中专家提供的经验性数据进行匹配，发现生产中出现的不允许的偏差，并及时修正生产中的错误，预防事故的发生。因此，矿山安全预警信息系统知识库的建立是整个预警信息系统的主要步骤。

2 矿山安全预警信息系统中知识库的建立

矿山安全预警信息系统中的知识库是安全预警信息系统中的核心部分，其主要存储矿山进行安全生产的原理、专家的经验以及进行矿山安全预测所需的知识。知识库的知识量和丰富程度直接影响到安全预警信息系统预测的智能水平，所以构建完善的矿山安全预警信息系统的知识库是至关重要的。知识库的总体建设如图2所示：

图2 矿山安全预警信息系统知识库总体建设框图

2.1 知识库的知识分类和获取

根据矿山安全预警信息系统所要监测的9大部分，知识库的知识也分为9大类：采掘知识、通风知识、运输和提升系统知识、电气设备知识、煤与瓦斯突出及防治知识、矿井火灾及防治知识、矿井水灾及防治知识、爆炸材料和井下爆破知识、煤矿救护知识。

知识库的知识获取是为了构建更加完善的矿山安全预警信息系统，所以要建立健全、完善、有效的知识库，以满足矿山安全预测的需求。对于知识库的知识获取，一般需要以下几个步骤：

（1）知识的提取。根据知识库的分类，把矿山安全专家对生产过程中安全隐患的认识以及矿山安全文献中所提及的安全条例，比如《煤矿安全监察条例》、《煤矿安全规程》等中的有用知识经过理解提取出来，用于建立知识库。

（2）知识的表示。把提取出来的知识进行表示。首先表示为某种知识表示形式，比如谓词逻辑、产生式规则等，然后把该形式转换为电脑可以识别的形式。

例如，1982年中国颁布的《矿山安全条例》中规定采掘作业面进风流中，按体积计算，O2不得低于2.8%，CO2不得高于5%。采用启发式表示为：

RULE MINING

IF氧气高于2.8%AND

二氧化碳高于5%

THEN安全

CNF 1

其中CNF为各结论所附加的信誉度，取值范围为［0，1］。

（3）知识的录入。把表示后的知识进行编辑、录入。

（4）知识的监测。在进行知识输入的时候进行检测，以便及时发现知识中存在的知识不一致、不完善等错误。

2.2 知识库的存储

矿山安全预警信息系统中知识库的存储可以建立在 Microsoft SQL Server2005数据库中。SQL SERVER主要采用关系数据库的二维表单结构模式来进行数据的存储。

矿山安全预警信息系统的知识库由事实表、规则表、条件表与结论表［4］构成，其中事实表主要存储事实性的知识；规则表、条件表和结论表共同来存储条件式的知识。具体的知识库的E－R图如图3所示：

图3 矿山安全预警信息系统知识库E－R图

条件式的表达式的形式是：IF＜条件＞，THEN＜结论＞，CNF＜置信度＞。其中条件存储于条件表，结论存储于结论表，条件进行匹配的规则存储于规则表中，CNF为各规则结论部分所附加的置信度，称为规则强度，取值在［0，1］之间。

2.3 知识库的维护

知识库的建立是一个漫长的过程，需要反复测试、修改和扩充。当预警信息系统的运行对知识库的需求发生变化，比如预测有误或者生产无法安全进行时，都要更新知识库，补充新的知识，甚至还要对知识库的数据结构进行一定的调整。除了对知识库进行不定期的更新以外，还要对知识库的数据进行备份与恢复等工作，以维护知识库的数据。程序员在对知识库进行操作时，使用SQL命令时，最好使用事务，以免执行了DELETE、UPADATE、ALTER甚至DROP命令，给知识库造成毁灭性的灾难，因为实用事务可以通过ROLLBACK命令恢复错误前的操作。设计知识库的时候，还需要保存好日志，以便在进行了错误操作以后，可以通过日志进行恢复。实施对知识库的维护，确保知识库的实时更新及其安全，以稳固矿山安全预警信息系统。

3 结语

矿山行业的安全问题一直是矿山安全生产的难点和重点。预警技术可以减少、预防矿山安全事故的发生，减少由此引起的各种损失，促进矿山行业的持续增长。所以建立矿山安全预警信息系统也是矿山行业的当务之急。合理地利用信息技术，帮助管理者对生产做出判断，也有助于应急反应的实际管理。

本文所建立的知识库，在知识获取过程中使知识的表示范围更全面、更精确，完全符合矿山安全实际情况，提高了系统对矿山安全生产状态的分析与预警的效率。采用SQL关系数据库存储知识，便于知识库的使用、管理和维护。

［1］李春民，王云海，张兴凯.矿山安全监测预警与综合管理信息系统［J］.2007，26（5）：655－657.

［2］刘振平，许梦国，吴璇，等.金属矿山采矿作业安全预警系统的实施［J］.矿山安全与环保，2007，34（3）：83－85.

［3］张海峰，范公勤.煤矿安全预警管理系统研究［J］.煤矿安全，2007（6）：84－86.

［4］刘小生，孙群.矿山安全预警专家系统知识库的研究［J］.矿山安全与环保，2008，35（3）：34－36.