面向煤矿安全事件本体模型研究与应用＊

郭晓黎 王 宇 刘瑞祥

（1.中国矿业大学 （北京）机电与信息工程学院，北京市海淀区，100083；2.北京工业大学软件学院，北京市朝阳区，100124；3.北京联合大学信息学院，北京市朝阳区，100101）

中国煤矿主要是在井下进行开采生产，井下开采是在多数信息未知的地下动态空间环境中进行，进而导致煤矿行业成为事故发生率很高的行业。瓦斯、顶板、粉尘、火灾、水灾是我国煤矿主要的5大类型煤矿事故，每当煤矿安全事件发生后，都有大量的相关报道涌现，本文就如何从这些大量的报道中搜索出特定的信息，对已有的煤矿安全事件进行提取、整理，发掘它们之间的关系，利用事件之间的关系构建煤矿安全事件本体，为应急救援提供参考依据，为煤矿灾害安全评价提供合理的基础数据进行了分析。

1 煤矿安全事件本体模型

1.1 事件及事件表示

事件是指在某个特定的时间和环境下发生的，由若干角色参与，表现出若干动作特征的一件事情。形式上，事件可表示为e，定义为一个六元组e= （A，O，T，V，P，L），其中，事件六元组中的元素称为事件要素，分别表示动作、对象、时间、环境、断言、语言表现。

1.2 煤矿安全事件类及类间关系

1.2.1 煤矿安全事件类

煤矿事故的发生、发展及演化过程都是在一定的煤矿客观事物系统环境中进行的，煤矿客观事物系统环境状态的突变从而引发煤矿事故。每个煤矿事故都包含一个演化生命周期过程，该过程包括事故萌芽、事故爆发、事故演化扩散、事故衰退、事故消亡，在其过程内该煤矿事故系统一直与外环境进行能量交换、物质交换、信息交换，表现出煤矿事故系统的较强动态性。因此，可以引入事件本体的相关理论来构建煤矿安全事件本体类。

事件类是具有共同特征的事件的集合，记为EC= ｛E，CA，CO，CT，CV，CP，CL｝。其中，E 是事件的集合，称为事件类的外延；Ci= ｛Ci1，Ci2，…，Cim｝（i∈ ｛A，O，T，V，P，L｝，m ≥1）称为事件类的内涵，是E 的每个事件在第i个要素上具有的共同特性的集合，Cim是事件类中每个事件在第i个要素上具有的一个共同特性。

煤矿生产事故按性质分类可分为瓦斯事故、顶板事故、运输事故、火灾事故、水害事故、机电事故、运输事故及其他事故八类。煤矿生产事故具有偶然性、突发性、动态性、破坏性、随机性、持续性和不确定性的特点。

1.2.2 煤矿安全事件类间关系

当一个事件发生后以一定概率导致另一个事件发生时，就称这两个事件是有关系的。事件之间的关系来源于人对客观世界长期的积累认识，是相对稳定的。对一个事件来说，动作要素是事件的核心要素，可以通过动作要素建立事件类间的关系。根据事件的动作要素进行分类，可以将煤矿安全事件类之间的关系分为继承关系RIH、组成关系RCP、因果关系RCS、跟随关系RFL、并发关系RCC、条件关系RCD等。

（1）继承关系RIH，表示煤矿安全事件之间的层级关系。下级事件继承了上层事件的所有相关属性，并加入特有属性。

（2）组成关系RCP，当煤矿安全事件类EC1中的每一个事件都由煤矿安全事件类EC2中相应的事件组成时，则称两事件具有组成关系，EC1称为大事件，EC2为小事件，表示为RCP（EC1，EC2）。

（3）因果关系RCS，煤矿安全事件间最为常见的关系，因为煤矿安全事件是因果关系形成煤矿安全事件的发展演进动力，主要表现为一个事件引发后一个事件，后一个事件又会引发后续的事件发生，表示为RCS（EC1，EC2）。

（4）跟随关系RFL，在一个煤矿安全事件类EC1的事件发生后，另一个煤矿事件类EC2中的事件以一定的概率伴随发生，且概率大于既定阈值，则称两事件类之间具有跟随关系，称EC1是EC2的前导事件类，EC2是EC1的跟随事件类，表示为RFL（EC1，EC2）。

（5）并发关系RCC，在一定的时间范围内，一个煤矿安全事件类EC1的事件和另一个煤矿安全事件类EC2的事件同时发生或伴随发生，其概率在给定的范围内，则称两事件类之间具有并发关系，表示为RCC（EC1，EC2）。

（6）条件关系RCD，一个煤矿安全事件类EC2的事件发生，需要以另一个煤矿安全事件类EC1的事件的发生为前提，则称两事件类之间具有条件关系，称EC1为EC2的 条 件，表 示 为RCC（EC1，EC2）。

1.3 煤矿安全事件本体模型

事件本体是共享的客观存在的事件类系统模型明确的形式化规范说明，表示为EO 。煤矿安全事件本体的逻辑结构可定义为一个五元组EO =（ECS，EIS，R，IF，Rules）。其中：

（1）ECS = ｛EC1，EC2，…，ECm｝是事件类集合；

（2）EIS= ｛EI1，EI2，…，EIm｝是事件实例集合；

（3）R=｛r|r是事件 间的关系，r∈｛RIH，RCS，RFL，RCC，RCD｝｝；

（4）IF = ｛IFij|IFij是事件类ECi和事件类ECj之间的影响因子｝；

（5）Rules（规则）由逻辑语言表示，可用于事件断言所不能覆盖的部分事件与事件间的转换与推理。

2 煤矿安全事件本体构建

2.1 煤矿安全事件类

在对煤矿事故相关数据资料搜集与处理后，需要对其进行分析、抽取出煤矿安全事件类，按照事件本体的相关构建方法，从煤矿事故发生前、发生中、发生后3个方面来构建事件本体。煤矿安全事件类的设计自顶向下逐层进行设计，首先设计了事故应急响应、事故调查、善后处理、煤矿安全事故4个类，然后针对每个煤矿安全事件类设计各自的子类，煤矿安全事件类结构如图1所示。

2.2 煤矿安全事件类间关系

煤矿八类生产事故中，瓦斯事故发生后有可能会引发火灾，两者之间是跟随关系；事故一旦发生就会发出警报，事故与警报之间是因果关系；发出警报后，成立救援小组并且上报，这也是跟随关系；成立救援小组要指挥救援，伤员救助、控制事态、疏导人员、事故调查与指挥救援就是组成关系；事故调查与善后处理是伴随关系；事故调查与死伤、获救、汇报情况等是组成关系；善后处理与事故问责、布置防患措施、恢复生产等是组成关系。煤矿安全事件类间关系如图2所示。

图1 煤矿安全事件类结构

图2 煤矿安全事件类间关系

2.3 煤矿安全事件类实例

创建煤矿安全事件类模型之后，就要收集煤矿安全领域相关语料 （指信息或数据），应用protégé本体编辑器，并依据煤矿安全事件类模型创建煤矿安全事件类实例，李一矿瓦斯异常涌出事故是瓦斯突出事件类的一个实例，如图3所示。事件类间关系决定了事件类实例间关系，Object property assertions项表示该事件实例与李一矿发出警报这个事件类实例为因果关系。实例属性包含瓦斯浓度、地点、瓦斯异常涌出量、情况描述、事件和吊顶（冒顶）煤量等，其中地点、情况描述、时间为所有事件实例的共有属性，瓦斯浓度、瓦斯异常涌出量、吊顶煤量为该事件实例的特有属性。图3左边Date property Types列为各属性的数据类型表示，右边Date property assertions项为各属性的详细信息描述。这样就对这个事件有了一个直观的了解。在创建大量的实例后，可以从大量的实例中挖掘出事件类以及各属性间隐含关系，为事故发生后的应急处理提供支持。

图3 实例详细描述

3 结语

事件本体作为一种面向事件的知识表示方法更符合现实世界的存在规律和人类对现实世界的认知规律。煤矿作为一个高危行业，其安全事故时有发生，如何应用历史煤矿安全事件快速获取应对当前突发事件的解决思路，以应对突发的安全事件是急需解决的关键问题。本文将事件本体引入到煤矿安全领域，对煤矿安全事故的种类及类之间的关系进行了分析研究，从煤矿事故发生前、发生中、发生后3个方面来构建事件本体类及类间关系。按照事件本体的相关构建方法，建立了类的实例。煤矿安全事件本体的构建对煤矿安全系统的建立和安全管理保障安全生产提供帮助。

［1］ 刘宗田，黄美丽等.面向事件的本体研究 ［J］.计算机科学，2009 （11）

［2］ 仲兆满，刘宗田等.事件关系表示模型 ［J］.中文信息学报，2009 （6）

［3］ 兆满，刘宗田.利用事件影响关系识别文本集合中重要事件的方法 ［J］.模式识别与人工智能，2010（3）

［4］ 周心权，吴兵等 .煤矿井下瓦斯爆炸的基本特性［J］.中国煤炭，2002 （9）