基于二元語義的煤礦安全生產風險評價研究

郭 凱

(1.河南科技大學管理學院，河南 洛陽 471003；2.中國礦業大學(北京)資源與安全學院，北京 100083)

作為復雜的生產系統，煤礦面臨著諸如自然環境和安全管理缺失等許多不安全因素。這些因素可能會對煤礦生產系統以及作業人員產生威脅。這就要求煤礦管理部門在煤炭生產過程中要有意識地進行安全風險評價，通過評價發現問題，確定危險狀態，以便采取相應的預防措施預防威脅的發生。

對煤礦安全風險進行評價的最大難題就是指標性多樣性。這些指標既有定性指標，又有定量指標，所以很難直接根據某一指標比較安全風險優劣。針對這一問題，本文在理清評價脈絡的基礎上，建立了評價指標體系，然后通過二元語義對該指標體系進行分析處理，以更客觀地反映煤礦安全生產風險狀況。

1 煤礦安全生產風險評價指標體系的構建

指標對于評價結果的準確與否起著十分重要的作用，而根據煤礦安全所涉及的評價指標又很多。鑒于此，本文運用系統工程的思想，從煤礦生產制度和安全教育的角度建立了包括安全措施、安全管理和安全技術等三個方面的評價指標體系，如圖1所示。

圖1 煤礦安全生產風險指標評價體系

2 二元語義群決策方法

二元語義群決策是一種基于符號轉移的概念[1]，是指將專家給出的語言評價信息用二元組(Sk,αk)來表示[2]，其中Sk表示為預先定義好的語言評價集S中的第k個元素，αk稱為符號轉移值，表示評價結果與Sk的偏差，且滿足αk∈[-0.5,0.5)。

設si∈S是語言短語，可以通過轉換函數θ獲得相應的二元語義形式[3]：

θ:S→S×[-0.5,0.5)

即

θ(Si)=(Si,0),si∈S

(1)

設S={s0,s1,…,sT}為一個語言評價集，β∈[0,T]表示語言評價短語集結運算的數值結果，它是一個實數，可由函數Δ得到與之相對應的二元語義形式[3]：

Δ:[0,T]→S×[-0.5,0.5)

即：

其中，round為“四舍五入”取整算子。

反之，若(sk,αk)為二元語義，則存在一個逆函數Δ-1，使二元語義(sk,αk)可轉化為相應的β∈[0,T],有[3]：

Δ-1:S×[-0.5,0.5)→[0,T]

即

Δ-1(sk,αk)=k+αk=β

應用函數Δ和Δ-1可以毫無信息損失的將數值轉換為二元語義形式，使得語言信息計算結果更為準確[4]。

若{(s1,α1),(s2,α2),…,(sn,αn)}是一組二元語義，則其算術平均算子為：

(2)

若{(s1,α1),(s2,α2),…,(sn,αn)}是一組二元語義，ω={(ω1,γ1),(ω2,γ2),…,(ωn,γn)}是對應的二元語義權重向量，則基于二元語義的加權算術平均算子定義為[2]：

(3)

3 基于二元語義的煤礦安全生產風險評價

3.1 煤礦安全生產風險評價問題描述

假設需要對某煤礦安全生產風險狀況進行評價，設E為評價者集合，記為E=(e1,e2,…,em)，k=1,2,…,m。煤礦安全生產風險評價的指標集為A，記為A=(a1,a2,…,an)。S為評價語言集，P為權重語言集。S、P是預定好的由奇數個元素組成的有序集合。若評價者ei∈E(i=1,2,…,m),對于評價項aj∈A(j=1,2,…,n)進行評價，得到結果rij∈S,將其轉化為二元語義的形式Rij=(rij,0);評價者ei還要對評價項aj的重要程度進行評價，得到關于該評價項的權重ωij∈P,也轉化為二元語義的形式ωij=(ωij,0)。

3.2 基于二元語義的煤礦安全生產風險評價步驟

步驟2 求各評價者的二元語義加權評價值Ri(i=1,2,…,m)。利用公式(3)和從步驟1的結果，對各評價者給出的為二元語義評價結果進行集結，從而得到各評價項加權算術平均二元語義評價結果。

步驟3 求二元語義的綜合評價值。利用公式(2)對從步驟1、2中計算得到的結果進行集結，從而得到關于煤礦安全生產風險的綜合評價值。

4 算例分析

3位專家將指標及其重要性的評語等級分為5級對某礦的安全生產風險進行評價，相應的語言評價集和重要度的語言評價集，如表1和表2所示。

表1 風險等級語義變量表

表2 重要度語義變量表

3位專家針對各指標給出的語言評價值和重要性信息見表3。

表3各項指標的專家測評表

一級指標二級風險指標風險等級重要性e1e2e3e1e2e3安全措施安全防護裝置RVRVRFVII醫療救助設備VRRVGIIVI安全監控系統RFVRIFU安全型礦用設備GRVGFIVI安全管理安全教育與培訓VRFVRUVII安全規章與制度RVRFVIIF安全監督機制FRRIVIU安全管理機構VRFGVIIF安全技術開采、運輸技術RVRVRIUF安全供電技術GRVGFVUU危險和事故處理VRFVRVIIF救災、減災技術RVRGUVII

利用式(1)把語言評價值和重要性信息轉化成二元語義的形式，結果如表4所示。

利用式(2)對各評價者給出的評價項二元語義權重進行集結，得到各評價項的算術平均二元語義權重為：

利用式(3)和各評價項的算術平均二元語義權重，對各評價者給出的二元語義評價結果進行集結，得到各評價者的加權算術平均二元語義評價結果Ri(i=1,2,3),例如：

=(S3,0.04)

同理，R2=(S3,0),R3=(S2,0.25)。

表4 各項指標的專家測評二元語義表

利用式(2)將R1,R2,R3進行集結，得到該礦安全生產風險情況的二元語義的綜合評價結果：

(S3,-0.24)

從計算結果可以看出，該煤礦的安全生產風險情況略低于危險級別。

5 結論

影響煤礦安全生產的因素較多，在風險評價過程中很難具體量化。本文通過引入二元語義，提出了基于二元語義的煤礦安全生產風險評價方法，能夠有效的避免由于語言評價在集結運算過程中的信息損失和扭曲。并且實際算例表明，該方法能夠有效地對煤礦安全生產風險進行評價，具有較好的實用性，能夠對避免煤礦安全事故的發生產生作用。

[1]衛貴武,林銳.基于二元語義多屬性群決策的灰色關聯分析法[J].系統工程與電子技術,2008,30(9):1686-1689.

[2]廖貅武,李垣,董廣茂.一種處理語言評價信息的多屬性群決策方法[J].系統工程理論與實踐,2006,26(9):2-5.

[3]Herrera F,Martinez L.A 2-tuple fuzzy linguistic representation model for computing with words[J].IEEE Transactions on fuzzy systems,2000,8(6):746-752.

[4]盧曉珊,何偉,賀永金.郵政運輸網絡中的郵路規劃和郵車調度研究[J].數學的實踐與認識,2009,39(17):3-5.