基于粗糙集和拉開檔次法的煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)模型

王 蕾，楊 力(.安徽理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 淮南 300；.安徽理工大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院，安徽 淮南 300)

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基于粗糙集和拉開檔次法的煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)模型

王 蕾1，楊 力2
(1.安徽理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院，安徽 淮南 232001)

為提高煤礦企業(yè)本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，減少人為主觀因素在安全管理評(píng)價(jià)中的影響，建立了基于粗糙集和拉開檔次法的煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)模型。粗糙集方法從特征選擇的角度約簡出最能體現(xiàn)特征類別的少數(shù)關(guān)鍵屬性，依此構(gòu)建出煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；利用拉開檔次法對(duì)小樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)，以定量化方法解決多屬性綜合評(píng)價(jià)問題，進(jìn)而得出煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)結(jié)果；兩種方法相結(jié)合，有利于對(duì)小樣本數(shù)據(jù)的煤礦本質(zhì)安全管理進(jìn)行評(píng)價(jià)。以某大型煤電集團(tuán)本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)資料進(jìn)行實(shí)證研究，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與原評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比，得出該評(píng)價(jià)模型具有較高的精度，有助于評(píng)價(jià)煤礦安全管理水平，對(duì)建立煤礦安全管理機(jī)制具有重要作用。

本質(zhì)安全管理；粗糙集；拉開檔次法；評(píng)價(jià)模型

本質(zhì)安全型煤礦企業(yè)，是指運(yùn)用先進(jìn)的安全管理理念、科學(xué)的安全管理方法以及先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使得企業(yè)內(nèi)部的人、物、系統(tǒng)、制度達(dá)到安全、和諧、統(tǒng)一，從而使各類事故降到最少，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)零事故的本質(zhì)安全[1-2]。近年來我國各地區(qū)煤礦事故時(shí)有發(fā)生，不僅給我國造成了巨大的損失，也嚴(yán)重危害了許多煤礦工作人員的人身安全，而90%的煤礦事故發(fā)生都是由于管理的疏忽所造成的。因此，從2005年以來，我國政府提出煤礦“兩型三化”的發(fā)展方向，煤礦企業(yè)要建設(shè)成為安全高效型、本質(zhì)安全型的礦井。煤礦本質(zhì)安全管理作為本質(zhì)安全型煤礦的核心內(nèi)容，做好煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)對(duì)煤礦的安全、高效發(fā)展具有十分重要的作用。

1 文獻(xiàn)綜述

煤礦本質(zhì)安全管理的內(nèi)涵、指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型，是做好煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)的重要組成部分，三者之間密不可分。從內(nèi)涵角度，杜春宇等從煤礦管理的多個(gè)角度進(jìn)行分析，分別從宏微觀兩個(gè)方面探討了煤礦本質(zhì)安全管理的內(nèi)涵[1]，同時(shí)提出了煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)[3]。從指標(biāo)體系角度，李新春和宋學(xué)鋒的指標(biāo)體系主要是從風(fēng)險(xiǎn)管理和閉環(huán)管理方面進(jìn)行的，據(jù)此得出了一些改進(jìn)措施[4]。從評(píng)價(jià)模型角度，主要是利用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)方法，而這些方法在指標(biāo)權(quán)重的設(shè)定上會(huì)受到人為主觀因素的影響，進(jìn)而對(duì)最終評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。王志慧等采用層次分析法構(gòu)建了評(píng)價(jià)模型[5]，杜春宇等在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索，采用模糊層次分析法對(duì)指標(biāo)進(jìn)一步模糊細(xì)分，改進(jìn)了評(píng)價(jià)模型[6-7]。針對(duì)以上研究的缺陷，本文建立了基于粗糙集和拉開檔次法的煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)模型，利用粗糙集理論約簡出煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，使得有限的評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠滿足評(píng)價(jià)的要求。利用拉開檔次法進(jìn)行評(píng)價(jià)，既能反映出樣本之間的差異性，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行排序分級(jí)；同時(shí)還能減少主觀因素對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響，直接利用評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2 基于粗糙集和拉開檔次法的本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.1 煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

煤礦本質(zhì)安全管理就是對(duì)煤礦企業(yè)中存在的、可能造成事故的各種不安全因素進(jìn)行識(shí)別并超前控制，從而減少煤礦事故發(fā)生的現(xiàn)代管理方法。對(duì)煤礦企業(yè)本質(zhì)安全管理的評(píng)價(jià)本質(zhì)上就是對(duì)煤礦生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的安全管理評(píng)價(jià)，它涉及到人、設(shè)備、環(huán)境、管理等多個(gè)要素，煤礦本質(zhì)安全管理的目標(biāo)就是要達(dá)成這些要素的匹配，從而達(dá)到企業(yè)的裝備先進(jìn)、環(huán)境可靠、管理精細(xì)，安全領(lǐng)先。

從指標(biāo)選取的角度，煤礦本質(zhì)安全管理的主要要素涵蓋4M理論的四個(gè)方面[8]，即人(Men)、設(shè)備(Machine)、環(huán)境(Environment)和管理(Management)。基于人-設(shè)備-環(huán)境-管理為一體的評(píng)價(jià)指標(biāo)的主要方面，細(xì)分出與此相關(guān)的各個(gè)因素。

對(duì)于指標(biāo)體系的進(jìn)一步細(xì)分，則采用粗糙集理論。在對(duì)煤礦本質(zhì)安全管理進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，為防止重要因素的漏選，普遍的做法是選擇較多的評(píng)價(jià)指標(biāo)集，但當(dāng)評(píng)級(jí)指標(biāo)過多時(shí)，無疑會(huì)增大評(píng)價(jià)的難度。但實(shí)際應(yīng)用中，并不是所有的評(píng)價(jià)指標(biāo)都是非常有用的。從特征選擇的角度考慮，類別在很大程度上是由最能體現(xiàn)出類別特征的少數(shù)關(guān)鍵屬性決定的。所以，可以利用特征方法選出一些對(duì)評(píng)價(jià)起主要作用的影響因素，以此作為運(yùn)用拉開檔次法的評(píng)價(jià)指標(biāo)。粗糙集為解決這一困難提供了較好的方法。粗糙集約簡是用于數(shù)據(jù)選擇和分析的重要方法，知識(shí)約簡能夠刪除冗余指標(biāo)，從眾多有相互關(guān)聯(lián)的因素中找出最本質(zhì)的特征變量。

設(shè)煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)的論域?yàn)閂[9]，R為V上的一個(gè)等價(jià)關(guān)系，則K=(V，R)稱為一個(gè)近似空間。若x，y∈V且(x，y)∈R，則x和y在K上是不可區(qū)分的，R被稱為一個(gè)不可分辨關(guān)系。若P?R，且P≠φ，則R∩P也是一個(gè)等價(jià)關(guān)系，并且稱為P上的一個(gè)不可分辨關(guān)系，記為ind(P)。若屬性r∈P，且ind(P)=ind(P-(r))，則稱r為P上可省略的，否則稱r為P上不可省略的。當(dāng)屬性r為P上可省略時(shí)，可以認(rèn)為屬性r對(duì)于評(píng)價(jià)煤礦本質(zhì)安全管理的意義不大，屬于冗余屬性，省略以后不會(huì)影響到煤礦本質(zhì)安全管理的評(píng)價(jià)。利用這一特性就可以對(duì)煤礦本質(zhì)安全管理的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行知識(shí)約簡，從眾多的條件屬性中最大限度地刪除冗余屬性，提取出最小數(shù)量的必要屬性。

通過文獻(xiàn)研究和實(shí)地調(diào)查，可以看出煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)體系是一個(gè)紛繁復(fù)雜的評(píng)價(jià)體系，涵蓋了煤礦安全管理的方方面面。構(gòu)造的評(píng)價(jià)體系見圖1[10-11]。

2.2 煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)

煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)是一個(gè)多屬性綜合評(píng)價(jià)問題，拉開檔次法正是解決這類問題的恰當(dāng)方法。在得出核心評(píng)價(jià)指標(biāo)體系之后采用拉開檔次法對(duì)樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)模型見圖2。

圖1 煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

設(shè)極大型評(píng)價(jià)指標(biāo)為x1，x2，…，xn(如果有指標(biāo)不是極大型，則將其轉(zhuǎn)化為極大型)，則線性函數(shù)(式(1))即被評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)[12-14]。

y=ω1x1+ω2x2+…ωnxn=ωTx

(1)

式(1)中：ω=(ω1，ω2，…，ωn)T看作n維的待定正向量(所發(fā)揮的作用等于權(quán)系數(shù)向量)；x=(x1，x2，…，xn)T是被評(píng)價(jià)對(duì)象的原始狀態(tài)量。

假設(shè)將第i個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)原始觀測值xi1，xi2，…，xin代入式(1)中，得到式(2)。

yi=ω1xi1+ ω2xi2+ …ωnxi n，i = 1，2，…m

(2)

假設(shè)有式(3)。

(3)

那么式(2)可改寫為式(4)。

y=Aω

(4)

確定權(quán)系數(shù)向量ω的基準(zhǔn)是能最大程度地表現(xiàn)出因“質(zhì)量”不同而導(dǎo)致的評(píng)價(jià)對(duì)象間的不同。若用數(shù)學(xué)語言描述，則是求出指標(biāo)向量x的線性函數(shù)ωTx，并要求該函數(shù)對(duì)m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象取值的方差盡可能最大，分散程度盡可能最大。

變量y=ωTx依照m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象取值，以此構(gòu)成的樣本方差表示為式(5)。

(5)

ns2=ωTATAω=ωTHω

(6)

在式(6)中，H=ATA是對(duì)稱矩陣。

很明顯，假如對(duì)ω不加限制，式(6)取值可取任意大的值。在ωTω=1時(shí)，要求求出式(6)的最大值。即選擇一個(gè)ω，使其滿足式(7)。

maxωTHω

(7)

3 實(shí)證分析

以某大型煤電集團(tuán)的以往資料為例，獲得樣本數(shù)據(jù)資料，見表1。表中的數(shù)據(jù)是各礦井的評(píng)價(jià)結(jié)果，本質(zhì)安全管理等級(jí)是通過Delphi法由專家經(jīng)驗(yàn)得到。依據(jù)本質(zhì)安全型煤礦建設(shè)水平的不同層次，本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)等級(jí)共劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四級(jí)。本質(zhì)安全Ⅰ級(jí)各指標(biāo)得分均不低于90分，本質(zhì)安全Ⅱ級(jí)各指標(biāo)得分均不低于80分，本質(zhì)安全Ⅲ級(jí)指標(biāo)得分均不低于70分，若未達(dá)到上述評(píng)定要求，則判定為非本質(zhì)安全Ⅳ級(jí)。

表1中的數(shù)據(jù)都是極大型指標(biāo)，因此將其標(biāo)準(zhǔn)化，得出的數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表2。

通過使用Matlab計(jì)算求得對(duì)稱矩陣H，見式(8)。

(8)

將該向量歸一化后，則有式(9)。

(9)

表1 樣本數(shù)據(jù)表[15]

表2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

表3 評(píng)價(jià)結(jié)果表

表4 新模型結(jié)果與原模型結(jié)果對(duì)比

由表4可以看出，基于粗糙集和拉開檔次法的模型評(píng)價(jià)結(jié)果與原評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，但是也存在不同之處，礦井2由原來的Ⅲ級(jí)變?yōu)棰蚣?jí)，礦井4由原來的Ⅰ級(jí)變?yōu)棰蚣?jí)，相比樣本結(jié)果來看，新模型的評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確，更有說服力。首先，基于粗糙集和拉開檔次法的模型采用定量化的權(quán)重賦值方法，不但有力地突出了各評(píng)價(jià)指標(biāo)間重要性不同，同時(shí)所得結(jié)果更加客觀。其次，從指標(biāo)得分值來看，礦井2的前3項(xiàng)指標(biāo)得分都高于80，只有第四項(xiàng)較低，而且第四項(xiàng)的權(quán)重最小，所以將礦井2由原來的Ⅲ級(jí)變?yōu)棰蚣?jí)更準(zhǔn)確；礦井4在四項(xiàng)指標(biāo)中只有第一項(xiàng)高于90分，其余三項(xiàng)都低于90分，而且占權(quán)重最大的第三項(xiàng)指標(biāo)的分?jǐn)?shù)是四項(xiàng)指標(biāo)中最低的，因此將礦井4由原來的Ⅰ級(jí)變?yōu)棰蚣?jí)更合理。

4 結(jié) 論

本文提出了一種基于粗糙集和拉開檔次法的煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)模型，并將其實(shí)際應(yīng)用到煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)中。

1)基于粗糙集和拉開檔次法的煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)模型充分利用了粗糙集擅長處理眾多解釋變量的能力，以及拉開檔次法基于差異功能驅(qū)動(dòng)的評(píng)價(jià)能力，極大地提高了評(píng)價(jià)精度。

2)利用粗糙集對(duì)煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行約簡，在信息完整的前提下得到了必要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了煤礦本質(zhì)安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，使得拉開檔次法的樣本數(shù)據(jù)大大減少，提高了模型的評(píng)價(jià)效率。

3)把拉開檔次法作為后置的評(píng)價(jià)方法，提高了模型的信息處理能力。解決了樣本數(shù)據(jù)量綱化和標(biāo)準(zhǔn)化問題，用定量的方法對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行賦權(quán)，與傳統(tǒng)的模糊評(píng)價(jià)法、層次分析法和德爾菲技術(shù)相比，獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀，減少了人為主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

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Evaluation model for coal mine inherent safety managementbased on integration of rough sets and deviation maximization method

WANG Lei1，YANG Li2

(1.School of Economics and Management，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China；2.School of Humanities and Social Science，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China)

To improve coal mine safety management evaluation accuracy and reduce the influence of the person’s subjective factors on the evaluation results，integrated model of rough sets and deviation maximization method for coal mine safety management evaluation is proposed in this paper.Rough sets select a few key attributes based on feature selection，and construct coal mine inherent safety management evaluation system；deviation maximization method which is a quantitative method is used for small samples to solve the multi-attribute comprehensive evaluation problem，then come to get the coal mine inherent safety management evaluation results；combination of the two methods is conducive to evaluate coal mine inherent safety management of small samples.Taking some evaluation data of a coal enterprise as samples，through comparison practical data with original data，empirical results show that this evaluation method had a high accuracy，so it would be helpful to evaluate the coal mine safety management level，and be important for the establishment of the coal mine safety management mechanism.

inherent safety management；rough sets；deviation maximization method；evaluation model

2014-11-17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)方法與應(yīng)用研究”資助(編號(hào)：71371014)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于小樣本數(shù)據(jù)的煤礦安全評(píng)價(jià)方法與應(yīng)用研究”資助(編號(hào)：71071003)；安徽理工大學(xué)大學(xué)生科研項(xiàng)目“煤礦應(yīng)急救援能力評(píng)價(jià)與應(yīng)用研究”資助(編號(hào)：ZZ1412)

王蕾(1991-)，女，山西長治人，碩士生，攻讀安徽理工大學(xué)管理科學(xué)與工程專業(yè)，研究方向?yàn)闆Q策理論與方法、煤礦安全管理。E-mail：1334827837@qq.com。

楊力(1972-)，男，安徽淮南人，博士，教授，研究方向?yàn)闆Q策理論與方法、煤礦安全管理。

C939

A

1004-4051(2015)11-0016-05