煤礦安全生產調度信息可視化方式選擇評價研究

王兆星

（山西魯能河曲電煤開發有限責任公司 上榆泉煤礦； 山西 忻州 036504）

為了提高煤炭企業管理人員對管理信息系統中呈現的生產調度信息的認知效率和認知準確性，著重研究生產調度信息在管理信息系統中展示方式選擇的問題，將生產調度信息分為基本信息、地理信息和監測預警信息3類，分別選取了具有代表性的可視化方式，即循環作業圖、甘特圖、三維圖、二維圖、面積圖、條形圖和卡吉圖，采用眼動實驗捕捉管理人員眼動指標，利用因子分析對眼動指標進行因子篩選和整合，最終根據因子得分綜合評價可視化方式效果。

一、調度信息可視化展示內容及方式

（一）基本信息

主要包括人員信息、設備信息、生產數據信息、計劃制度信息、統計信息等。人員信息包括姓名、工號、工種、電話、單位、班次、工作面名稱、數量、值班信息、考勤記錄、工作信息、培訓情況、權限管理信息等。此外，作為煤礦調度安全最重要的考慮對象，人員信息中還應包括安全狀態評價信息；設備信息主要包括設備的名稱、序號、所屬部門以及采購、租賃、運行、檢查、維護、故障等狀態信息；生產數據信息主要包括物料供給信息，采煤量，庫存量，銷售量，運輸量，煤的品位信息，煤礦基建信息等；計劃制度信息包括生產作業計劃，物料需求計劃，制度文件，匯報文件，總結報告，會議資料，組織經營，訂單，信函，通知，政務信息，環保信息等；統計信息主要由各類報表，調度日志等構成。

（二）地理信息

主要包括人員位置信息（當前位置，來源地點，到達時間，離開時間，逗留時間等），設備位置信息（當前位置，前一位置，到達時間，離開時間，逗留時間等），工作狀態信息，煤炭運輸信息，物流信息等。信息的獲取借助于GIS，WIFI，WebGIS等技術，實現井下環境三維建模以及定位的實時監控，提供逃生路線以及歷史軌跡回放等功能。

（三）監測預警信息

監測預警信息主要關注井下環境，將其劃分為信息的實時采集，信息查詢以及應急預案的制定，借助傳感器等實時監測系統，實現信息的動態獲取，包括隱患排查治理，通信狀況檢查，監控設備故障統計，傳感器故障統計，應急指揮及預案，報警上下限，超限統計（時間，地點，取值，范圍，趨勢），歷史數據查詢，報警時間，事故類型，事故原因等，這是煤礦安全管理信息中至關重要的部分。對每一類型的調度信息有多種可視化展示方式可供選擇，其中，基本信息中表示進度的圖形圖像中常用的主要有甘特圖，時標網絡圖，此外還包括餅圖，工程進度曲線圖，時間軸等；地理信息的展示方式主要借助定位技術，從維度的角度分類，包括二維可視化，三維可視化；監測預警信息中，表示趨勢的圖形主要包括柱形圖，雷達圖，點圖，面積圖，曲線圖，流程圖，卡吉圖，還包括視頻監控，聲光報警等展示方式。為了防止被試由于實驗時間過長引起認知疲勞，進而影響實驗的準確率，選取了幾種常用的可視化展示方式，結論具有一定的推廣性，關于其他展示方式的效果評價可以通過后續實驗探索。

二、煤礦安全可視化方式選擇的影響因素

在煤礦安全可視化管理中人們選擇可視化方式需要考慮諸多因素，這些因素也就是煤礦安全可視化方式選擇的影響因素。從可視化的過程來講，可視化方式是把需要可視化的內容直觀展示給接收內容的人，這里把需要可視化的內容稱為可視化對象，把接收內容的人稱為可視化主體，在該過程中可以發現可視化方式如同連接可視化對象和可視化主體的橋梁，起到了溝通和展示的作用，同時可視化對象和可視化主體的屬性反過來會影響可視化方式的選擇。因此，下面從可視化對象和可視化主體2個方面分析對煤礦安全可視化方式選擇具有影響的各因素。

（一）可視化對象

可視化對象是指想要通過可視化方式表達的原始內容。目前，可視化主要分為數據可視化、信息可視化和知識可視化，該分類主要就是針對可視化對象進行的分類，因此可視化對象主要包括數據、信息、知識等。這些對象的諸多屬性對煤礦安全可視化方式選擇具有影響，具體因素：（1）復雜度。指的是可視化對象本身所包含的組成部分及構成方式。對象的復雜度越高越適合采用復雜的可視化方式，因為簡單的可視化方式可能無法表達對象的組成和結構。以煤礦井下逃生路線為例，描述較為復雜的逃生路線往往需要三維路線圖才能表達清楚，一維路線圖和二維路線圖較難描繪出復雜的線路。（2）信息量。是指對象所包含信息內容的多少。一般來講為了使可視化結果更為直觀，信息量越大越適合采用簡單的可視化方式，目的是對信息具有高度的概括性。例如，目前擁有某煤礦10 a的安全事故數據，如果想使人們一目了然地了解如此大量的信息，就必須使用簡單的可視化圖表來展示數據規律，盡量使用1個圖表概括出人們重點關注的信息。（3）準確性。是指可視化對象所表達的內容是否準確。如果可視化對象對內容表述的準確度較高，可能就不需要采用過于繁瑣的可視化方式再對內容進行表達。（4）普遍性。是指可視化對象所表達的內容在日常生活中是否普遍存在。如果普遍性較高，就不需要采用過于復雜的可視化方式，例如，在表達進入礦井必須佩帶安全帽時，因為安全帽對于礦井員工并不陌生，因此使用一個簡單的圖標即可表達，而不需要使用過于復雜的可視化方式。

（二）可視化主體

可視化主體是指接收和認知可視化信息的人或組織，在煤炭企業中可視化主體主要是企業的各類員工。他們是信息的接收者，可視化的過程就是為了使其對可視化對象有更為深入和直觀的認識。為了使可視化主體更好地接收信息，在采用可視化方式時必須考慮主體的某些特性，這也就是可視化主體對于可視化方式選擇的影響因素：（1）文化水平。是指主體的受教育程度。不同的可視化方式可能適用于不同文化水平的人。例如，煤礦的礦工多數文化水平不高，給他們表達信息時往往需要使用更為直觀易懂的可視化方式。（2）認知能力。是主體所具備的個人能力。即使主體具備相同的文化水平，但是個人能力可能存在較大的差別。認知能力越強可能接受的可視化方式就越多和越復雜。（3）業務熟練度。指的是認知主體對于被認知對象相關內容的熟練程度。主體的熟練度越高可能就不需要采用過于復雜的可視化方式。例如，對于熟練度較高的老礦工，在給他們表達井下逃生路線時，往往不需要使用過于復雜的展示方式，因為他們對于井下線路比較熟悉，而對于新礦工可能就需要使用盡量詳細的可視化方式進行表達。

三、煤礦安全可視化方式選擇方法

（一）定性方法

定性分析方法是基于可視化方式選擇的影響因素，在煤礦安全可視化方式選擇的過程中將所有影響因素作為一個體系考慮。選擇的過程中先分別考慮每個影響因素，然后再將所有影響因素綜合考慮，形成備選方案。在定性分析的過程中除了考慮所有的影響因素，還要分清影響因素的主次，某些影響因素可能對可視化方式的選擇起到了決定性作用。例如，在煤礦安全知識傳播中，主體的文化水平往往直接決定了可視化方式，考慮到煤礦員工普遍文化水平不高的特點，較適合采用形象具體的可視化方式。基于煤礦安全管理實踐，總結了一種可視化方式的定性選擇法——通路選擇法。該方法將可視化方式的選擇看作是在可視化對象和可視化主體之間尋找一種同時可以與兩者相匹配的可視化方式，即尋找可視化對象到可視化方式，再到可視化主體之間的通路，通路選擇法的具體步驟如下：第1步，確定可視化對象和可視化主體，從而確定可視化方式選擇的影響因素；第2步，尋找可視化對象的各屬性與備選可視化方式之間的關系，并將具有匹配關系的使用直線連接；第3步，尋找可視化主體的各屬性與備選可視化方式之間的關系，將具有匹配關系的使用直線連接；第4步，在上述3步的基礎上，找出從可視化對象出發到可視化主體結束的所有通路，每個通路中的可視化方式可以作為可視化主體認知可視化對象的一個方案；第5步，綜合考慮因素的主次關系，比較上一步找出所有方案的優劣，此外，還可以通過用戶或專家評定做出最終選擇。

（二）定量方法

煤礦安全可視化方式選擇的實質是在判斷煤炭企業員工在接收信息時更適應何種可視化表達方式。這一選擇過程從根本上說屬于人類認知的范疇，因此可以借助認知科學的相關方法來幫助員工選擇適合的可視化方式。通過對認知科學的研究，發現認識實驗的方法作為可視化方式選擇的定量研究方法。該方法的基本思路和步驟：（1）確定研究目標；（2）明確可視化對象、可視化主體和備選的可視化方式；（3）設計實驗方案；（4）進行實驗并記錄實驗過程和結果；（5）分析實驗數據得出結論。在煤礦安全可視化方式定量選擇的過程中實驗設計和數據分析是關鍵的2個步驟。作為一種量化方法，數據的處理和分析方法將決定實驗結果的準確性。由于可視化方式選擇可以看作是對比分析不同方式的優劣，還可以看作是尋找變量之間的匹配關系，因此適用于可視化方式選擇認知實驗的數據分析方法有均值比較分析、方差分析、對應分析等。

總之，煤礦調度安全管理中，信息異源異構錯綜復雜，對信息合理有效地加以利用可以提高調度人員的管理效率，保證決策的準確性以及調度安全管理的實現。