物聯網環境中礦山安全監管影響因素研究

劉喜慧

（甘肅省財政學校，甘肅 蘭州 730060）

礦山安全監管系統通過物聯網獲取礦山環境數據，通過參數是否異常判斷是否安全以及可能出現的危險程度等。然而影響因素太多以至于無法確定各個參數對安全的影響程度，浪費資源的同時帶來不可預知的問題。因此本文應用系統動力學[1]相關理論和方式，構建物聯網環境中礦山安全監管影響因素動力學模型，分析出各因素對安全生產影響的重要程度，并應用相關軟件驗證模型的有效性和可靠性。

1 物聯網環境下礦山安全監管影響因素分析

由于礦山復雜的環境，礦山安全生產事故通常具備突發性，隱蔽性，復雜性等特點，正是因為這些原因，導致基于物聯網的安全生產系統監控對象繁雜，綜其所有因素，大致可以分為4類[2]。

（1）人的要素。人是礦山安全生產活動的主體，影響人的因素有很多，總結起來主要包括人員的生理和心理因素，人員的技術水平和素質，人員定位以及周邊環境的影響。

（2）機的要素。礦山安全生產和監控中都需要用到大量的機器，包括安全生產設備，監控設備，報警設備，生產工具等，機器長時間工作容易導致一些不確定的問題。

（3）自然環境要素。礦山安全生產處于各種復雜的地理，氣候，水文環境下，因這些環境因素的未知為安全生產帶來重大影響。其次生產環境等也影響了礦山安全。

（4）管理要素。礦山安全生產都有一定的操作流程和規章制度，規章制度制定的是否合理，操作流程設計的是否合規。

2 礦山安全監管影響因素動力學模型

2.1 礦山安全監管影響因素因果關系

因果關系是影響礦山安全監管各因素之間的關聯關系，如前文所述，影響礦山安全監管的“四要素”之間的因果關系如圖1所示。

圖1 因果關系圖

在上述因果關系圖中可以看出，各因素之間存在以下幾種回路：

（1）負反饋平衡性回路，如礦山物聯網水平的提升-＞人員檢測水平提升-＞群體行為提升-＞個人行為提升-＞礦山安全監管水平提升-＞安全監管與現實差距降低-＞物聯網投入降低-＞礦山物聯網水平降低，

（2）正反饋增強性回路：如個人行為水平提升-＞安全文化提升-＞安全管理水平提升-＞安全培訓教育提升-＞技術素質提升-＞個人行為水平提升。

（3）負反饋平衡性回路：環境安全水平提升-＞礦山安全監管水平提升-＞安全監管期望與現實差距降低-＞安全投入降低-＞環境安全投入降低-＞環境安全水平降低。

上述反饋回路反映了各因素之間相互之間的關系，且各因素之間的影響關系并非線性，不同影響因素之間的影響存在一定的滯后性。

2.2 流率入樹建模

物聯網對礦山安全的影響主要體現在對各監管對象的影響上，對于前述的4個因素的影響，假設有存量流量對：①人的行為水平L1(t)，對應的流量變化量為R1(t)；②設備設施水平L2(t)，對應的流量變化量為R2(t)；③環境安全水平L3(t)，對應的流量變化量為R3(t)；④安全管理水平L4(t)，對應的流量變化量為R4(t)；⑤礦山物聯網水平L5(t)，對應的流量變化量為R5(t)。流率基本入樹模型[3]是將系統中的變量按照流率變量為根，輸入變量為葉，并將輔助變量按照因果關系做圖，如圖2所示。

圖2 四要素流率基本入樹模型

通過上述流量變化量可以構建流率基本入樹模型[3]，同時通過流率基本樹做運算，通過現有專家系統[4]可構建礦山安全監管系統，然后利用數據擬合預測的方式，對各要素之間的數學關系提出動態擬合假設。并構建相關的方程，如L1(t)變化量R1(t)就表示個人行為水平＊心理素質因子＊技術水平因子＊群體行為因子＊工作環境因子。

反饋環的計算步驟如下：

（1）直接計算一階反饋環，及流率基本變化量方程；

（2）依照簡化流率入樹模型的建立方法，通過入樹模型T1(t)，T2(t)，…，Tn(t)，然后可以得到如下行列式：

（3）對行列式An(t)進行計算，即可得入樹模型的二階反饋環，然后對這些反饋環做二次簡化流率基本入樹計算，可以得到更高階返回環

通過枝向量行列式反饋環計算[5]的方法計算各因素的反饋環，并進行行列式矩陣計算，獲得相應的反饋環，在礦山安全監控系統中，安全管理水平的提升，導致安全監管水平增加，同時導致安全監督間隔的增加，進而導致投入的減少，物聯網的投入水平相應降低，又反饋導致安全監控系統水平的降低。

3 模型測試

在礦山安全監控系統中，各影響因素之間的關系是復雜的，模型測試的目的是判斷模型與現實的擬合程度。為了保障模型對現實的模擬的可靠性。現實性測試是在將建好初始化值輸入創建好的模型，然后運行Vensim仿真軟件[6]得到相關結果，然后將這些結果與歷史數據相比較，即歷史數據的評價結果，計算結果如表1所示。

表1 仿真結果和評價結果對比

通過上述結果可以看出，仿真結果中礦山物聯網水平與安全監管水平和評價結果中兩者之間的關系相近，通過上述測試可以看出本文建立的物聯網模式下礦山安全監控系統動力學模型與現實情況相符，因此該模型可以用于礦山安全監管政策的分析。

4 結語

為了確定物聯網礦山安全監控系統中影響礦山安全監控的因素，本文提出了基于系統動力學模型，通過流率入樹建模發現物聯網環境中4大因素之間各參數之間的關系，然后對模型的結構和反饋回路的計算，得出物聯網環境下礦山安全監控系統中各要素之間反饋關系和數量之間的限制，從而為改善礦山安全監控系統改進提供建議。