基于支持向量機的電力人因事故組織因素分析?

（陸軍炮兵防空兵學院 合肥 230031）

1 引言

近年來，隨著科技的不斷發展和生產流程、安全規范的不斷完善，電力生產安全事故發生數量不斷減少，但是不論是安全事故還是大面積停電，每次電力生產事故的發生都給社會帶來了巨大的影響。因此，分析影響電力安全生產的誘發因素具有非常現實和重要的意義。電力生產系統是一個極其復雜的多因素系統，可分為三個部分，分別為人子系統、機子系統和環境子系統［1］，其中人子系統是引發電力生產安全事故的最主要原因。據統計，近年來我國電力生產安全事故中由人子系統引發的事故數量占總事故發生數量的80%以上［2］。在電力生產人子系統中，組織管理因素是最主要的影響因素，因此，為給電力生產企業提高自身安全生產水平、減少電力生產安全事故發生數量提供有效依據，本文利用k均值聚類算法和支持向量機對電力人因事故進行分析，探尋組織管理因素對電力生產人子系統的影響。

k均值聚類算法是一種經典的迭代求解的聚類算法［3］，它具有方便快捷、分類準確的特點。支持向量機［4］是一種以統計學習理論為基礎的機器學習方法，它在處理小樣本、高維、非線性問題時表現尤為突出。本文利用k均值聚類算法和支持向量機，提出了一種電力生產人子系統組織管理因素及其影響因素分析算法，該算法在已分析電力系統人因事故組織管理因素影響因素的基礎上，首先利用k均值聚類算法按照本文提出的評價指標對電力生產系統人因事故組織管理因素樣本的可靠性進行等級劃分，然后利用支持向量機分析可靠性等級與影響因素間的關系，最后選取12組電力生產系統數據驗證算法，證明了該算法的有效性。

2 電力系統人因事故組織管理影響因素分析

電力生產系統［5］是一個極其復雜的多因素系統，可分為人子系統、機子系統和環境子系統等三個部分，其中環境子系統是指電力生產及輸送過程中所處或經過的外界環境，主要包含發電廠中溫度、濕度、照明條件、噪聲、天氣和輸送過程中所涉及的地形高度差、河流、湖泊、水庫、城鎮村莊、山脈等因素；機子系統是指電力生產和輸送過程中使用的各種機器、設備，主要包含發電機、高壓電線、變電站等設備；而人子系統是指在電力生產和輸送過程中有人參與的部分，可以分為人力資源和組織形式兩大部分，主要包含組織結構、管理方式、獎懲反饋、生產者的生理因素、心理因素、工作技能等因素。在電力生產系統安全事故中，人子系統是導致事故發生的最主要因素，而在人子系統中，組織管理因素又是導致事故發生的最主要的影響因素。依據已有文獻資料和已發生的電力生產安全事故分析，本文將組織管理因素細分為組織、管理兩類，其中組織因素又分為組織氛圍、施工環境是否安全、組織過程是否合理、培訓教育是否充分、資源管理是否到位，管理因素分為監管是否充分、計劃是否合理、能否及時發現問題、安全防護是否到位、溝通是否及時。

3 基于k均值聚類的電力人因事故組織管理因素可靠性等級劃分

系統可靠性的定義為在一定條件和時間內系統或子系統完成設定目標的概率［6］，常用的系統可靠性評價指標有損失率［7］、可靠度［8］、有效度等［9］。為證明利用k均值聚類算法劃分人子系統可靠性等級的正確性，本文采用人子系統的有效度來作為評估電力生產人子系統可靠性的對比。人子系統的有效度A［10］可以表示為

這里的T1、T2分別為系統的工作時間、由于人因導致的停產時間。

圖1 組織管理影響因素

為分析人子系統組織管理因素與電力安全事故的相關關系，本文將人子系統組織管理因素等級劃分為四個等級，分別為好、較好、一般、差，利用k均值聚類算法對人子系統樣本進行聚類，將樣本按照可靠性等級劃分為四類，聚類步驟［11］如下：

1）給定人子系統樣本數據集；

2）令k=4，初始化聚類中心；

3）計算各樣本點和初始化的聚類中心之間的距離，將樣本數據進行劃分；

4）計算劃分完成的同一類內樣本點數據的均值，將其作為新的聚類中心，更新聚類中心。

5）重復過程3）、4）。

4 基于支持向量機的人子系統組織管理因素可靠性分析

經過k均值聚類，已經將l個樣本劃分為了四類，也即按照四個可靠性等級將樣本進行了劃分，為確定電力生產人子系統組織管理因素與安全事故之間的作用關系，本文將組織管理因素的可靠性等級作為類標，利用支持向量機建立組織管理因素可靠性等級到其影響因素的非線性映射，由于這是一個多分類問題，為構建支持向量機多類分類器，本文采用 1-v-1［12］法，構造個支持向量機二類分類器，根據上文中的電力系統人因事故組織管理影響因素分析，每個組織管理因素都受到10個次要因素的影響，這就構成了訓練集S={xi|xi∈R10'i=l}，其中xi為第i個樣本的影響因素向量，利用支持向量機將分類問題轉化為最優化問題：

這里，C為懲罰參數，ζt為松弛項。上式可用拉格朗日乘子法進行求解，假設為上式的最優解，則得到待測樣本的判別函數為，這里K(xt'x)為核函數，采用高斯核函數及多項式核函數組成的線性混合核函數，判別函數的正負反映了待測樣本的類別，判別函數在組織管理因素各個影響因素上的分量可以體現其可靠性等級與影響因素間的關聯程度，而判別函數的偏導，可以用來比較組織管理因素各影響因素影響力的大小。

5 實例分析

為了檢驗算法的實用性和正確性，本文選取12個電力人子系統的數據進行實例分析，組織管理因素的影響因素選取組織氛圍、施工環境是否安全、組織過程是否合理、培訓教育是否充分、資源管理是否到位、監管是否充分、計劃是否合理、能否及時發現問題、安全防護是否到位、溝通是否及時等共10項指標，由于生產者自身的素質能力、電力生產系統的組織管理效能等因素很難量化，因此本文采取專家打分的方式，對各人子系統組織管理影響因素進行打分，具體數據如表1所示。

表1 人子系統影響因素打分

首先對12個已知樣本進行聚類，將樣本分為四類，D1={4'9'12}，D2={3'6'7'11}，D3={2'8}，D4={1'5'10}，其中D1、D2、D3、D4分別代表人子系統的組織管理可靠性為好、較好、一般、差。

利用支持向量機對待測樣本進行分類，可以得到其組織管理因素可靠性等級為D1，計算判別函數在組織管理因素各影響因素上的偏導數，可以得到偏導結果為g'(x)=(0.216'0.031'0.063'0.067'0.167'0.045'0.142'0.092'0.098'0.079)，由上式可以看出，g'(x)在組織氛圍上的數據最大，為0.216，說明組織氛圍對組織管理因素可靠性的影響最大，良好的組織氛圍可以增加人子系統組織管理因素的可靠性，減少事故的發生幾率，電力生產行業應當更加注重自身組織氛圍的建設，營造有利于生產的組織氛圍；g'(x)在資源管理上的導數為0.167，這說明資源管理在很大程度上也能夠影響到組織管理因素的可靠性，電力企業應當強化本公司的資源管理，將資源落到實處，用到建設上；其次，g'(x)在充分監管上的變化率為0.142，說明嚴格充分的監管對提高人子系統組織管理因素可靠性具有較大的作用，電力生產行業應當加大對從業者在電力生產和輸送維修中的監管力度；還可以看出計劃制定和問題發現也占有較大比重，電力企業應當強化生產計劃的制定，并及時發現生產中出現的問題。其他方面，施工環境、組織過程、培訓教育、溝通、安全防護雖然所占比重較小，但也不能放任，也應加大重視程度。由上述分析結果來看，一個電力企業的組織管理是不可忽視的，應當著重進行管理，營造好的組織氛圍，加強資源人力管理。

6 結語

本文利用k均值聚類算法和支持向量機分析了組織管理因素對電力生產人子系統的影響。首先分析了電力行業人因事故組織管理因素的影響因素，然后利用k均值聚類算法將電力人因事故組織管理因素劃分可靠性等級，最后利用支持向量機分析可靠性等級與影響因素間的關系。從研究結果分析可以看出，組織管理因素中對電力生產系統安全事故產生影響最大的因素為組織氛圍、資源管理、充分地監管，組織因素是影響系統可靠性的關鍵因素。對企業進行組織管理層面的分析可以更好地幫助企業找出自身在管理上的不足，加以改進，能夠切實地提升自身的管理組織水平，強化企業素養，提升企業生產水平，具有較高的實用價值。