基于煤礦安全雙控機制的APP系統

張儉讓，張曉雪

（1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學 教育部西部礦井開采及災害防治重點實驗室，陜西 西安 710054）

近年來，我國煤炭開采技術日趨成熟，安全生產形勢持續好轉，但煤礦災害事故依舊頻發[1]。為進一步優化煤礦安全管理，有效遏制重大事故發生，我國在2020年7月1日開始實施《煤礦安全生產標準化管理體系基本要求及評分辦法》，該辦法提出的安全生產系統性標準與2017年版本相比，將安全風險分級管控和事故隱患排查治理等安全管理工作占比從10%調整至15%，要求貫徹落實雙重預防工作機制[2-4]。目前，煤礦風險管控和隱患排查過程以人工巡檢、紙質記錄為主[5-6]，對數據的處理、儲存和分析時效性不足，錯誤率較高。常規的雙重預防信息系統，以PC端為前端進行數據存儲和處理[7]，巡檢過程中無法攜帶與使用，缺乏靈活性和便捷性。曾發鑌[8]等人設計研發的煤礦雙控機制APP系統，缺乏對隱患關聯規則的研究；張長魯[9]等人對隱患關聯規則進行了分析研究，但未運用到APP系統中。為進一步改善煤礦安全管理方式，設計研發了基于煤礦安全雙控機制的APP系統，覆蓋巡檢過程中風險與隱患“排查”至“整改”全流程。系統通過實時定位定點進行風險管控和隱患治理，利用算法進行數據關聯分析，利用硬件載體的便攜優勢，使巡檢數據記錄與處理靈活快捷，安全信息管理過程方便高效。

1 APP系統開發設計

1.1 系統架構

系統架構圖如圖1。

圖1 系統架構圖Fig.1 System architecture diagram

系統分為4個層次：業務需求、用戶需求、功能性需求及非功能性需求。

1）該系統業務需求。構建“三位一體”安全生產標準體系。

2）用戶需求。巡檢人員、管理人員、安全生產標準化相關工作人員。

3）功能性需求。①個人信息的注冊、登錄；②實時對煤礦進行隱患記錄與風險評價；③與PC端進行信息共享，實時數據同步；④數據可視化分析，確保數據高效利用；⑤瀏覽、查詢相關知識。

4）非功能性需求。①系統的可靠性，在出現如用戶使用量暴增等特殊情況時，APP能快速調節，保證工作正常運行；②系統的易用性，APP應操作簡單，滿足軟件使用能力不同的用戶；③系統的可支持性，APP能適用于不同的移動終端。

1.2 系統總體設計和開發流程

1）功能架構。APP功能圍繞APP用戶、專家和管理人員展開。APP用戶是使用軟件的主要人群，能利用軟件實現風險管控和隱患排查，進行相關安全知識學習和查詢；專家在固定時間為用戶在線答疑，處理用戶留言；管理人員使用APP發布公告或在小程序中發布推送，同時管理注冊人員信息等。

2）數據結構。適合的數據結構能優化數據存儲空間，加快移動終端運行速度，降低流量消耗，帶來更好的存儲效率。在雙控機制APP中，存儲數據主要是SQLite數據庫和手機內存，SQLite數據庫儲存服務模塊中用戶信息以及風險和隱患數據；手機內存儲存照片、視頻以及文檔等文件。

3）網絡拓撲結構。煤礦雙重預防APP運用C/S架構，由客戶機和服務器共同組成，這種架構將PC端和移動終端充分銜接，功能由兩者共同承擔。主要信息和數據儲存在PC端，工作必需的部分數據儲存在移動終端，終端獲取的數據可通過網絡實時上傳。DBMS（數據庫管理系統）核心功能由服務器承擔，能保證數據更新時效，也能減少應用程序流量損耗和數據負荷。為了保證系統的安全，將LINUX防火墻應用于APP中，能有效阻止大部分網絡攻擊。

4）系統開發流程。系統采用的軟件開發方法是瀑布方法，5個開發模塊依次流動[10]，瀑布方法通過閥門的一系列活動組成，控制上一模塊的完成并進入下一模塊。APP系統開發流程如圖2，共包括5個階段：需求分析階段、系統設計階段、系統開發階段、應用測試階段和系統優化階段。

圖2 系統開發流程Fig.2 System development process

2 APP系統功能

1）服務模塊。服務模塊包括用戶注冊與登陸、系統設置、個人信息、密碼找回和新手引導等5部分功能。用戶注冊時，用戶名必須為真實姓名；聯系方式可綁定手機號或郵箱；密碼需自行設置；密碼可通過手機號或郵箱2種方式找回。首次登陸可選擇進入新手模式，通過新手指引能對APP迅速了解。用戶注冊后需要通過審核，保證信息安全。系統設置中可設置是否同意消息推送，是否自動升級，修改手機號碼及注銷賬號等操作。

2）風險分級管控模塊。以GBT13861—2009《生產過程危險和有害因素分類與代碼》、GB18218—2018《危險化學品重大危險源辨識》為依據，進行風險辨識與分析。系統將風險分為“紅、橙、黃、藍”4級，其中紅色為重大風險，必須立即停工整改；橙色為較大風險，必須制定措施進行整改；黃色為一般風險，需要進行控制整改；藍色為較低風險，一般容許存在。通過確定風險等級來判斷事故發生可能性和嚴重程度，提出治理與防范措施。通過程序錄入風險等級、類型、所在區域、具體內容等風險數據，完成對風險責任清單的下發，之后將風險對應下發到對應責任單位和責任人，責任人需制定管控措施上交給上級批準審查，批準同意后方可按照措施計劃進行風險管控。

3）隱患排查治理模塊。事故隱患排查治理工作流程如圖3。需先制定事故隱患排查專項計劃，提前確定隱患巡檢路線和內容，按照制定的流程將隱患排查到位，同時進行數據分析，最終使隱患得到治理。巡檢過程中將隱患通過程序錄入，APP會自行判斷隱患等級，根據分級給出處理意見，分級按A、B、C、WT分為4種。程序可以對處理過后的隱患進行驗收操作，驗收合格后可在程序中快速進行銷號，驗收不合格時程序可幫助用戶重新進行等級評估并給出治理方案；再次評估結果若為A級隱患，則需立即上報領導，由礦領導或上級監管部門進行掛牌督辦，共同制定治理計劃，按正常流程繼續整改，完成后再次申請驗收。

圖3 事故排查流程Fig.3 Incident investigation process

4）小程序模塊。APP可與微信綁定，在小程序中使用，用戶不必下載軟件也能正常使用部分功能。在移動終端內存不足或軟件卡頓等情況下，不影響用戶風險分級管控模塊和事故隱患排查治理模塊等功能正常使用。在小程序中定位功能是一大亮點，在緊急情況下可一鍵發送定位及危險情況至所有用戶微信，用以保障人身安全及煤礦生產安全。

5）公告模塊。公告模塊是APP對實時消息進行通知的模塊，主要對日常工作中重要事務或公司動態進行公布，對員工的獎懲進行通告，對煤礦行業相關新聞進行報道。以推送形式展現給使用人員，相當于線上廣播功能，具有便捷快速的特點。這一模塊使用簡單，機動性強，可在設置中自行屏蔽。

6）學習模塊。該模塊包括5部分：煤礦法律法規資料查閱、專家答疑、安全生產事故案例分析、用戶交互、應急知識與消防知識學習與查詢。法律法規等資料可下載后離線使用，方便各種地點查詢；APP中專家定時在線，用戶通過留言或在線對專家提問，提高生產的專業性；開設的交流板塊，用戶可以相互分享經驗、共同解決問題；出現意外情況時，應急板塊提供的處理方法能保障工人生命安全。

3 APP系統關鍵技術

1）電子風險空間分布圖。通過對煤礦實地調研，在PC端后臺程序中載入煤礦采掘平面圖，將已有風險數據與圖對應，生成煤礦安全風險空間分布圖。在APP中無須加載后臺程序，可通過網絡關聯查看該圖，并能快速在圖中標記，例如某處風險等級用藍、橙、黃、紅表示。用戶輸入該地點不安全因素，程序能自行風險識別，針對該風險種類和特點，運用定性或定量的方法判斷可能造成的危險及危險嚴重程度，分析該風險可能造成的結果。APP能實時查看風險情況并存儲數據歸檔，以便統計和管控。

2）事故隱患定位巡檢。用戶手持終端，按照程序設定的巡檢路線排查。APP有定位功能，到達巡檢地點時會自動彈出該地點需要排查的隱患內容，用戶可根據列表逐一排查，也可手動錄入。巡檢路線主要依據煤礦生產計劃、隱患數據多角度分析、危險點監督和安全隱患整改落實等方面結合安全管理經驗進行設置，改善了安全巡檢人員自由度高以及人工易出現漏檢等問題，使日常安全隱患管理更有針對性。對重大、共性、反復、新增隱患，溯源分析，以問題為導向，制定改進措施。對于程序中存在的隱患，錄入后實時反饋數據等級信息、頻率信息等。APP能對實時排查的事故隱患進行評估，判斷隱患等級并給出處理意見。

3）基于Apriori算法的隱患數據分析。開發的應用程序包括2種統計分析：一種是簡單的基本統計；一種是包括算法的深度分析。簡單基本統計是將隱患數據進行一些最基本的處理，隱患信息按照地點、日期、班次、等級、專業等方面匯總得出表格，一鍵生成柱狀圖或折線圖，直觀了解不同層次隱患數據，隱患發生頻率較高需加強重視，增加巡檢頻次，頻率較低不能放松警惕，加強對人不安全行為的約束。程序中嵌入的深度分析統計，是通過Apriori算法對已有隱患數據進行關聯分析，從隱患的不同維度出發，得到不同條件下隱患的關聯規則。APP中嵌入此算法，在錄入隱患后，通過設置支持度和置信度閾值，可以直接在程序中得到一個或多個條件為前提的一系列關聯規則，后臺利用已有隱患數據預測該處可能存在的隱患，對置信度進行從高到低排列，用戶可根據列表對置信度較高的關聯規則進行加強監督管理或增加巡檢頻次，提出防范建議，以此降低事故發生的可能性。

4 現場應用

對某煤礦進行APP系統功能運行與測試，主要應用服務模塊、風險分級管控和隱患排查治理等模塊，確定每個模塊正常運行情況。APP系統功能界面如圖4。APP系統功能測試見表1。

圖4 系統運行界面Fig.4 System operation interface

表1 功能測試表Table1 Functional test table

實際應用證明，APP各項功能都能正常使用。系統的應用對煤礦風險管控和隱患治理有顯著作用，能促進煤礦安全管理系統化和信息化。隨著“三位一體”標準化體系的進一步完善，此APP將大范圍投入使用，在各煤礦中迅速普及，有利于提高煤礦安全信息管理水平。

5 結 語

研發的APP采用瀑布式開發方法，使用C/S架構和SQLite數據庫，保證了風險分級管控、隱患排查治理、服務、小程序、公告、學習等模塊功能的實現。研發的APP在基礎的風險評價方式上增加了電子風險空間分布圖，能對風險進行定點定量描述；基于定位功能，實現了事故隱患定位巡檢，使隱患排查方式更加高效；基于Apriori算法對隱患數據進行關聯性分析，能生成針對性防范措施，有效降低隱患發生頻率。通過實際測試發現：APP使用后煤礦人員身份信息系統化，公告通知傳播迅速，員工對各規程的學習方便快捷，風險和隱患的錄入方式改善，風險管控和隱患排查過程明顯得到優化。