安全生产预警分析与研究

1、安全生产预警分析与研究1 预警的演化及安全生产预警的发展伴随着预警理论的发展，安全生产预警研究工作经历了 3 个阶段，如图 1 所示。 1）初期 萌芽及发展。 1888 年，巴黎统计学大会上，法国经济学家福里利在社会和经济气象研 究论文中，以黑、灰、淡红和大红等几种颜色来测定法国18771887 年的经济波动，开启了预警理论的研究。 20 世纪 30 年代中期，经济监测预警系统兴起，随着年代不断改进、发 展并进入实际应用时期。 在这期间， 美国创建哈佛指数法、扩散指数法、综合指数法等多指 标信息综合方法对宏观经济进行预警。 2）中期深化拓展。到 20世纪 70 年代，经济预警系统 不断完善简化

2、， 应用领域外推拓展， 在自然灾害管理中得到应用。 许多国家分别建立水文观 测、地震测报、 火灾监测等灾种的监测预警台站并联成网络， 对自然灾害过程进行连续的监 测和预警。 预警系统在经济调控和灾害管理中所取得的丰硕成果， 促使预警理论不断发展并 推广应用于各个领域，具体为社会领域中的人口预警、食物安全预警、 劳务预警等，环境领 域中的气象预警、 干旱预警、 生态环境预警等。 3）安全生产预警发展。 基于成熟的预警理论， 安全生产预警也不断发展， 并应用于石油、 化工、 煤矿、冶金等高危行业。 例如 :Mironowicz 等针对煤矿生产情况， 对煤矿危险源进行监测并进行安全生产预警等。 先期

3、安全预警思想主 要借鉴经济预警理论及方法，采用指数预警法对各行业进行安全生产预警，预警指标较少， 预警结构功能单一。 随后，安全生产预警系统采用事故统计模型来发现监测对象的波动规律， 将选取的指标综合成一个数值， 通过所属区间来判断系统发展状态。 随着安全生产预警理论 的发展， 安全生产预警指标的选取主要通过安全系统论、 事故致因理论以及历史事故等多方面进行选取，采用人工智能方法进行模型构建，并综合运用系统论、信息论、控制论的原理 和方法，结合自动检测与传感技术、 计算机仿真、 计算机通信等现代高新技术，及时检测并 反映系统的安全状态。2 安全生产预警的运用现状分析安全生产预警作为安全问题事前

4、管理以及事故控制的有效手段，起着举足轻重的作用。 目前， 安全生产预警已经被广泛应用于各个领域， 笔者选取煤矿安全生产预警、 建筑施工安 全生产预警以及道路交通安全预警等高危行业进行安全生产预警现状分析。21 煤矿安全生产预警煤矿安全生产预警是以煤矿安全生产法律法规为依据，利用现代化工具和各种技术手 段，收集各类数据如人、环、物等状况，同时针对安全生产活动进行评估、审核、整理、分 析、监测， 发出不同阶段的安全生产预警信号。 国内在 20世纪 90年代后期出现了煤矿行业 的微观预警，其思想和方法基本源于经济预警的基本理论。其后， 张明从作业人员、设备设 施、工作环境、 管理状况方面建立了初步的

5、煤矿安全生产预警指标体系， 构建了基于模糊综 合评判法的预警管理系统。 牛强等利用自组织神经网络研究了煤矿安全生产预警模型和安全 生产预警专家系统。 随着人工智能技术以及计算机技术的发展， 一些新兴的改进的方法也被 提出，如丁宝成构建了基于模糊层次分析法及补偿模糊神经网络的煤矿安全生产预警组合模 型。邵长安等构建了基于地理信息系统 (GIS ，GeographicInformationSystem) 的煤矿安全生产 预警系统， 通过 GIS 技术对空间的动态数据进行收集及处理， 并采用 BP 神经网络进行系统 模型构建。 这一系列的研究极大地推动了煤矿预警技术的发展， 为预警技术在煤矿安全生产

6、 中的应用做出了积极的贡献。22 建筑施工安全生产预警我国的建筑生产安全事故严峻程度仅次于矿山和危险化学品领域， 严重影响了建筑业的 可持续发展。国内外很多学者从 20 世纪六七十年代就开始对建筑业的安全和健康问题进行 了大量深入细致的研究， 主要通过调查统计方法建立模型， 获取安全管理指数， 进行建筑安 全事故预警。 目前， 一些学者通过对建筑安全事故的成因分析，已研究了用预先危险性分析法、灰色综合评价方法等多种风险预测理论方法， 对生产事故风险进行预警。 冯利军通过事 故致因理论以及危险源辨识对建筑安全事故成因进行了深刻的分析， 建立了建筑安全事故成 因诊断的分析模型 (ARCTM ，Ac

7、ci-dentRootCausesTracingModel) 。在建筑安全事故预警方法 上，运用比较多的有基于模式分类的贝叶斯预警方法、 神经网络方法以及遗传神经网络法 等。随着计算机技术的发展， 一些学者也采用了新兴的方法进行事故预警， 如赵平等强化人、 机、环境、管理 4 方面的安全隐患信息和危险源的预警管理，采用多源信息融合技术的 D S 证据理论法对不确定的复杂的工程数据进行定性分析和融合，用融合的最终数据判断施工项目的安全施工状态。 针对建筑安全事故数据收集困难、 数据集为小样本的特点， 解决小 样本数据集有特殊优势的支持向量机方法也逐步运用到建筑安全事故预警研究中。 赵元庆等 针对

8、建筑施工项目安全风险评估的精度要求以及施工特点， 首次提出基于粒子群算法优化的 支持向量机方法，从人员、设备、材料、环境、技术以及管理几大方面进行指标选取，结果 显示精度较高，具有一定的实际应用价值。23 城市道路交通安全预警道路交通安全预警， 就是依据对道路交通事故发展稳定状况的判断， 采用定性与定量相 结合的方法， 对道路交通安全发展态势进行过程描述、 追踪分析和警情预报。 国内交通安全 预警理论的研究， 包括高速公路交通安全管理、 铁路交通安全管理、 空中交通安全预警管理、 城市道路交通安全预警以及交通灾害的研究。 城市道路交通安全预警方法多样， 基于车速的 交通事故贝叶斯方法、模糊评判

9、法等都是较为常用的预警方法。例如:王宁从宏观层面和微观层面分别构建了区域城市道路交通安全预警系统和局部城市道路交通安全预警系统的模 型，采用贝叶斯矩阵法 (BMOM ， BayesianMethodofMatrix) 预测交通事故，分析城市道路交 通安全状况，根据预警等级进行报警。例如:宇仁德等针对道路交通监测数据多样性、空间性以及多属性等特点，建立了基于 GIS 的道路交通安全预警系统，构筑了数据采集与接收 子系统、数据分析与处理子系统、数据查询子系统、事故评价、检测与预测子系统以及报警 与调度子系统。此外，李玲琦对基于智能交通系统 (ITS ， Intelli-gentTransportS

10、ystem) 的事故 多发路段预警技术进行了研究，提取了运行车速作为单车运行状态下的事故前兆特征变量， 建立了由交通环境信息采集、 危险状态判别、 预警信息发布和通信 4 部分组成的高速公路事 故多发路段预警系统。3 各行业安全生产预警对比分析煤矿安全生产预警、 建筑施工安全生产预警以及城市道路交通安全预警都是安全生产预 警在重要行业的具体应用， 安全生产预警系统要求首先对该行业生产事故影响因素分析， 通 过指标选取原则， 从影响因素中提取指标， 并采用层次分析法或者相对重要程度等级法进行指标权重的划分， 再选取相应的数学方法构建预警模型， 通过输出值确定安全状态， 并发布 相应的预警信号。

11、不同行业安全生产预警的流程基本相同， 但是仍旧存在一些差异， 主要概 括如下 :31 指标的选取煤矿安全生产预警中指标的提取主要包括作业人员、机械设备、工作环境、管理状况、 地质条件等， 大部分学者主要从以上 5 个方面进行指标体系的构建， 部分学者则选取了煤层 赋存条件及开采条件作为预警指标进行安全生产预警， 指标覆盖性不够， 因此预警效果不明 显。建筑施工安全生产预警中指标的提取则主要从人、物、环境、管理 4 个方面进行，对建 筑行业来说，物的因素主要指的是施工过程中所涉及的设备、材料、半成品、燃料、施工机 械、机具、设施、能源等 ;此外，在建筑施工安全生产预警指标中，还考虑了安全投入这一

12、 因素。城市道路交通安全预警指标主要从人、车、道路、交通管理、交通环境 5 个方面进行 了考虑。各行业安全生产预警指标的选取见表1。32 预警方法安全生产预警是通过分析事故影响因素与事故发生或者事故发生风险之间的关系的技 术，常用的预警方法包括指数预警法、 统计预警法以及模型预警法， 其中模型预警法主要用 于监测点比较多、影响因素复杂的情况， 包括灰色系统理论、 模糊综合评判法、人工神经网 络等。 针对于不同行业的基本特点， 安全生产预警方法的选取也不尽相同。 煤矿安全生产预2。警、建筑施工安全生产预警以及城市道路交通安全预警常用的方法见表33 运行效果国内的煤矿预警研究早期主要借鉴经济预警的

13、理论和方法， 但经济运行机制与煤矿灾害 的发生机理迥异， 缺少对煤矿灾害预警机理的研究。 同时， 部分研究工作中构建的煤矿灾害 指标体系主要针对水灾、 火灾、 瓦斯突出等某一具体灾害，不具有动态适应性。现今的煤矿 安全生产预警系统能够从宏观上进行把握， 针对煤矿的整个生产和安全系统进行全方位的系 统设计，并且预警的准确程度也在逐步提高。在建筑生产安全事故管理方面， 绝大多数研究都是对建筑生产安全事故的事后分析， 少 数进行生产安全事故预警工作的研究也主要是利用传统的方法进行， 建筑施工预警理论不成 熟。要想在建筑安全生产预警方面取得一定的进展， 就必须广泛借鉴其他学科， 特别是人工 智能、 模

14、式识别、人工神经网络、遗传算法等智能学科和非线性系统学科的研究成果。 对于 城市道路交通安全预警问题已经进行了大量卓有成效的理论研究和工程实践， 但研究工作还 相对较为零散， 只是进行局部的指标体系设计， 没形成一个清晰成熟的交通安全预警系统的 概念。4 结论1）单指标预警时可通过对各项指标的国家标准值进行预警阈值的确定，综合预警则通过事故等级或者安全状态各区间临界值，确定统一的预警阈值。2）预警指标的选取涉及生产技术水平、 安全管理水平、 生产者和管理者的素质以及社会 和文化等因素，根据各影响因素确定指标原则能够使指标的全面性和完整性得到保障。3）安全生产事故影响因素众多， 事故影响因素之间具有复杂的非线性关系， 在经济预警 方法的基础之上， 结合企业以及各行业安全生产的特点， 采用人工智能以及计算机技术进行 预警，或者各类方法相结合进行预警是未来的发展方向。4）预警对于企业安全生产的正常进行具有重要作用，能够为企业进行安全事故管理提供决策支持。 预警指标选取、 预警方法选择