系统安全预测技术培训材料

第三章系统平安预测技术第一节预测的种类和根本原理第二节预测方法3/8/20251第一节预测的种类和根本原理一、预测的种类预测是运用各种知识和科学手段，分析研究历史资料，对平安生产开展的趋势或可能的结果进行事先的推测和估计。即由过去和现在预测未来，由预测未知。预测的组成：(1)预测信息：在调查研究的根底上所掌握的反映过去、揭示未来的有关情报、数据和资料为预测信息。〔2〕预测分析：将信息资料，经过比较核对、筛选和综合，进行科学的分析、预算。〔3〕预测技术：预测所用的科学方法和手段。〔4〕预测结果：最后得出的事物开展的趋势、程度、特点以及可能性结论。3/8/20252预测的含义：〔1〕预言。如果不涉及它所产生的根据，可以认为是明确地断言某个时期后将会出现的事物，它相当明确地声称将会发生什么，预言经常被认为是所期望的预测。〔2〕推测：在一定条件下描述未来形势的预测。〔3〕规划：此时的预测者是有意识的行动者。企业的领导人、技术上的指导者先明确目标，然后努力实现这个目标。3/8/20253平安生产预测的分类：〔1〕按预测对象范围为：1〕宏观预测：指对整个生产行业、一个地区、一个集团公司的平安状况的预测。2〕微观预测：指对一个生产单位的生产系统或对其子系统的平安状况的预测。〔2〕按时间长短分1〕长期预测：指对5年以上的平安状况的预测。2〕中期预测：指对1年以上5年以下的平安生产状态的预测。3〕短期预测：指对1年以内的平安状态的预测。3/8/20254二、预测的程序1、第一阶段：确定预测目标和任务〔1〕确定预测目的。〔2〕制定预测方案〔3〕确定预测时间2、第二阶段：输入信息阶段〔1〕收集预测资料〔2〕检验现有资料3、第三阶段：预测处理阶段〔1〕选择预测方法〔2〕建立预测模型〔3〕进行推理和计算3/8/202554.第四阶段：输出结果阶段〔1〕预测结果阶段〔2〕修正预测结果三、预测的根本原那么1.连贯的原那么2.系统的原那么3.实事求是的原那么4.大量观察的原那么3/8/20256第二节预测方法一、预测分析方法概述1.定性分析：确定事物未来的性质，一般用于定量数据或难以用数据表示的事物或状态。2.定量分析：运用已掌握的大量信息资料，运用统计和数学的方法，进行数量计算或图解来推断事物开展的趋势及其程度的方法。3.定时分析：对预测对象随时间变化情况的分析。4.定比分析：定的是结构比例量。指不同经济事物之间相互影响的比例。5.评价分析：用上述分析预测后，须对结果进行评价。3/8/20257特尔菲法最早出现于20世纪50年代末期。当时美国政府组织了一批专家，要求他们站在苏军战略决策者的角度，最优地选择在未来大战中将被轰炸的美国目标，为美军决策人员提供参考。之后，在1964年，美国兰德公司的赫尔默〔Helmer〕和戈登〔Gordon〕首次将特尔菲法应用于科技预测中，并发表了?长远预测研究报告?。特尔菲法除用于科技预测外，还广泛用于政策制定、经营预测、方案评估等方面。开展到现在，特尔菲法在信息分析研究中，特别是在预测研究中占有重要的地位。据1975年联合国教育研究所对几种主要预测方法的使用情况所作的调查，专家预测法〔以特尔菲法为主〕的使用率占被使用预测方法总数的24.2%。3/8/202510特尔菲法的三个主要特点☆匿名性

☆反响性☆统计性3/8/202511匿名性特尔菲法不像专家会议调查法那样把专家集中起来发表意见，而是采取匿名的发函调查的形式。受邀专家之间互不见面，亦不联系，它克服了专家会议调查法易受权威影响，易受会议潮流、气氛影响和其他心理影响的缺点。专家们可以不受任何干扰的独立的对调查表所提问题发表自己的意见，不必作出解释，甚至不必申述理由，而且有充分的时间思考和进行调查研究、查阅资料。匿名性保证了专家意见的充分性和可靠性。3/8/202512反响性由于特尔菲法采用匿名形式，专家之间互不接触，受邀各专家都分别独立地就调查表所提问题发表自己的意见，仅靠一轮调查，专家意见往往比较分散，不易作出结论，而且各专家的意见也容易有某种局限性。为了使受邀的专家们能够了解每一轮咨询的汇总情况和其他专家的意见，组织者要对每一轮咨询的结果进行整理、分析、综合，并在下一轮咨询中匿名反响给每个受邀专家，以便专家们根据新的调查表进一步的发表意见。经典的特尔菲法一般要经过四轮咨询。反响是特尔菲法的核心。在每一轮反响中，每个专家都可以参考别人的意见，冷静地分析其是否有道理，并在没有任何压力的情况下进一步发表自己的意见。屡次反响保证了专家意见的充分性和最终结论的正确性、可靠性。3/8/202513统计性在应用特尔菲法进行信息分析研究时，对研究课题的评价或预测〔例如，对研究对象的各项指标及其相对重要性的评价，或是对研究对象的实现时间、条件和手段的估计，等等〕不是由信息分析研究人员作出的，也不是由个别专家给出的，而是由一批有关的专家给出的。由此，对诸多专家的答复必须进行统计学处理。所以，应用特尔菲法所得的结果带有统计学的特征，往往以概率的形式出现，它既反映了专家意见的集中程度，又可反映专家意见的离散程度。

为了便于对应答专家意见的统计处理，对调查表的设计中多采用表格化、符号化、数字化。特尔菲法的统计性特点有利于将一般定性问题用定量化方法处理，并以定量结果表述。3/8/202514特尔菲法用途

特尔菲法本质上是建立在诸多专家的知识、经验和主观判断能力的根底上的。特别适用于这样两类课题：①对于缺乏足够原始数据的军事和技术领域的预测，以及需要根据众多因素的影响才能作出评价的军事和技术领域的预测；②对于那些社会、经济、科学技术的开展在很大程度上取决于政策和人为的努力，而不是主要取决于该领域本身的预测。在这些领域，目前还只能用像特尔菲法这样的直观判断方法才能进行评价和预测。3/8/202515总的来说，特尔菲法主要应用于预测和评价，它既是一种预测方法，又是一种评价方法。不过经典特尔菲法德侧重点是预测。特尔菲法主要有以下五个方面的用途：

⑴对到达某一目标的条件、途径、手段及它们的相对重要程度作出估计；

⑵对未来事件实现的时间进行概率估计；⑶对某一方案〔技术、产品等〕在总体方案〔技术、产品等〕中所占的最正确比重作出概率估计；

⑷对研究对象的动向和在未来某个时间所能到达的状况、性能等作出估计；

⑸对方案、技术、产品等作出评价，或对假设干备选方案、技术、产品评价出相对名次，选出最优者。3/8/202516特尔斐预测法的根本程序〔1〕确定预测目标：应是本系统或专业中对开展规划有重大影响而且意见分歧较大课题。〔2〕成立管理小组：一般2到10多人不等。〔3〕选择专家：对专家的要求是1〕总体的权威程度较高2〕代外表广泛3〕严格专家的推荐和审定程序4〕人数要适当〔4〕设计评估意见征询表〔5〕专家征询和轮间信息反响3/8/2025172.专家意见的统计处理〔1〕数量和时间答案的处理常用中位数和上、下四分位点的方法。3/8/2025183/8/2025193/8/202520〔2〕等级比较答案在邀请专家进行平安预测时，常有对某些工程的重要性进行排序的要求。对这种形式的问题，可采取评分法对应答问题进行处理，当要求n项排序时，首先请各位专家对工程按其重要性排序，被评为第一位的给n分，第二位的给n-1分，最后一位给1分，然后按以下公式计算各目标的重要程度：3/8/2025213/8/202522四、时间序列预测法1、滑动平均法2、指数滑动平均法五、计量模型预测法3/8/202523平安系统工程灰色理论3/8/202524灰色理论1灰色系统及其在事故预测中的应用1．1灰色系统理论灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授于1982年创立的。对于掌握信息的完备程度，人们常用颜色作出简单、形象的描述。例如，把内部信息的系统称为白色系统；把信息未知的或非确知的系统，称为黑色系统；而把信息不完全确知的系统，也就是系统中既含有的信息、又含有未知的或非确知的信息，称为灰色系统〔GREY—SYSTEM〕。3/8/202525灰色理论灰色系统理论认为，世界是物质的世界，同时也是信息的世界。在作为信息的世界里，已被认识的白色系统和未被认识的黑色系统只是相对的、暂时的，而介于二者之间的灰色系统是永恒的、绝对的。灰色系统理论的任务就是挖掘、发现有用的信息，充分利用和发挥现有信息的作用，以分析和完善系统的结构，预测系统的未来，改进系统的功能。3/8/202526灰色理论灰色系统将一切随机变量看作是在一定范围内的灰色量，将随机过程看作是在一定范围内变化的与时间有关的灰色过程。对灰色量不是从统计规律的角度通过大样本量进行研究，而是用数据处理的方法〔数据生成〕，将杂乱无章的原始数据整理成规律较强的生成数列，再做研究。3/8/202527灰色理论1．2灰色系统的用途灰色系统的内容与用途主要是：灰色关联分析灰色预测灰色决策灰色控制3/8/202528灰色理论事故的发生存在着很大的偶然性，许多平安问题难以归纳成简明严谨的数学模型。但是，历史事故序列中肯定存在某种模式，它外表上给人的印象往往是杂乱无章、无规律可循，但具有外推性，能够被预测。因此，事故预测的对象是一些影响因素众多的、不确定的灰色系统，可应用灰色预测理论很好地解决事故预测问题。3/8/202529灰色理论2GM〔1，1〕模型及灰色预测方法2．1灰色模型灰色模型简称GM模型〔GREYMODEL〕，是灰色系统理论的主要组成局部。常用的灰色模型有GM(1,N)模型和GM(1,1)模型。GM(1,N)模型是1阶N个变量的微分方程模型；GM(1,1)模型那么是GM(1,N)模型中，N=1的特例，即1阶1个变量的微分方程模型。灰色预测主要是通过GM(1,1)模型进行的。3/8/202530灰色理论GM(1,1)模型的微分形式为：式中a—开展系数；u—灰作用量；x(1)—原始数据序列x(0)的累加生成变量。(2-4)3/8/202531灰色理论模型的离散形式：式中k—时间序号；

x(1)〔K+1〕—〔K+1〕时刻累加生成值；x(0)〔1〕—x(0)中第一个数据。(2-5)3/8/202532灰色理论灰色建模和求解过程可以用以下图来表示。3/8/202533灰色理论2．2灰色预测方法步骤下面结合实例介绍用GM(1,1)模型进行事故预测的方法步骤。某矿某年3-7月份的轻伤事故情况如表所示，试预测8月份的轻伤事故人次。月份34567轻伤人次29333435373/8/202534灰色理论1)数据的累加生成建立灰色预测模型时，要对原始数据做累加处理，即对非负数列x(0)〔i〕=｛x(0)〔1〕，x(0)〔2〕，x(0)〔3〕，x(0)〔4〕，x(0)〔5〕｝，做一次累加处理〔1-AGO〕，求得新数列x(1)〔i〕：，，i=1，2，…，n〔2-6〕3/8/202535灰色理论本例中，原始数据序列为：x(0)〔i〕=｛29，33，34，35，37｝用上式对原始数据序列做一次累加处理，生成新数列x(1)〔i〕为：x(1)〔i〕=｛29，62，96，131，168｝3/8/202536灰色理论2〕构造数据矩阵B及数据向量Y式2-5所示的GM(1,1)模型中，需确定参数a、u的具体数值。为此，令，给出以下矩阵形式的方程：Y=B3/8/202537灰色理论其中，

Y=[x(0)〔2〕，x(0)〔3〕，…，x(0)〔n〕]T3/8/202538灰色理论本例中，Y=[x(0)〔2〕，x(0)〔3〕，…，x(0)〔n〕]T=｛33，34，35，37｝T3/8/202539灰色理论3)求GM〔1，1〕的系数向量根据最小二乘法，求3/8/202540灰色理论本例中，3/8/202541灰色理论所以，a=-0.0386148777u=31.009107354)建立预测模型根据式2-5，建立预测模型。3/8/202542灰色理论本例中，x(0)(1)=29,3/8/202543灰色理论即，本例中的事故预测公式为：根据此公式可计算出今后各个时期的，即生成数列的预测值。3/8/202544灰色理论5)求复原数列为了得到原始数列的预测值，还需要将生成数列的预测值作累减复原为原始值，即3/8/202545灰色理论式中--原始数列的预测值；--生成数列的预测值。本例中，由2-9式求得生成数列的预测值，由2-10式求得原始数列的复原值，分别列在表2-8、表2-9中。3/8/202546灰色理论6〕误差及精度检验由预测模型得到的预测值，必须经过统计检验，才能确定其精度等级。〔1〕相对误差×100%〔2-11〕3/8/202547灰色理论其中，为原始数列值与预测值的差值，即残差。〔2〕后验差比值C后验差比值C是残差均方差Se与数据均方差Sx之比，即(2-13)(2-13)(2-13)3/8/202548灰色理论显然，残差的方差Se2越小，预测精度越高，但其数值大小与原始数据的大小有关。因此，取它们的比值作为统一的衡量标准。残差方差与数据方差的计算分别为〔2-14〕3/8/202549灰色理论〔2-15〕上面两式中，为残差均值，为原始数据的平均值，其他符号意义同上。3/8/202550灰色理论〔3〕小误差概率P〔2-16〕3/8/202551灰色理论后验差比值C和小误差概率P算出后，可按表2-7进行精度等级划分预测精度pC好P>0.95C<0.35合格P>0.80C<0.50勉强p>0.70C<0.65不合格p≤0.70C≥0.653/8/202552灰色理论本例中，生成数列的预测值与误差检验如表2-8所示，原始数列的复原值与误差检验如表2-9所示。Kx(1)(k+1)ε(1)(k+1)ε(1)%029290016261.740.260.4229695.780.220.233131131.15-0.150.114168167.910.090.053/8/202553灰色理论Kx(0)εε%129290023332.740.260.7933434.04-0.040.1243535.37-0.371.0553736.760.240.65平均值33．633．5820．02253/8/202554灰色理论求残差方差与数据方差，有：Se2=[〔0.26-0.0225〕2+〔-0.04-0.0225〕2+〔-0.37-0.0225〕2+〔0.24-0.0225〕2]=0.06542Sx2=[〔29-33.6〕2+〔33-33.6〕2+〔34-33.6〕2+〔35-33.6〕2+〔37-33.6〕2]=7.163/8/202555灰色理论后验差比值C为：小误差概率P的计算：先计算0.6745Sx和|ε〔0〕〔k〕-|:0.6745Sx=0.6745×2.67582=1.80483/8/202556灰色理论3/8/202557灰色理论因此，3/8/202558灰色理论根据P>0.95和C<0.35的评价标准〔表2-7〕，本预测结果的评价等级为好。采用2-9式，可以对下一月份〔即8月份〕的轻伤事故进行预测。对于下一月份，序号k=5。3/8/202559灰色理论即，根据预测，如果不能采取更有效的事故预防措施的话，下一月份的轻伤事故人次将是38。3/8/202560灰色理论一般灰色预测模型均需经过检验合格后才能使用。假设按建立的GM(1,1)模型经检验后精度不合格，我们可以考虑用残差建立GM(1,1)模型，对原模型进行修正，其具体方法可参考有关书籍。另外，距离现在时间越近的数据，对预测未来的意义和重要性越大，而越远的数据意义和重要性越小，因此可采用新陈代谢模型进行预测。其方法是：每次求出一个预测值，参加到原始数据中，并把最老的一期数据去掉，以构成新的原始数据序列，再建模、预测，直到求出所需要的预测值。3/8/202561灰色理论2．3事故预测实例企业平安事故不仅影响到企业生产的正常进行，还影响到企业职工的人身平安，造成企业重大经济和财产损失。要防止企业平安事故发生，一是要了解企业平安事故产生的根本原因；二是必须加强企业平安事故预测，因此对火灾的预测可以应用我国学者邓聚龙在19世纪80年代创立的灰色理论。灾变预测是灰色预测理论中一个典型的预测模型。其特点是通过确定一个阈值，然后从原始数列中挑出大于或小于阈值的点认为是异常值，把这些值出现的时间作为新的原始数列，以预测下一个或几个异常值出现的时间[1]。应用灾变预测，力求了解企业未来可能发生的平安事故，为企业生产平安决策提供参考。3/8/202562灰色理论灾变模型的建立设某企业平安事故次数的原始数列为：

对做一次累加，即利用公式(2)求得(3)3/8/202563灰色理论3/8/202564灰色理论3/8/202565灰色理论3/8/202566灰色理论3/8/202567灰色理论3/8/202568灰色理论3/8/202569灰色理论3/8/202570灰色理论3/8/202571灰色理论3/8/202572灰色理论3/8/202573灰色理论其他几种事故预测方法3．1利用回归法进行伤亡事故趋势预测1〕回归分析预测法的应用一个企业或部门的平安状况，受其生产性质、规模、人员素质、物质条件、环境状况及管理水平等一系列因素的影响。人们虽然一直在致力于建立它们之间的函数关系和求得精确解的研究工作，但因影响因素众多、关系复杂，工作仍处于探索阶段。然而，大量的统计资料说明，一个企业成部门的平安状况与影响它的各种因素却是一个密切联系着的整体。而这个整体又具有3/8/202574灰色理论相对的稳定性和持续性，即时间序列平稳性。这就为我们可以抛开对逐个因素的分析，而是就其整体，利用惯性原理对企业或部门的平安状况进行预测提供了可能。企业或部门的平安状况可以用一定时期内的伤亡人数〔或次数〕、千人死亡率、千人重伤率、千人负伤率、百万吨产品死亡率等指标来表示。所有这些指标，都可以通过预测，对其未来的变化，作出估计。回归分析法在预测中已得到了广泛的应用。它具有预测结果比较接近实际、易于表示数据的离散性并给出预测区间等优点。3/8/202575灰色理论2〕伤亡事故指标预测模型通过统计分析，一个企业或部门的伤亡事故指标随年度的变化趋势，大致有以下几种类型：直线模型二次曲线模型〔幂函数、指数函数、对数函数、双曲函数〕直线模型用线性回归分析，求出自变量与因变量的函数式〔直线方程〕，然后用其进行预测。二次曲线模型，那么首先对其进行变换后，再用线性回归的方法解决。3/8/202576灰色理论3．2马尔柯夫链在平安预测中的应用在事物未来的开展及演变仅受当时状况的影响，即具有马尔柯夫性质，且一种状态转变为另一种状态的规律又是可知的情况下，就可以利用马尔柯失链的概念进行计算和分析，预测未来特定时刻的状态。预测计算中，需应用转移矩阵，转移矩阵中的元素表示相关状态之间的转移概率。3/8/202577灰色理论3．3特尔菲法特尔菲是古希腊城市名称，相传为预言之神阿波罗的神殿所在。特尔菲法是以匿名方法，轮番征询专家意见，最终得出评价、预测结果的一种集体经验判断法。特尔菲法是决策、预测和技术咨询的一种有效方法，是通过征求和集结专家群中成员的意见，对复杂的决策问题作出群的判断。采用特尔菲法时，群中成员的人数一般以20到50人为宜，并且不要求成员面对面地接触，仅靠成员的书面反响，因此参加者能处在地理位置分布很广的地区。特尔菲法可能需要数周甚至更长的时间。3/8/202578灰色理论特尔菲法有三个主要的特征，使它成为征求和提炼群的成