基于二元语义的煤矿安全生产风险评价研究

郭 凯

(1.河南科技大学管理学院，河南 洛阳 471003；2.中国矿业大学(北京)资源与安全学院，北京 100083)

作为复杂的生产系统，煤矿面临着诸如自然环境和安全管理缺失等许多不安全因素。这些因素可能会对煤矿生产系统以及作业人员产生威胁。这就要求煤矿管理部门在煤炭生产过程中要有意识地进行安全风险评价，通过评价发现问题，确定危险状态，以便采取相应的预防措施预防威胁的发生。

对煤矿安全风险进行评价的最大难题就是指标性多样性。这些指标既有定性指标，又有定量指标，所以很难直接根据某一指标比较安全风险优劣。针对这一问题，本文在理清评价脉络的基础上，建立了评价指标体系，然后通过二元语义对该指标体系进行分析处理，以更客观地反映煤矿安全生产风险状况。

1 煤矿安全生产风险评价指标体系的构建

指标对于评价结果的准确与否起着十分重要的作用，而根据煤矿安全所涉及的评价指标又很多。鉴于此，本文运用系统工程的思想，从煤矿生产制度和安全教育的角度建立了包括安全措施、安全管理和安全技术等三个方面的评价指标体系，如图1所示。

图1 煤矿安全生产风险指标评价体系

2 二元语义群决策方法

二元语义群决策是一种基于符号转移的概念[1]，是指将专家给出的语言评价信息用二元组(Sk,αk)来表示[2]，其中Sk表示为预先定义好的语言评价集S中的第k个元素，αk称为符号转移值，表示评价结果与Sk的偏差，且满足αk∈[-0.5,0.5)。

设si∈S是语言短语，可以通过转换函数θ获得相应的二元语义形式[3]：

θ:S→S×[-0.5,0.5)

即

θ(Si)=(Si,0),si∈S

(1)

设S={s0,s1,…,sT}为一个语言评价集，β∈[0,T]表示语言评价短语集结运算的数值结果，它是一个实数，可由函数Δ得到与之相对应的二元语义形式[3]：

Δ:[0,T]→S×[-0.5,0.5)

即：

其中，round为“四舍五入”取整算子。

反之，若(sk,αk)为二元语义，则存在一个逆函数Δ-1，使二元语义(sk,αk)可转化为相应的β∈[0,T],有[3]：

Δ-1:S×[-0.5,0.5)→[0,T]

即

Δ-1(sk,αk)=k+αk=β

应用函数Δ和Δ-1可以毫无信息损失的将数值转换为二元语义形式，使得语言信息计算结果更为准确[4]。

若{(s1,α1),(s2,α2),…,(sn,αn)}是一组二元语义，则其算术平均算子为：

(2)

若{(s1,α1),(s2,α2),…,(sn,αn)}是一组二元语义，ω={(ω1,γ1),(ω2,γ2),…,(ωn,γn)}是对应的二元语义权重向量，则基于二元语义的加权算术平均算子定义为[2]：

(3)

3 基于二元语义的煤矿安全生产风险评价

3.1 煤矿安全生产风险评价问题描述

假设需要对某煤矿安全生产风险状况进行评价，设E为评价者集合，记为E=(e1,e2,…,em)，k=1,2,…,m。煤矿安全生产风险评价的指标集为A，记为A=(a1,a2,…,an)。S为评价语言集，P为权重语言集。S、P是预定好的由奇数个元素组成的有序集合。若评价者ei∈E(i=1,2,…,m),对于评价项aj∈A(j=1,2,…,n)进行评价，得到结果rij∈S,将其转化为二元语义的形式Rij=(rij,0);评价者ei还要对评价项aj的重要程度进行评价，得到关于该评价项的权重ωij∈P,也转化为二元语义的形式ωij=(ωij,0)。

3.2 基于二元语义的煤矿安全生产风险评价步骤

步骤2 求各评价者的二元语义加权评价值Ri(i=1,2,…,m)。利用公式(3)和从步骤1的结果，对各评价者给出的为二元语义评价结果进行集结，从而得到各评价项加权算术平均二元语义评价结果。

步骤3 求二元语义的综合评价值。利用公式(2)对从步骤1、2中计算得到的结果进行集结，从而得到关于煤矿安全生产风险的综合评价值。

4 算例分析

3位专家将指标及其重要性的评语等级分为5级对某矿的安全生产风险进行评价，相应的语言评价集和重要度的语言评价集，如表1和表2所示。

表1 风险等级语义变量表

表2 重要度语义变量表

3位专家针对各指标给出的语言评价值和重要性信息见表3。

表3各项指标的专家测评表

一级指标二级风险指标风险等级重要性e1e2e3e1e2e3安全措施安全防护装置RVRVRFVII医疗救助设备VRRVGIIVI安全监控系统RFVRIFU安全型矿用设备GRVGFIVI安全管理安全教育与培训VRFVRUVII安全规章与制度RVRFVIIF安全监督机制FRRIVIU安全管理机构VRFGVIIF安全技术开采、运输技术RVRVRIUF安全供电技术GRVGFVUU危险和事故处理VRFVRVIIF救灾、减灾技术RVRGUVII

利用式(1)把语言评价值和重要性信息转化成二元语义的形式，结果如表4所示。

利用式(2)对各评价者给出的评价项二元语义权重进行集结，得到各评价项的算术平均二元语义权重为：

利用式(3)和各评价项的算术平均二元语义权重，对各评价者给出的二元语义评价结果进行集结，得到各评价者的加权算术平均二元语义评价结果Ri(i=1,2,3),例如：

=(S3,0.04)

同理，R2=(S3,0),R3=(S2,0.25)。

表4 各项指标的专家测评二元语义表

利用式(2)将R1,R2,R3进行集结，得到该矿安全生产风险情况的二元语义的综合评价结果：

(S3,-0.24)

从计算结果可以看出，该煤矿的安全生产风险情况略低于危险级别。

5 结论

影响煤矿安全生产的因素较多，在风险评价过程中很难具体量化。本文通过引入二元语义，提出了基于二元语义的煤矿安全生产风险评价方法，能够有效的避免由于语言评价在集结运算过程中的信息损失和扭曲。并且实际算例表明，该方法能够有效地对煤矿安全生产风险进行评价，具有较好的实用性，能够对避免煤矿安全事故的发生产生作用。

[1]卫贵武,林锐.基于二元语义多属性群决策的灰色关联分析法[J].系统工程与电子技术,2008,30(9):1686-1689.

[2]廖貅武,李垣,董广茂.一种处理语言评价信息的多属性群决策方法[J].系统工程理论与实践,2006,26(9):2-5.

[3]Herrera F,Martinez L.A 2-tuple fuzzy linguistic representation model for computing with words[J].IEEE Transactions on fuzzy systems,2000,8(6):746-752.

[4]卢晓珊,何伟,贺永金.邮政运输网络中的邮路规划和邮车调度研究[J].数学的实践与认识,2009,39(17):3-5.