煤矿安全生产调度信息可视化方式选择评价研究

王兆星

（山西鲁能河曲电煤开发有限责任公司 上榆泉煤矿； 山西 忻州 036504）

为了提高煤炭企业管理人员对管理信息系统中呈现的生产调度信息的认知效率和认知准确性，着重研究生产调度信息在管理信息系统中展示方式选择的问题，将生产调度信息分为基本信息、地理信息和监测预警信息3类，分别选取了具有代表性的可视化方式，即循环作业图、甘特图、三维图、二维图、面积图、条形图和卡吉图，采用眼动实验捕捉管理人员眼动指标，利用因子分析对眼动指标进行因子筛选和整合，最终根据因子得分综合评价可视化方式效果。

一、调度信息可视化展示内容及方式

（一）基本信息

主要包括人员信息、设备信息、生产数据信息、计划制度信息、统计信息等。人员信息包括姓名、工号、工种、电话、单位、班次、工作面名称、数量、值班信息、考勤记录、工作信息、培训情况、权限管理信息等。此外，作为煤矿调度安全最重要的考虑对象，人员信息中还应包括安全状态评价信息；设备信息主要包括设备的名称、序号、所属部门以及采购、租赁、运行、检查、维护、故障等状态信息；生产数据信息主要包括物料供给信息，采煤量，库存量，销售量，运输量，煤的品位信息，煤矿基建信息等；计划制度信息包括生产作业计划，物料需求计划，制度文件，汇报文件，总结报告，会议资料，组织经营，订单，信函，通知，政务信息，环保信息等；统计信息主要由各类报表，调度日志等构成。

（二）地理信息

主要包括人员位置信息（当前位置，来源地点，到达时间，离开时间，逗留时间等），设备位置信息（当前位置，前一位置，到达时间，离开时间，逗留时间等），工作状态信息，煤炭运输信息，物流信息等。信息的获取借助于GIS，WIFI，WebGIS等技术，实现井下环境三维建模以及定位的实时监控，提供逃生路线以及历史轨迹回放等功能。

（三）监测预警信息

监测预警信息主要关注井下环境，将其划分为信息的实时采集，信息查询以及应急预案的制定，借助传感器等实时监测系统，实现信息的动态获取，包括隐患排查治理，通信状况检查，监控设备故障统计，传感器故障统计，应急指挥及预案，报警上下限，超限统计（时间，地点，取值，范围，趋势），历史数据查询，报警时间，事故类型，事故原因等，这是煤矿安全管理信息中至关重要的部分。对每一类型的调度信息有多种可视化展示方式可供选择，其中，基本信息中表示进度的图形图像中常用的主要有甘特图，时标网络图，此外还包括饼图，工程进度曲线图，时间轴等；地理信息的展示方式主要借助定位技术，从维度的角度分类，包括二维可视化，三维可视化；监测预警信息中，表示趋势的图形主要包括柱形图，雷达图，点图，面积图，曲线图，流程图，卡吉图，还包括视频监控，声光报警等展示方式。为了防止被试由于实验时间过长引起认知疲劳，进而影响实验的准确率，选取了几种常用的可视化展示方式，结论具有一定的推广性，关于其他展示方式的效果评价可以通过后续实验探索。

二、煤矿安全可视化方式选择的影响因素

在煤矿安全可视化管理中人们选择可视化方式需要考虑诸多因素，这些因素也就是煤矿安全可视化方式选择的影响因素。从可视化的过程来讲，可视化方式是把需要可视化的内容直观展示给接收内容的人，这里把需要可视化的内容称为可视化对象，把接收内容的人称为可视化主体，在该过程中可以发现可视化方式如同连接可视化对象和可视化主体的桥梁，起到了沟通和展示的作用，同时可视化对象和可视化主体的属性反过来会影响可视化方式的选择。因此，下面从可视化对象和可视化主体2个方面分析对煤矿安全可视化方式选择具有影响的各因素。

（一）可视化对象

可视化对象是指想要通过可视化方式表达的原始内容。目前，可视化主要分为数据可视化、信息可视化和知识可视化，该分类主要就是针对可视化对象进行的分类，因此可视化对象主要包括数据、信息、知识等。这些对象的诸多属性对煤矿安全可视化方式选择具有影响，具体因素：（1）复杂度。指的是可视化对象本身所包含的组成部分及构成方式。对象的复杂度越高越适合采用复杂的可视化方式，因为简单的可视化方式可能无法表达对象的组成和结构。以煤矿井下逃生路线为例，描述较为复杂的逃生路线往往需要三维路线图才能表达清楚，一维路线图和二维路线图较难描绘出复杂的线路。（2）信息量。是指对象所包含信息内容的多少。一般来讲为了使可视化结果更为直观，信息量越大越适合采用简单的可视化方式，目的是对信息具有高度的概括性。例如，目前拥有某煤矿10 a的安全事故数据，如果想使人们一目了然地了解如此大量的信息，就必须使用简单的可视化图表来展示数据规律，尽量使用1个图表概括出人们重点关注的信息。（3）准确性。是指可视化对象所表达的内容是否准确。如果可视化对象对内容表述的准确度较高，可能就不需要采用过于繁琐的可视化方式再对内容进行表达。（4）普遍性。是指可视化对象所表达的内容在日常生活中是否普遍存在。如果普遍性较高，就不需要采用过于复杂的可视化方式，例如，在表达进入矿井必须佩带安全帽时，因为安全帽对于矿井员工并不陌生，因此使用一个简单的图标即可表达，而不需要使用过于复杂的可视化方式。

（二）可视化主体

可视化主体是指接收和认知可视化信息的人或组织，在煤炭企业中可视化主体主要是企业的各类员工。他们是信息的接收者，可视化的过程就是为了使其对可视化对象有更为深入和直观的认识。为了使可视化主体更好地接收信息，在采用可视化方式时必须考虑主体的某些特性，这也就是可视化主体对于可视化方式选择的影响因素：（1）文化水平。是指主体的受教育程度。不同的可视化方式可能适用于不同文化水平的人。例如，煤矿的矿工多数文化水平不高，给他们表达信息时往往需要使用更为直观易懂的可视化方式。（2）认知能力。是主体所具备的个人能力。即使主体具备相同的文化水平，但是个人能力可能存在较大的差别。认知能力越强可能接受的可视化方式就越多和越复杂。（3）业务熟练度。指的是认知主体对于被认知对象相关内容的熟练程度。主体的熟练度越高可能就不需要采用过于复杂的可视化方式。例如，对于熟练度较高的老矿工，在给他们表达井下逃生路线时，往往不需要使用过于复杂的展示方式，因为他们对于井下线路比较熟悉，而对于新矿工可能就需要使用尽量详细的可视化方式进行表达。

三、煤矿安全可视化方式选择方法

（一）定性方法

定性分析方法是基于可视化方式选择的影响因素，在煤矿安全可视化方式选择的过程中将所有影响因素作为一个体系考虑。选择的过程中先分别考虑每个影响因素，然后再将所有影响因素综合考虑，形成备选方案。在定性分析的过程中除了考虑所有的影响因素，还要分清影响因素的主次，某些影响因素可能对可视化方式的选择起到了决定性作用。例如，在煤矿安全知识传播中，主体的文化水平往往直接决定了可视化方式，考虑到煤矿员工普遍文化水平不高的特点，较适合采用形象具体的可视化方式。基于煤矿安全管理实践，总结了一种可视化方式的定性选择法——通路选择法。该方法将可视化方式的选择看作是在可视化对象和可视化主体之间寻找一种同时可以与两者相匹配的可视化方式，即寻找可视化对象到可视化方式，再到可视化主体之间的通路，通路选择法的具体步骤如下：第1步，确定可视化对象和可视化主体，从而确定可视化方式选择的影响因素；第2步，寻找可视化对象的各属性与备选可视化方式之间的关系，并将具有匹配关系的使用直线连接；第3步，寻找可视化主体的各属性与备选可视化方式之间的关系，将具有匹配关系的使用直线连接；第4步，在上述3步的基础上，找出从可视化对象出发到可视化主体结束的所有通路，每个通路中的可视化方式可以作为可视化主体认知可视化对象的一个方案；第5步，综合考虑因素的主次关系，比较上一步找出所有方案的优劣，此外，还可以通过用户或专家评定做出最终选择。

（二）定量方法

煤矿安全可视化方式选择的实质是在判断煤炭企业员工在接收信息时更适应何种可视化表达方式。这一选择过程从根本上说属于人类认知的范畴，因此可以借助认知科学的相关方法来帮助员工选择适合的可视化方式。通过对认知科学的研究，发现认识实验的方法作为可视化方式选择的定量研究方法。该方法的基本思路和步骤：（1）确定研究目标；（2）明确可视化对象、可视化主体和备选的可视化方式；（3）设计实验方案；（4）进行实验并记录实验过程和结果；（5）分析实验数据得出结论。在煤矿安全可视化方式定量选择的过程中实验设计和数据分析是关键的2个步骤。作为一种量化方法，数据的处理和分析方法将决定实验结果的准确性。由于可视化方式选择可以看作是对比分析不同方式的优劣，还可以看作是寻找变量之间的匹配关系，因此适用于可视化方式选择认知实验的数据分析方法有均值比较分析、方差分析、对应分析等。

总之，煤矿调度安全管理中，信息异源异构错综复杂，对信息合理有效地加以利用可以提高调度人员的管理效率，保证决策的准确性以及调度安全管理的实现。