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礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)構(gòu)建

文檔作者：郝殿楊運(yùn)良程磊茍紅松文檔來源：河南理工大學(xué)安全學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月09日
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2010年第5期 煤炭 工程
礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)構(gòu)建
郝殿 楊運(yùn)良 程磊 茍紅松
(河南理工大學(xué)安全學(xué)院，河南焦作454003)
摘要：考慮到礦井通風(fēng)安全信息的多種因素的模糊性、未知性、不確定性的問題，研制一
套在一定程度上能模擬專家思維和決策過程的決策與處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)依據(jù)專家系統(tǒng)相關(guān)理論，
采用先進(jìn)的Browser／Server模式技術(shù)作為系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和當(dāng)前流行的ASP技術(shù)進(jìn)行開發(fā)， 以SQL
Se~er 2000作為后臺管理數(shù)據(jù)庫。論文就該系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)知識庫和推理機(jī)進(jìn)行了重點研究。
關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)；專家系統(tǒng)；知識庫；推理機(jī)
中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671—0959(2010)05-0113-03
1 概述
多年來，經(jīng)驗分析對礦井通風(fēng)安全信息決策與處理發(fā)
揮了重要作用，但這種處理方法屬于經(jīng)驗型的，成功與否
在很大程度上取決于指揮者判斷的準(zhǔn)確性和所需材料設(shè)備
的充足程度，以及方案執(zhí)行者的行動是否正確。有時由于
問題的突發(fā)性，往往使指揮者不能冷靜沉著地分析問題，
造成問題排除工作被動，以至貽誤戰(zhàn)機(jī)，使問題擴(kuò)大。隨
著煤炭工業(yè)的迅速發(fā)展，憑借經(jīng)驗處理各類通風(fēng)安全問題
已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足實際需要。人工智能的發(fā)展，為我們提供
了專家系統(tǒng)這一新的技術(shù)和方法。針對煤礦通風(fēng)安全的多
種因素的模糊性、未知性、不確定性的問題，選擇專家系
統(tǒng)方法和技術(shù)加以處理，是非常恰當(dāng)和行之有效的。因此，
研制一個包容大量理論和實踐成果，把許多專家的經(jīng)驗和
知識結(jié)合起來，并在一定程度上能模擬專家思維和決策過
程的決策與處理系統(tǒng)，以此進(jìn)行或協(xié)助工程技術(shù)人員進(jìn)行
故障預(yù)報和制定措施，對提高煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，改善
安全現(xiàn)狀，有著十分重大的意義。
和有關(guān)規(guī)程，可謂是知識豐富而且全面，因而將會具有很
強(qiáng)的咨詢診斷功能。本系統(tǒng)由知識庫、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫、
知識獲取模塊、解釋接口和人機(jī)接口6個部分組成. 。系
統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
2 系統(tǒng)構(gòu)建 3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)
該系統(tǒng)采用先進(jìn)的Browser／Server模式技術(shù)作為系統(tǒng)體
系結(jié)構(gòu)和當(dāng)前流行的ASP技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，以SQL Server
2000作為后臺管理數(shù)據(jù)庫。
礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)，依據(jù)礦井通風(fēng)領(lǐng)
域的專門知識，模擬通風(fēng)領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q問題的思路進(jìn)行工
作，該系統(tǒng)屬于診斷型專家系統(tǒng)，是以礦井通風(fēng)領(lǐng)域的專
業(yè)知識為依據(jù)建立推理模式。本系統(tǒng)具有明顯特點是知識
庫中存有典型通風(fēng)案例、專家經(jīng)驗以及礦井通風(fēng)專業(yè)知識
在礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)中，知識庫和推
理機(jī)是系統(tǒng)的核心，直接決定著該系統(tǒng)的質(zhì)量和水平。
3．1 知識庫的設(shè)計
3．1．1 知識的獲取
知識獲取的基本任務(wù)是為礦井通風(fēng)安全信息決策與處
理系統(tǒng)獲取知識，建立起健全、完善、有效的知識庫，以
滿足求解問題的需要。一般要經(jīng)過如下幾個過程：
1)知識的抽取。按照礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系
收稿日期：2009—06—11
作者簡介：郝殿(1985一)，男，江蘇沛縣人，河南理工大學(xué)碩士研究生，主要從事礦井通風(fēng)理論與技術(shù)方面的學(xué)習(xí)
與研究。
113
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煤炭工程 2010年第5期
統(tǒng)的知識類別，把蘊(yùn)含于礦山通風(fēng)安全領(lǐng)域?qū)＜乙约案黝?
文獻(xiàn)如《煤礦安全監(jiān)察條例》、《煤礦安全規(guī)程》等中的知
識經(jīng)過識別、理解、篩選、歸納抽取出來，用于建立知
識庫。
2)知識的轉(zhuǎn)換。把抽取的礦井通風(fēng)安全知識由一種形
式變化為另一種形式，一般分2步進(jìn)行：把從礦井通風(fēng)安
全領(lǐng)域?qū)＜乙约拔墨I(xiàn)那里抽取的知識轉(zhuǎn)換為某種知識表示
形式，如謂詞邏輯、產(chǎn)生式規(guī)則、框架等；把該模式表示
的知識轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可以直接利用的內(nèi)部形式。前者通常由
知識工程師完成，后者一般通過輸入及編譯實現(xiàn)。
3)知識的輸入。把用適當(dāng)模式表示的知識經(jīng)編輯、編
譯送入知識庫。
4)知識的檢測。知識庫的建立是通過對知識進(jìn)行抽
取、轉(zhuǎn)換、輸入等環(huán)節(jié)實現(xiàn)的，任何環(huán)節(jié)失誤都會造成知
識的錯誤，從而影響系統(tǒng)的性能。在知識輸入時及時進(jìn)行
檢測，可以發(fā)現(xiàn)知識中可能存在的不一致、不完整等問題，
以便采取相應(yīng)的措施。
3．1．2 知識的表示
礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)所涉及的知識主要
包括專業(yè)技術(shù)知識、專家經(jīng)驗知識和安全法規(guī)知識，按其
作用大致可分為2類。
1)事實性知識。表示對象及概念的特征及其相互關(guān)
系，以及問題求解狀況，例如主要通風(fēng)機(jī)工況，局部通風(fēng)
機(jī)工況，瓦斯涌出量，巷道斷面，長度，風(fēng)阻，風(fēng)門安裝
情況等礦井通風(fēng)安全信息和礦井通風(fēng)安全安全措施，以及
各種礦井通風(fēng)安全安全問題發(fā)生的原因。事實性知識用謂
詞邏輯表示法來表達(dá)，其一般形式為P(x1，)【2，.Xn)。
其中，x1，x2，. ，Xn為個體常量，表示某個獨(dú)立存在的
事物或者某個抽象的概念；P是謂詞名，用于表示個體的性
質(zhì)、狀態(tài)或個體之間的關(guān)系。例如，要表示由于風(fēng)速過小
而引起11051掘進(jìn)工作面瓦斯超限，用謂詞邏輯表示法可
表示為：GAS-GAUGE(1 1051，Wind Speed Too Smal1)，謂
詞GAS-GAUGE表示瓦斯超限，11051表示11051掘進(jìn)工
作面，Wind Speed Too Small表示風(fēng)速過低。
2)啟發(fā)性知識。表示與礦井通風(fēng)安全領(lǐng)域有關(guān)的問題
求解知識，如推理規(guī)則等。啟發(fā)性知識用產(chǎn)生式規(guī)則表示
法表達(dá)，其形式為：IF<條件>，THEN <結(jié)論>，CNF
<置信度>。條件由{<變量1> = <值1>AND I
OR <變量2> =<值2>.AND I OR <變量n> =
<值n> }組成；CNF為各規(guī)則結(jié)論部分所附加的置信
度，稱為規(guī)則強(qiáng)度，取值在[0，1]之間。例如，要表示
通風(fēng)系統(tǒng)中某一條規(guī)則可以用產(chǎn)生式規(guī)則表示為
RIfI．E VEN，兀I ATIONO5
IF 工作面氣溫在26℃以下 AND
低瓦斯礦井 AND
工作面上隅角瓦斯不超限 AND
煤塵小
114
THEN 選擇u型上行通風(fēng)方式
CNF 0．95
這條規(guī)則的含意是：若采煤工作面氣溫在26~C以下，
礦井為低瓦斯礦井，并且采煤工作面上隅角瓦斯不超限，
煤塵小，那么應(yīng)選擇U型上行通風(fēng)方式進(jìn)行通風(fēng)。規(guī)則名
為VENTILATION05，規(guī)則置信度為0．95。
3．2 知識庫的建立
礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)的知識庫采用
Microsoft SQL Sever來建立。SQL是一個通用的、功能極強(qiáng)
的關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言?；陉P(guān)系數(shù)據(jù)庫的知識庫建立主要是
采用一系列二維表來存儲知識。礦井通風(fēng)安全信息決策與
處理系統(tǒng)的知識庫由事實庫和規(guī)則庫組成，在事實庫中，
由事實表來存儲事實性知識；在規(guī)則庫中，由條件表、結(jié)
論表和規(guī)則表來存儲啟發(fā)性知識。
3．3 知識庫的維護(hù)
礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)知識庫的建設(shè)是一
個長時間反復(fù)測試、修改和擴(kuò)充的過程。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)以下2
種情況時，應(yīng)對系統(tǒng)的知識進(jìn)行修改與擴(kuò)充：當(dāng)從現(xiàn)有知
識出發(fā)無法對礦井通風(fēng)安全信息進(jìn)行判斷、給出分析原因
和故障防治措施時，知識工程師應(yīng)向?qū)＜仪笾鷣硌a(bǔ)充缺少
的知識；當(dāng)判斷、分析原因和故障防治措施有誤時，應(yīng)該
允許專家修改現(xiàn)有知識庫，更正存在缺陷的知識 J。
3．4 推理機(jī)設(shè)計
推理是根據(jù)一個或一些判斷得出另一個判斷的思維過
程。在專家系統(tǒng)中，推理以知識庫中的已有知識為基礎(chǔ)，
是一種基于知識的推理，由計算機(jī)實現(xiàn)推理機(jī)制，它是專
家系統(tǒng)設(shè)計不可缺少的核心部件。
3．5 推理機(jī)推理策略
專家系統(tǒng)中常用的推理策略主要有三種，正向推理、
反向推理和混合推理。礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)
主要是一個單方向的推理，根據(jù)故障現(xiàn)象，確定故障組合
的條件來確定故障類型并確定指導(dǎo)意見，所以主要是采用
了正向推理的形式。
正向推理是一種從己知事實出發(fā)，正向使用推理規(guī)則
的推理方式，也稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動推理或前項鏈推理，其基本
思想是：用戶需要事先提供一組初始證據(jù)，并將其放人數(shù)
據(jù)庫，推理開始后，推理機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的已有事實，到
知識庫中尋找當(dāng)前可用知識，形成一個當(dāng)前可用知識集，
然后按照沖突消解策略，從該知識集中選擇一條知識進(jìn)行
推理，并將新推出的事實加入數(shù)據(jù)庫，作為后面繼續(xù)推理
時可用的已知事實。
正向推理的優(yōu)點是比較直觀，由監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主動提
供實時數(shù)據(jù)信息，決策與處理系統(tǒng)通過推理機(jī)制在知識庫
的基礎(chǔ)上對故障類型的判斷，主要按以下流程來處理 。
如圖2所示。
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2010年第5期 煤炭工程
協(xié)同軟件技術(shù)在煤礦隱患排查系統(tǒng)中的應(yīng)用
趙作鵬 ，尹志民。，陳金翠 ，于景郵 ，劉 韻。 ，許新征
(1．北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所，北京100871；
2．中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州221116；3．河北金牛能源股份有限公司，河北邢臺054000)
摘要：研究協(xié)同軟件技術(shù)在煤礦隱患排查中的應(yīng)用以實現(xiàn)隱患事物處理的快速流轉(zhuǎn)、即時
反饋、動態(tài)跟蹤和閉合管理。給出了煤礦隱患排查系統(tǒng)的協(xié)同軟件應(yīng)用模型，進(jìn)行了針對隱患排
查系統(tǒng)的角色協(xié)同、流程協(xié)同、信息協(xié)同和計算協(xié)同的設(shè)計。現(xiàn)場應(yīng)用表明，協(xié)同軟件技術(shù)的應(yīng)
用使煤礦隱患排查的效率大大提高，促進(jìn)了煤礦的安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：煤礦隱患排查；協(xié)同軟件技術(shù)；煤礦安全
中圖分類號：TP311．52，X913．2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671—0959(2010)05-0115-03
計算機(jī)支持的協(xié)同工作(Computer Suported Collaborative
work，CSCW)是指利用計算機(jī)和通信技術(shù)，構(gòu)建支持群體
協(xié)同工作的環(huán)境 I2 。隨著計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，
近年來協(xié)同技術(shù)越來越多地應(yīng)用到軟件開發(fā)中，協(xié)同軟件
飛速發(fā)展，已經(jīng)成為實現(xiàn)企事業(yè)單位業(yè)務(wù)流程自動執(zhí)行和
信息溝通交流的必要工具。
隱患排查治理是貫穿煤礦企業(yè)安全管理全過程的一項
重要工作，是長期保持和持續(xù)改善煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)條件
的有效手段。技術(shù)管理是隱患排查治理工作的難點之一，
面對信息化的要求，傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)煤
礦安全生產(chǎn)的要求，尤其是在對煤礦安全生產(chǎn)有著重大影
響的隱患排查方面，迫切需要一個能夠滿足數(shù)據(jù)高效采集、
處理和傳遞的信息化管理軟件。煤礦隱患排查的過程，是
由多人多角色協(xié)作完成。協(xié)同軟件技術(shù)為煤礦隱患排查的
事物處理的快速流轉(zhuǎn)、即時反饋、動態(tài)跟蹤和閉合管理提
供了技術(shù)上的保障。
圖2 正向推理流程圖
4 結(jié)語
礦井通風(fēng)安全信息決策與處理系統(tǒng)的研究在目前仍是
比較新的課題，并沒有太多已有的經(jīng)驗可供借鑒。因此本
論文的工作也是一個全新的開始，因此其研究工作涉及的
對研究對象的分析，專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，知識庫的設(shè)計、
推理機(jī)的設(shè)計等都還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。所以為通風(fēng)
技術(shù)管理提供科學(xué)依據(jù)，為礦井通風(fēng)安全提供保障。由于
該系統(tǒng)可以為通風(fēng)技術(shù)管理提供科學(xué)依據(jù)，為礦井通風(fēng)安
全提供保障，因此該系統(tǒng)具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉小生，孫群．礦山安全預(yù)警專家知識庫的研究[J]．礦
業(yè)安全與環(huán)保，2008，35(3)：34～36．
[2] 王猛． 采掘工作面技術(shù)安全措施自動編制專家系統(tǒng)研究
[D]．遼寧工程技術(shù)大學(xué)．
(責(zé)任編輯章新敏)
收稿日期：2009—08—28
基金項目：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)資助項目(2007CB209400)；中國礦業(yè)大學(xué)青年科研基金資助項目
(2007A044，2008A045)
作者簡介：趙作鵬(1977一)，男，江蘇徐州人，講師，博士研究生，主要研究方向：礦山數(shù)字化。 </值n></變量n></值2></變量2></值1></變量1></置信度></結(jié)論></條件>

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