煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

王萬(wàn)麗 崔 超

(1.包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市，014035；2.中煤信息技術(shù)(北京)有限公司，北京市東城區(qū)，100011)

1 煤礦安全生產(chǎn)信息化應(yīng)用中存在的問(wèn)題

近年來(lái)，我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)信息化建設(shè)有了較大發(fā)展，各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)、人員信息以及管理信息系統(tǒng)取得了較大成效，但在具體應(yīng)用中仍然存在以下問(wèn)題：

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備不充分，數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)亟待完善。一是我國(guó)具備安全監(jiān)管職責(zé)的部門(mén)都建有安全生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，但由于其數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)整理等能力的不足，造成數(shù)據(jù)庫(kù)完整性、規(guī)范性方面還存在較大缺陷；二是部分省份煤礦安全監(jiān)管有的是在安監(jiān)部門(mén)，有的是在行業(yè)管理部門(mén)，各部門(mén)建立的事故信息、監(jiān)管信息等數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)據(jù)銜接造成較大局限。

(2)缺少數(shù)據(jù)分析工具，信息公開(kāi)力度不夠。一是雖然近年我國(guó)在兩化融合促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)信息化等方面做了較多工作，也取得了較大的進(jìn)步，但總體來(lái)講我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)信息化水平還較低，多收集少應(yīng)用、重事后輕事前等問(wèn)題突出，為大數(shù)據(jù)的應(yīng)用帶來(lái)了阻礙；二是缺少高性能大數(shù)據(jù)分析工具，這是煤礦企業(yè)應(yīng)用大數(shù)據(jù)普遍面臨的問(wèn)題，如果沒(méi)有高性能分析工具，大數(shù)據(jù)的價(jià)值就得不到釋放；三是自《中華人民共和國(guó)政府信息公開(kāi)條例》頒布實(shí)施以來(lái)，安全生產(chǎn)信息公開(kāi)工作取得了較大突破，但相比美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)安全生產(chǎn)的信息公開(kāi)力度相對(duì)不夠。

(3)系統(tǒng)沒(méi)有形成合力?，F(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)信息進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的互聯(lián)互通，但是對(duì)煤礦各類(lèi)在線設(shè)備和執(zhí)法情況缺少系統(tǒng)地分析與預(yù)判。煤礦企業(yè)各類(lèi)在線數(shù)據(jù)也都處于各自的孤島狀態(tài)，缺少互聯(lián)互通和有機(jī)的關(guān)聯(lián)分析。

為了更好地適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)和煤礦安全監(jiān)察工作的需要，建設(shè)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)非常必要。該系統(tǒng)對(duì)煤礦井下各類(lèi)數(shù)據(jù)建立分析模型并進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，從而更好地對(duì)每個(gè)煤礦進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)測(cè)分析，為監(jiān)察執(zhí)法提供預(yù)警預(yù)測(cè)信息，提高監(jiān)察執(zhí)法的科學(xué)性和對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警預(yù)測(cè)能力。

2 煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用管理系統(tǒng)包括煤礦安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策支持子系統(tǒng)和安生生產(chǎn)輿情互動(dòng)子系統(tǒng)。煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用管理系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用管理系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)架構(gòu)

2.1 煤礦安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

該系統(tǒng)集成了企業(yè)基礎(chǔ)信息、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、視頻圖像數(shù)據(jù)、人員位置信息和監(jiān)察執(zhí)法信息等模塊。企業(yè)基礎(chǔ)信息模塊主要包括規(guī)章制度和企業(yè)基礎(chǔ)等信息；在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模塊中的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要包括瓦斯、通風(fēng)、水、火、礦壓、粉塵、甲烷、CO、煙霧、風(fēng)向、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要通過(guò)井下及地面?zhèn)鞲衅鳙@得。在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模塊中的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)主要是大型固定設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要通過(guò)礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)獲?。灰曨l圖像數(shù)據(jù)模塊主要包括在井下生產(chǎn)位置、機(jī)房等地方安裝的攝像頭設(shè)備等信息；人員位置信息模塊主要通過(guò)接入人員定位系統(tǒng)，獲取人員位置信息；監(jiān)察執(zhí)法信息模塊主要為執(zhí)法人員現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法、事故調(diào)查、隱患排查等信息，包含執(zhí)法獲取的企業(yè)信息、執(zhí)法結(jié)果、執(zhí)法文書(shū)等信息，這些信息主要通過(guò)各部門(mén)人員上傳獲取。

2.2 安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策支持子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由安全生產(chǎn)檢查主題分析、安全生產(chǎn)事故主題分析和安全生產(chǎn)事故治理主題分析三大部分組成。

2.2.1 安全生產(chǎn)檢查主題分析

安全生產(chǎn)檢查主題分析從地域、時(shí)間、行業(yè)等多維度、多層次、多角度靈活分析安全生產(chǎn)檢查的落實(shí)情況和檢查結(jié)果，從而有效管控安全生產(chǎn)檢查進(jìn)度和結(jié)果。

(1)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)模型。用于分析和評(píng)估企業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，自動(dòng)分析和挖掘瓦斯?jié)舛取⒚簩雍穸?、工作面日產(chǎn)量等因素與安全等級(jí)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而為煤礦安全等級(jí)評(píng)估提供更為科學(xué)的決策手段。

(2)安全生產(chǎn)檢查與事故發(fā)生概率評(píng)估模型。利用數(shù)據(jù)分析安全生產(chǎn)檢查數(shù)據(jù)和事故發(fā)生數(shù)據(jù)，發(fā)掘事故發(fā)生概率和安全生產(chǎn)檢查數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而對(duì)據(jù)此利用當(dāng)前安全生產(chǎn)檢查數(shù)據(jù)推演企業(yè)發(fā)生安全生產(chǎn)事故的概率，以及進(jìn)一步對(duì)事故發(fā)生概率較高的企業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管。

(3)安全事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)異常檢測(cè)模型。對(duì)于瓦斯?jié)舛鹊壬婕鞍踩母鱾€(gè)重要KPI，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立基于時(shí)序分析的異常檢測(cè)模型，對(duì)各企業(yè)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行異常檢測(cè)，以防范安全事故的發(fā)生。

2.2.2 安全生產(chǎn)事故主題分析

安全生產(chǎn)事故主題分析從地域、時(shí)間、行業(yè)和等級(jí)等多個(gè)維度對(duì)安全事故次數(shù)、死亡人數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行靈活分析，并進(jìn)行同比環(huán)比等預(yù)警，從而方便對(duì)安全事故的管控。

(1)安全生產(chǎn)事故原因分析。通過(guò)對(duì)海量的安全生產(chǎn)事故數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，挖掘各安全生產(chǎn)檢查指標(biāo)和安全事故之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而幫助主管部門(mén)更有效、更精準(zhǔn)地把控重要的安全生產(chǎn)檢查指標(biāo)。

(2)安全生產(chǎn)事故規(guī)律分析。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘方法對(duì)歷史的安全事故從地域、時(shí)間、節(jié)假日、天氣、企業(yè)安全狀況等多角度進(jìn)行深度分析挖掘，發(fā)掘安全事故發(fā)生的一些一般性規(guī)律，從而為安全事故防范提供決策支持。

(3)安全事故次數(shù)預(yù)測(cè)與預(yù)警模型。利用數(shù)據(jù)技術(shù)和時(shí)間序列的分析方法，通過(guò)學(xué)習(xí)歷史安全事故發(fā)生次數(shù)規(guī)律，建立安全事故次數(shù)預(yù)測(cè)模型，并據(jù)此設(shè)定警戒區(qū)間，當(dāng)事故次數(shù)超出預(yù)警區(qū)間時(shí)，則需要加大監(jiān)管和整改力度，以防范安全事故規(guī)模性爆發(fā)。

2.2.3 安全生產(chǎn)事故治理主題分析

安全生產(chǎn)事故治理主題分析從地區(qū)、時(shí)間、行業(yè)等角度靈活分析專(zhuān)項(xiàng)治理的執(zhí)行進(jìn)度、完成質(zhì)量等，從而幫助主管單位有效把控專(zhuān)項(xiàng)治理的進(jìn)度與效果。

(1)治理方案選型推薦模型。通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，分析挖掘出企業(yè)安全檢查結(jié)果和治理方案、治理效果之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系，為已經(jīng)完成安全檢查且存在安全隱患的企業(yè)自動(dòng)推薦最為有效的治理方案，從而最大限度提高安全生產(chǎn)治理效果。

(2)治理方案合理性評(píng)估模型。通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，分析挖掘出企業(yè)安全檢查結(jié)果和治理方案、治理效果之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而為企業(yè)的多個(gè)治理方案的合理性進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。

(3)治理方案實(shí)施效果評(píng)估模型。利用層次分析法等方法建立治理方案實(shí)施效果評(píng)估KPI，并通過(guò)對(duì)之前專(zhuān)家對(duì)各個(gè)企業(yè)治理方案實(shí)施效果的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，建立治理方案實(shí)施效果評(píng)估模型，從而據(jù)此對(duì)治理方案的實(shí)施效果進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。

2.3 安生生產(chǎn)輿情互動(dòng)子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由事故信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警、網(wǎng)站輿情監(jiān)測(cè)分析、視頻輿情監(jiān)測(cè)分析等功能模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)信息源的實(shí)時(shí)監(jiān)控、采集和存儲(chǔ)，利用智能文本分析處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的智能分類(lèi)、智能聚類(lèi)及摘要提取，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理事故信息和敏感信息，掌控突發(fā)熱點(diǎn)信息；同時(shí)為輿情處置和輿情報(bào)告制作提供自動(dòng)化工具，提高網(wǎng)絡(luò)輿情工作水平。

2.3.1 事故信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警

事故信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警功能是通過(guò)“網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)”工具抓取信息，并根據(jù)關(guān)鍵詞篩選預(yù)警信息，主要建設(shè)內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)安全生產(chǎn)事故信息進(jìn)行定向分級(jí)采集。實(shí)現(xiàn)對(duì)安全生產(chǎn)事故信息的定向分級(jí)采集，包括國(guó)內(nèi)排名前50的全國(guó)性媒體(包括紙媒的網(wǎng)絡(luò)版)；全國(guó)所有省級(jí)地方權(quán)威新聞網(wǎng)站、報(bào)紙及主要論壇；地方新聞網(wǎng)站、地方報(bào)紙及主要論壇；實(shí)現(xiàn)對(duì)微博及微信平臺(tái)中安全生產(chǎn)事故信息的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(2)最大限度地增加信息采集量。采用關(guān)鍵詞元搜索的方式進(jìn)行輿情信息采集，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)兩個(gè)方式增加信息采集量，一是調(diào)整檢索的關(guān)鍵詞，降低關(guān)鍵詞的過(guò)濾強(qiáng)度，讓盡可能多的信息被采集入庫(kù)；二是增加信息的定向采集功能，通過(guò)關(guān)注主流媒體，實(shí)時(shí)采集媒體信息。

(3)采用數(shù)據(jù)漏斗模式減少垃圾信息，降低誤報(bào)率。增加信息采集的同時(shí)，伴隨而來(lái)的是大量的垃圾信息，因此，采用數(shù)據(jù)漏斗和三級(jí)預(yù)警的模式，確保信息在沒(méi)有遺漏的前提下減少垃圾信息，降低誤報(bào)率。一是數(shù)據(jù)采集入庫(kù)后即建立全文索引，同時(shí)從標(biāo)題和正文中匹配出和安全生產(chǎn)事故相關(guān)的信息，預(yù)計(jì)過(guò)濾效果能去除90%的垃圾信息，對(duì)過(guò)濾后的信息采用信息推送的方式進(jìn)行展示，即一級(jí)預(yù)警；二是通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的過(guò)濾規(guī)則做二次篩選，對(duì)于規(guī)則匹配的信息進(jìn)行二級(jí)預(yù)警；三是通過(guò)機(jī)器和人工相結(jié)合的方式，即采用正則表達(dá)式嚴(yán)格匹配事故信息，對(duì)于匹配的信息直接給予三級(jí)預(yù)警，同時(shí)結(jié)合人工審核的方式對(duì)于漏報(bào)和誤報(bào)進(jìn)行完善補(bǔ)充；四是與地方相關(guān)單位系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，為了更全面、快速地進(jìn)行事故預(yù)警，更好地發(fā)揮輿情信息對(duì)事故監(jiān)測(cè)預(yù)警的作用，可后續(xù)與地方相關(guān)單位系統(tǒng)進(jìn)行信息同步。

2.3.2 網(wǎng)站輿情監(jiān)測(cè)分析

網(wǎng)站輿情監(jiān)測(cè)分析包含互聯(lián)網(wǎng)信息采集、輿情檢索、輿情分析、輿情加工、內(nèi)容管理和發(fā)布、輿情網(wǎng)頁(yè)和個(gè)性化門(mén)戶(hù)等模塊。

(1)互聯(lián)網(wǎng)信息采集模塊。該模塊包括信息采集器、采集網(wǎng)站管理、采集模板管理、采集任務(wù)調(diào)度、采集日志管理、網(wǎng)頁(yè)快照管理等功能。

(2)輿情檢索模塊。該模塊包括智能檢索、元搜索和信息監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自然語(yǔ)言檢索、關(guān)鍵詞檢索、日期檢索、標(biāo)題檢索、二次檢索、URL檢索和組合條件檢索在內(nèi)的多種檢索入口等類(lèi)智能信息檢索功能，并且可以實(shí)現(xiàn)敏感信息監(jiān)測(cè)、有害信息監(jiān)控、熱點(diǎn)信息監(jiān)控等信息監(jiān)控監(jiān)管手段。

(3)輿情分析模塊。該模塊可以實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)輿情自動(dòng)分析、敏感輿情自動(dòng)識(shí)別、輿情走勢(shì)分析、傳播路徑分析、重大活動(dòng)及突發(fā)性事件輿情處理、熱點(diǎn)信息發(fā)現(xiàn)、輿情關(guān)聯(lián)分析與任務(wù)追蹤、專(zhuān)題分析、時(shí)間趨勢(shì)分析、信息分布分析和熱點(diǎn)主題演化分析等多種分析在內(nèi)的分析手段，正確、及時(shí)掌握安全生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)信息和突發(fā)事件。

(4)輿情加工模塊。該模塊可以實(shí)現(xiàn)輿情報(bào)告整編、異常事件預(yù)警及預(yù)案、統(tǒng)計(jì)分析等功能。輿情簡(jiǎn)報(bào)整編功能結(jié)合內(nèi)容管理技術(shù)、知識(shí)管理技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，能夠?qū)σ欢螘r(shí)間范圍內(nèi)新出現(xiàn)的社會(huì)輿論熱點(diǎn)或根據(jù)用戶(hù)自定義生成輿情報(bào)告。

(5)內(nèi)容管理和發(fā)布模塊。該模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互、內(nèi)容整合與審核以及資源開(kāi)放共享，實(shí)現(xiàn)與輿情展現(xiàn)平臺(tái)以及其它應(yīng)用系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接。

(6)輿情網(wǎng)頁(yè)和個(gè)性化門(mén)戶(hù)模塊。輿情網(wǎng)頁(yè)是面向地方相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和工作人員的輿情展示平臺(tái)，可以全方位、多角度、實(shí)時(shí)地展現(xiàn)輿情信息。另外，為了滿足特定用戶(hù)對(duì)界面欄目個(gè)性定制的需要，建設(shè)完成了個(gè)性化門(mén)戶(hù)，支持用戶(hù)隨意添加、刪除和拖動(dòng)功能模塊，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化布局。

2.3.3 視頻輿情監(jiān)測(cè)分析

視頻輿情監(jiān)測(cè)分析是一個(gè)集視頻推送、搜索、加工、統(tǒng)計(jì)為一體的一站式視頻輿情分析平臺(tái)。視頻監(jiān)測(cè)來(lái)源覆蓋電視臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)電視臺(tái)、視頻網(wǎng)站等，可實(shí)現(xiàn)全方位、精準(zhǔn)化、實(shí)時(shí)地抓取和呈現(xiàn)視頻輿情信息，支持視頻在線播放和下載、視頻來(lái)源篩選統(tǒng)計(jì)和視頻收藏等功能。

3 應(yīng)用效果

2017年，該系統(tǒng)在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的伊金霍洛旗興隆煤礦試運(yùn)行，通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)的綜合分析，提高了煤礦安全管理的科學(xué)化水平，實(shí)現(xiàn)了礦井安全平穩(wěn)有序運(yùn)行。

(1)提高了智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用比例。隨著大數(shù)據(jù)理念的發(fā)展、技術(shù)的發(fā)展以及各種智能化技術(shù)的應(yīng)用，伊金霍洛旗興隆煤礦以安全高效為切入點(diǎn)，先后利用PLC、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖技術(shù)等新型科技對(duì)礦井各系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和改造， 采用了在線監(jiān)測(cè)設(shè)備及內(nèi)部通信設(shè)備，有效提高了智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用比例。

(2)提升了在線監(jiān)測(cè)能力。通過(guò)應(yīng)用該系統(tǒng)，伊金霍洛旗興隆煤礦實(shí)現(xiàn)了煤礦安全數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新及有效登錄，通過(guò)深入分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有效推動(dòng)了安全生產(chǎn)管理制度的完善及事故預(yù)防能力。

(3)實(shí)現(xiàn)了安全管理由事后處置轉(zhuǎn)向事前預(yù)警。伊金霍洛旗興隆煤礦將“數(shù)據(jù)云”管理技術(shù)運(yùn)用于安全生產(chǎn)，通過(guò)基層數(shù)據(jù)的采集后，集成升級(jí)為“信息化大數(shù)據(jù)平臺(tái)”，全面匯集和處理安全生產(chǎn)信息和數(shù)據(jù)，針對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控的數(shù)據(jù)實(shí)施分級(jí)告警，分專(zhuān)業(yè)進(jìn)行對(duì)應(yīng)處置，通過(guò)網(wǎng)上追蹤和閉合管理落實(shí)銷(xiāo)號(hào)，加強(qiáng)了安全生產(chǎn)管理。

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