本發(fā)明涉及礦山安全工程，特別是涉及分析礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定。

背景技術(shù)：

礦井火災(zāi)評(píng)價(jià)是礦業(yè)工程中一直存在卻難以解決的問題，礦井火災(zāi)發(fā)生于井下，涉及到相關(guān)可能因素較多，給監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)帶來了較大困難，另一方面，雖然礦井火災(zāi)被大量研究，但仍難對(duì)具體的機(jī)理問題形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，這種情況下經(jīng)驗(yàn)就顯得尤為重要，專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)自身的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)可對(duì)某一具體礦井進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析，給出他們認(rèn)為的火災(zāi)等級(jí)，但這樣通常摻雜了較多個(gè)人因素，不同專家對(duì)于不同因素導(dǎo)致火災(zāi)的程度認(rèn)識(shí)不同，導(dǎo)致給出的評(píng)價(jià)結(jié)果各不相同，而這些差異是在一定區(qū)間內(nèi)浮動(dòng)的，一般不會(huì)造成問題定性層面的改變，而且專家給出的意見越多，則最終問題的確定越有普遍意義，所以對(duì)于礦井火災(zāi)這類風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問題應(yīng)注意兩點(diǎn)，一是要在有限的專家信息中挖掘各影響因素與結(jié)果關(guān)系；二是可根據(jù)專家信息的變動(dòng)更新動(dòng)態(tài)地更新這些關(guān)系。

目前關(guān)于礦井火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及分析的研究主要有:杜振宇等基于可拓優(yōu)度研究了礦井火災(zāi)安全評(píng)價(jià)方法；孫勇等基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究了礦井火災(zāi)安全評(píng)價(jià)方法；李同鎖等使用集對(duì)分析方法對(duì)煤炭自然發(fā)火危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究；譚艷春等采用模糊綜合評(píng)價(jià)研究了礦井內(nèi)因火災(zāi)評(píng)價(jià)方法；劉志強(qiáng)對(duì)采空區(qū)煤自燃預(yù)測(cè)指標(biāo)及其預(yù)警值進(jìn)行了研究；宋萬新等在立體抽采條件下對(duì)高瓦斯采空區(qū)煤自燃危險(xiǎn)性進(jìn)行了預(yù)測(cè)；靳玉萍等使用球形支持向量機(jī)對(duì)煤自燃進(jìn)行了預(yù)測(cè)，但根據(jù)前述分析，礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)需要一種在專家信息中挖掘且具有動(dòng)態(tài)更新的分析方法；專家信息是模糊的，而信息的挖掘需要邏輯推理，因此上述研究結(jié)果都不具備這樣的能力。

為解決該問題，提出一種基于Skowron差別矩陣的權(quán)重確定方法，該方法可以對(duì)模糊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、推理分析，最后得到專家信息中的各因素影響礦井火災(zāi)權(quán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.一種礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定方法，其特征在于，為得到礦井火災(zāi)影響因素與火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)之間關(guān)系，提出一種基于Skowron差別矩陣的權(quán)重確定方法，該方法可處理專家信息U中的模糊數(shù)據(jù)，并具有邏輯推理能力；可根據(jù)U的累積特點(diǎn)更新影響礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重；可不考慮差別矩陣的相容性問題直接得到U下的條件因素權(quán)重和排序，建立了礦井火災(zāi)評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)，可用于礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定方法，其特征在于，影響因素權(quán)重確定方法，

定義1：一個(gè)決策系統(tǒng)為S＝(U，R，V)，其中：U表示對(duì)象的有限非空集合，稱為論域；R表示因素的非空有限集合，包括條件因素和決策因素；V表示因素集合R中因素的值域；

定義2：P、Q是論域U中兩個(gè)等價(jià)關(guān)系族，當(dāng)如果IND(P)＝IND(Q)，并且Q是獨(dú)立的，那么Q就是P的一個(gè)約簡(jiǎn)；

定義3：對(duì)于決策系統(tǒng)S，若因素集合S＝C∪D，子集C＝{x₁，x₂，…，x_n}和D＝{y}分別表示條件因素集和決策因素集，且則該決策系統(tǒng)稱為決策表。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定方法，其特征在于，

基于Skowron差別矩陣可對(duì)其中因素進(jìn)行約減，簡(jiǎn)化決策因素集與條件因素集的關(guān)系，Skowron差別矩陣也可以確定在系統(tǒng)S中不同決策因素存在時(shí)的條件因素對(duì)決策因素影響程度的重要性，步驟如下所示：

1)根據(jù)定義1～3建立某一問題的決策表；

2)根據(jù)Skowron差別矩陣處理決策表建立差別矩陣；

3)在差別矩陣中將個(gè)體U_i與U_j，且i≠j，且存在差別因素集合C≠Φ時(shí)，設(shè)該差異因素集合C中的全部條件因素權(quán)重相同且和為1；

4)根據(jù)3)所給方法遍歷差異矩陣中所有單元，將不同單元中的所有因素權(quán)重按照因素進(jìn)行分類累加；

5)根據(jù)4)累加結(jié)果對(duì)所有因素權(quán)重進(jìn)行歸一化；

6)對(duì)5)所得歸一化因素權(quán)重進(jìn)行排序，得到針對(duì)某問題影響因素的重要性排序及權(quán)重。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定方法，其特征在于，礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括：人的因素、機(jī)器因素、環(huán)境因素、管理因素；人的因素包括：礦井火災(zāi)安全教育、人員防火意識(shí)、人員防火能力、職能部門協(xié)調(diào)處置能力；機(jī)器因素包括：設(shè)備發(fā)火能力、設(shè)備防火能力、火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)能力、滅火系統(tǒng)能力；環(huán)境因素包括：自燃傾向性、通風(fēng)能力、開采技術(shù)條件、煤塵與瓦斯檢測(cè)能領(lǐng)；管理因素：礦井火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案、火災(zāi)隱患檢查能力、火災(zāi)隱患排除能力、火災(zāi)管理資金保障能力。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定方法，其特征在于，礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)決策表通過專家打分后進(jìn)行分?jǐn)?shù)區(qū)劃確定，條件因素和決策因素與分值關(guān)系如表1所示，決策因素分值取對(duì)應(yīng)條件因素分值的平均值。

定義1：一個(gè)決策系統(tǒng)為S＝(U，R，V)，其中：U表示對(duì)象的有限非空集合，稱為論域；R表示因素的非空有限集合，包括條件因素和決策因素；V表示因素集合R中因素的值域。

定義2：P、Q是論域U中兩個(gè)等價(jià)關(guān)系族，當(dāng)如果IND(P)＝IND(Q)，并且Q是獨(dú)立的，那么Q就是P的一個(gè)約簡(jiǎn)。

定義3：對(duì)于決策系統(tǒng)S，若因素集合S＝C∪D，子集C＝{x₁，x₂，…，x_n}和D＝{y}分別表示條件因素集和決策因素集，且則該決策系統(tǒng)稱為決策表。

斯科龍(Skowron)教授于1991年提出一種表示知識(shí)的方法，即差別矩陣，其可方便地計(jì)算知識(shí)系統(tǒng)地核與約簡(jiǎn)，設(shè)S＝(U，R，V，f)為決策表，R＝C∪D，C表示條件因素集，D表示決策因素集，差別矩陣是一個(gè)n×n的對(duì)稱矩陣M_(n×n)＝(m_ij)：

其中，f(x,a)表示數(shù)據(jù)對(duì)象x在條件因素a上的具體取值。

當(dāng)個(gè)體U_i與U_j的決策因素值不同，將決策表中i和j行數(shù)值不同的條件因素集合作為差別矩陣相同位置的差別因素，他們屬于析取關(guān)系；如果當(dāng)個(gè)體U_i與U_j的決策因素值不同時(shí)，決策表中i行和j行的所有條件因素的值都相同，則差別因素為空集事實(shí)上，此時(shí)的決策表為不一致決策表，說明只有部分的決策因素D依賴于條件因素C，基于Skowron差別矩陣的因素約簡(jiǎn)算法過程為：首先根據(jù)Skowron差別矩陣定義求出差別矩陣，然后利用邏輯學(xué)中的析取、合取關(guān)系構(gòu)建差別函數(shù)，再利用邏輯運(yùn)算化簡(jiǎn)差別函數(shù)，最終得到差別函數(shù)的最小析取范式。

定義1～3可構(gòu)建對(duì)于特定問題的決策表，基于Skowron差別矩陣可對(duì)其中因素進(jìn)行約減，簡(jiǎn)化決策因素集與條件因素集的關(guān)系，Skowron差別矩陣也可以確定在系統(tǒng)S中不同決策因素存在時(shí)的條件因素對(duì)決策因素影響程度的重要性，步驟如下所示：

1)根據(jù)定義1～3建立某一問題的決策表，

2)根據(jù)Skowron差別矩陣處理決策表建立差別矩陣，

3)在差別矩陣中將個(gè)體U_i與U_j，且i≠j，且存在差別因素集合C≠Φ時(shí)，設(shè)該差異因素集合C中的全部條件因素權(quán)重相同且和為1，

4)根據(jù)3)所給方法遍歷差異矩陣中所有單元，將不同單元中的所有因素權(quán)重按照因素進(jìn)行分類累加，

5)根據(jù)4)累加結(jié)果對(duì)所有因素權(quán)重進(jìn)行歸一化，

6)對(duì)5)所得歸一化因素權(quán)重進(jìn)行排序，得到針對(duì)某問題影響因素的重要性排序及權(quán)重。

基于Skowron差別矩陣的權(quán)重確定方法是一種借助邏輯推理得到?jīng)Q策集變化影響因素集權(quán)重變化的方法，在工礦企業(yè)中對(duì)于各種評(píng)價(jià)的因素或因素權(quán)重確定是常見問題之一，通常在評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)確定后評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重就保持不變，實(shí)際上，一些情況下權(quán)重指標(biāo)是自發(fā)進(jìn)行調(diào)整的，特別是以人為主的評(píng)價(jià)過程，專家給出的因素評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)與最終系統(tǒng)決定等級(jí)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，那么隨著專家個(gè)數(shù)的不同，在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不變情況下，因素評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)與系統(tǒng)等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系是變化的，即因素權(quán)重是變化的，這是因?yàn)椴煌瑢＜覍?duì)系統(tǒng)等級(jí)的認(rèn)識(shí)程度不同，而權(quán)重的確定過程可以認(rèn)為是專家經(jīng)驗(yàn)的積累過程。

另外，Skowron差別矩陣的決策表也存在著相容和不相容問題，相容情況是理想的，可以較為簡(jiǎn)單的對(duì)條件因素進(jìn)行約減，得到單因素集合的約減結(jié)果；不相容情況得到單因素集合的約減結(jié)果是困難的，但也有一些方法，提出的基于Skowron差別矩陣的權(quán)重確定方法不受決策表相容性影響，可擴(kuò)展差別矩陣的應(yīng)用范圍。

2礦井火災(zāi)影響因素指標(biāo)體系。

對(duì)于礦井火災(zāi)的評(píng)價(jià)首先要建立評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)，然后根據(jù)具體要求確定評(píng)價(jià)方法，但由于礦井火災(zāi)特點(diǎn)，考慮因素過多，且較多通過人為確定，這給礦井火災(zāi)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)帶來了較大的不確定因素，其中影響礦井火災(zāi)的因素重要度就是較難確定的問題之一。

制定礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示，礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)決策表通過專家打分后進(jìn)行分?jǐn)?shù)區(qū)劃確定，條件因素和決策因素與分值關(guān)系如表1所示，這里決策因素分值取對(duì)應(yīng)條件因素分值的平均值，因素分值越高表明更有利于火災(zāi)發(fā)生，該分值并不代表發(fā)生概率，而是估計(jì)

表1條件因素和決策因素與分值關(guān)系

附圖說明

圖1礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

具體實(shí)施方式

以阜新某礦為例，使用構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基于Skowron差別矩陣的權(quán)重確定方法來確定該礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)影響因素的確定，共有9位專家根據(jù)指標(biāo)體系對(duì)該礦井火災(zāi)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為了體現(xiàn)出當(dāng)決策集因素值變化對(duì)條件集因素影響，進(jìn)而影響條件集因素權(quán)重，先給出決策因素值為1和2時(shí)的8位專家評(píng)價(jià)情況，如表1和表2所示，即根據(jù)步驟1)構(gòu)建決策表，

表2專家打分表

表3決策表

根據(jù)表2和表3，及步驟2)構(gòu)建差別矩陣如表4所示，

表4差別矩陣

根據(jù)步驟3)設(shè)差異因素集合C中的全部條件因素權(quán)重相同且和為1，如下：

U₁→U₂:w₁₁+w₁₃+w₂₂+w₂₃+w₃₃＝1,w₁₁＝w₁₃＝w₂₂＝w₂₃＝w₃₃＝1/5；

U₁→U₄:w₁₁+w₁₃+w₁₄+w₂₃+w₃₁+w₃₂+w₃₃＝1,w₁₁＝w₁₃＝w₁₄＝w₂₃＝w₃₁＝w₃₂＝w₃₃＝1/7；

U₅→U₈:w₁₁+w₂₂+w₂₄+w₃₁+w₃₂＝1,w₁₁＝w₂₂＝w₂₄＝w₃₁＝w₃₂＝1/5。

根據(jù)步驟4)、步驟5)和步驟6)所得結(jié)果如表5所示，

表5條件因素權(quán)重歸一化及排序

從表5中可以看出，當(dāng)決策因素值為1和2時(shí)，對(duì)U提供的評(píng)價(jià)信息可以得到條件因素的權(quán)重和排序結(jié)果，當(dāng)決策因素值變化或U的信息條目數(shù)量改變時(shí)，條件因素的權(quán)重和排序是有變化的，將表3中U₈的評(píng)價(jià)信息改為第9位專家評(píng)價(jià)信息，所得決策表如表6所示，與表4和表5的確定方法相同，分別得到表7和表8，

表6決策表

表7差別矩陣

表8條件因素權(quán)重歸一化及排序

對(duì)比表5和表8可知，在決策因素值變化情況下，可導(dǎo)致條件因素的權(quán)重和排序變化，同樣，U的信息條目數(shù)量變化，或者兩者同時(shí)變化時(shí)都能引起條件因素權(quán)重和排序變化，這個(gè)變化過程是通過專家提供的U信息確定的，隨著U的變化，信息的內(nèi)涵也變化，這里提出的基于Skowron差別矩陣的權(quán)重確定方法可根據(jù)U的變化隨之變化，從而可起到累計(jì)專家知識(shí)的效果，從對(duì)于礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)角度看，該方法可以吸取9位專家對(duì)該礦井發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的判斷，對(duì)信息進(jìn)行綜合，為礦井火災(zāi)評(píng)價(jià)提供影響因素重要性分析的依據(jù)；并隨著專家信息的積累對(duì)因素影響火災(zāi)程度進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而指導(dǎo)該礦井火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作。