劉豐軍

（山西陽城陽泰集團竹林山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

1 問題的提出

隨著國家對煤礦安全的重視，各煤礦紛紛建設和完善煤礦應急救援機制，開發(fā)了應急預案管理信息系統(tǒng)、應急救援輔助決策支持系統(tǒng)及應急指揮調(diào)度系統(tǒng)，促進了國家、地方和部門之間的協(xié)調(diào)工作以及信息共享。

綜合分析當前煤礦數(shù)字化應急救援機制和系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：（1）現(xiàn)有的煤礦應急系統(tǒng)雖然包含了數(shù)字預案、模擬分析、輔助決策等子系統(tǒng)，但功能較為簡單，缺乏可擴充性、兼容性，不能滿足煤礦應急救援綜合研判、輔助決策等需求；（2）很少有專家學者將危險因素辨識、致災機理和救災準則統(tǒng)一到應急救援中，導致實際應急處置過程中的事態(tài)信息匯聚、指令發(fā)布與反饋不及時，救援系統(tǒng)響應時間長，智能響應機制薄弱；（3）可視化、遠程救援指揮功能不足，缺少大數(shù)據(jù)挖掘分析功能，難以為應急指揮人員提供準確有效的輔助決策。

基于以上因素，山西陽城陽泰集團煤業(yè)公司與華北科技學院合作開發(fā)了基于大數(shù)據(jù)技術的煤礦應急救援輔助決策系統(tǒng)。在事故、災害發(fā)生時，利用大數(shù)據(jù)綜合分析各類信息，結合災害演化規(guī)律及反演分析、災害分級評價模型、危險性辨識模型、逃生疏散模型和遇難遇險人員分布等信息動態(tài)生成救援行動方案，并為決策提供輔助決策系統(tǒng)，從而大大縮短應急救援準備時間，提高應急救援效率，提升應急救援輔助決策能力，對于陽泰集團煤業(yè)公司的救援工作有著重要的實踐意義。

2 大數(shù)據(jù)的概念及特點分析

大數(shù)據(jù)不僅是指數(shù)據(jù)體量非常大（一般10TB規(guī)模）、類別非常多（半結構化或非結構化）的數(shù)據(jù)集，還包括采集數(shù)據(jù)的工具、平臺和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量巨大、類型多樣化、時效性高和真實性低的特點，利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫工具難以對其進行抓取、分析和處理。因此，大數(shù)據(jù)技術的實質(zhì)是指從巨量數(shù)據(jù)中快速挖掘提取出有價值信息的技術。

大數(shù)據(jù)技術包括數(shù)據(jù)采集與存取、基礎架構、數(shù)部處理、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘等，主要分為以下四部分。

（1）數(shù)據(jù)采集與預處理。主要是對巨量外界結構化或非結構化數(shù)據(jù)進行采集、清洗等。

（2）數(shù)據(jù)存儲與管理。是指將采集的巨量數(shù)據(jù)進行存儲，建立相應的數(shù)據(jù)結構和關系，便于后期數(shù)據(jù)分析的調(diào)取。

（3）數(shù)據(jù)分析與挖掘。是指利用多種算法對存儲的數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，提取出有益的信息。

（4）數(shù)據(jù)展現(xiàn)與應用。是指將數(shù)據(jù)分析和挖掘結果進行展示，以供應用。大數(shù)據(jù)分析與挖掘是大數(shù)據(jù)技術的核心，其分析方法直接決定最終信息是否有價值，可以分為5個方面：數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)管理、語意引擎、可視化分析、數(shù)據(jù)挖握算法以及預測性分析能力。

3 基于大數(shù)據(jù)技術的煤礦應急救援輔助決策系統(tǒng)的構建

目前應急救援響應前期無法有效快速整合現(xiàn)有數(shù)據(jù)，不能有效分析當前救援準備情況，無法準確將應急預案的參數(shù)調(diào)優(yōu)為合理的救援方案。為了進一步完善該礦應急救援決策體系，對基于大數(shù)據(jù)技術的煤礦應急救援輔助決策系統(tǒng)進行了構建研究。

3.1 系統(tǒng)架構

基于大數(shù)據(jù)的煤礦應急救援輔助決策的關鍵技術（圖1）包含以下四個方面：

（1）救援大數(shù)據(jù)采集技術研究。研究礦井監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)、災區(qū)偵測數(shù)據(jù)、災害預測預警數(shù)據(jù)等多方、多源異構數(shù)據(jù)的采集技術，對多源、多空間和交互動態(tài)性的大數(shù)據(jù)信息進行實時收集和處理，實現(xiàn)對多方數(shù)據(jù)、多源異構數(shù)據(jù)的去偽存真，最終達到對真實信息的提取和分類存儲的目的，建立煤礦應急救援大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

圖1 基于大數(shù)據(jù)的礦山應急救援輔助決策的關鍵技術

（2）救援大數(shù)據(jù)分析挖掘技術研究。用聚類算法對多維度數(shù)據(jù)進行聚類分析和降維處理，建立數(shù)據(jù)間的關聯(lián)規(guī)則；構建相關數(shù)據(jù)的快速、深度挖掘機制和理論方法，建立基于D-S證據(jù)融合理論的異源信息融合方法，實現(xiàn)對災害風險信息特征的快速深度分析、挖掘和整合，為救援指揮和決策提供數(shù)據(jù)分析支持。

（3）煤礦災害救援輔助決策技術。結合災害演變模型、災害分級評價模型、危險性辨識模型、逃生疏散模型和遇難遇險人員分布，完成災情分析、逃生分析、處置分析，為救援指揮和決策提供理論分析支持。

（4）開發(fā)煤礦重大災害救援輔助決策系統(tǒng)。在煤礦災害救援大數(shù)據(jù)采集、分析和挖掘的基礎上，結合煤礦災害理論分析技術，開發(fā)煤礦重大災害救援輔助決策系統(tǒng)。

3.2 模塊設置

總體而言，基于大數(shù)據(jù)的煤礦應急救援輔助決策系統(tǒng)應以大數(shù)據(jù)技術為核心手段，借助大數(shù)據(jù)特點構建三大核心技術模塊（圖2）。

（1）危險性智能辨識與災情評估模塊。結合災害演變模型、災害分級評價模型、危險性辨識模型、逃生疏散模型和遇難遇險人員分布，完成災情分析、逃生分析、處置分析，為救援指揮和決策提供理論支持。

圖2 輔助決策系統(tǒng)體系架構

（2）仿真推演與應急預案生成模塊。通過建立完備的應急知識、應急案例數(shù)據(jù)庫和應急專家?guī)?，利用關系數(shù)據(jù)庫的存儲知識，采用數(shù)字化預案技術，構建智能化煤礦應急救援預案編制系統(tǒng)。

（3）基于大數(shù)據(jù)的應急救援輔助決策模塊。構建包括應急組織體系、應急工作流程、應急資源調(diào)配，應急處置方法等相關內(nèi)容的智能化應急救援管理信息系統(tǒng)，并建立涵蓋信息集成、分析、處理、評估的綜合應急平臺。預案啟動時，應急平臺和應急系統(tǒng)將自動通知預案中規(guī)定的相關人員與部門，自動按照規(guī)定將相關信息，如組織體系、處置流程、資源調(diào)配、周邊環(huán)境、事件發(fā)展等情況直觀地顯示出來。

利用計算機、GFS技術、GIS技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和現(xiàn)代化定位跟蹤技術，綜合展現(xiàn)事故現(xiàn)場周圍的資源和環(huán)境信息，并進行實時動態(tài)跟蹤，讓決策人員對現(xiàn)場有全方位的了解，以便對下一步的救援行動做出科學研判。運用云計算、大數(shù)據(jù)等技術，創(chuàng)新應急救援輔助決策，提高應急效率效果，實現(xiàn)應急救援管理信息系統(tǒng)的智能化和實時化。

4 結論

（1）礦山災害具有“未知、突發(fā)、混亂”的特點，而大數(shù)據(jù)技術具有“全計算、高效率、重相關”的特性，將大數(shù)據(jù)技術應用于煤礦應急救援領域，對指揮決策起到了降低風險、爭取時間、抓住關鍵的作用。

（2）基于大數(shù)據(jù)的煤礦應急救援輔助決策系統(tǒng)的建立，有效地提高了山西陽城陽泰集團煤礦應急救援技術水平，能夠顯著提高災害預測和控制能力，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失，并能降低煤礦災害的社會影響。此外，該項技術還可以推廣到石化、公共衛(wèi)生、化工等領域，提高應急救援的整體水平。