物联网环境中矿山安全监管影响因素研究

刘喜慧

（甘肃省财政学校，甘肃 兰州 730060）

矿山安全监管系统通过物联网获取矿山环境数据，通过参数是否异常判断是否安全以及可能出现的危险程度等。然而影响因素太多以至于无法确定各个参数对安全的影响程度，浪费资源的同时带来不可预知的问题。因此本文应用系统动力学[1]相关理论和方式，构建物联网环境中矿山安全监管影响因素动力学模型，分析出各因素对安全生产影响的重要程度，并应用相关软件验证模型的有效性和可靠性。

1 物联网环境下矿山安全监管影响因素分析

由于矿山复杂的环境，矿山安全生产事故通常具备突发性，隐蔽性，复杂性等特点，正是因为这些原因，导致基于物联网的安全生产系统监控对象繁杂，综其所有因素，大致可以分为4类[2]。

（1）人的要素。人是矿山安全生产活动的主体，影响人的因素有很多，总结起来主要包括人员的生理和心理因素，人员的技术水平和素质，人员定位以及周边环境的影响。

（2）机的要素。矿山安全生产和监控中都需要用到大量的机器，包括安全生产设备，监控设备，报警设备，生产工具等，机器长时间工作容易导致一些不确定的问题。

（3）自然环境要素。矿山安全生产处于各种复杂的地理，气候，水文环境下，因这些环境因素的未知为安全生产带来重大影响。其次生产环境等也影响了矿山安全。

（4）管理要素。矿山安全生产都有一定的操作流程和规章制度，规章制度制定的是否合理，操作流程设计的是否合规。

2 矿山安全监管影响因素动力学模型

2.1 矿山安全监管影响因素因果关系

因果关系是影响矿山安全监管各因素之间的关联关系，如前文所述，影响矿山安全监管的“四要素”之间的因果关系如图1所示。

图1 因果关系图

在上述因果关系图中可以看出，各因素之间存在以下几种回路：

（1）负反馈平衡性回路，如矿山物联网水平的提升-＞人员检测水平提升-＞群体行为提升-＞个人行为提升-＞矿山安全监管水平提升-＞安全监管与现实差距降低-＞物联网投入降低-＞矿山物联网水平降低，

（2）正反馈增强性回路：如个人行为水平提升-＞安全文化提升-＞安全管理水平提升-＞安全培训教育提升-＞技术素质提升-＞个人行为水平提升。

（3）负反馈平衡性回路：环境安全水平提升-＞矿山安全监管水平提升-＞安全监管期望与现实差距降低-＞安全投入降低-＞环境安全投入降低-＞环境安全水平降低。

上述反馈回路反映了各因素之间相互之间的关系，且各因素之间的影响关系并非线性，不同影响因素之间的影响存在一定的滞后性。

2.2 流率入树建模

物联网对矿山安全的影响主要体现在对各监管对象的影响上，对于前述的4个因素的影响，假设有存量流量对：①人的行为水平L1(t)，对应的流量变化量为R1(t)；②设备设施水平L2(t)，对应的流量变化量为R2(t)；③环境安全水平L3(t)，对应的流量变化量为R3(t)；④安全管理水平L4(t)，对应的流量变化量为R4(t)；⑤矿山物联网水平L5(t)，对应的流量变化量为R5(t)。流率基本入树模型[3]是将系统中的变量按照流率变量为根，输入变量为叶，并将辅助变量按照因果关系做图，如图2所示。

图2 四要素流率基本入树模型

通过上述流量变化量可以构建流率基本入树模型[3]，同时通过流率基本树做运算，通过现有专家系统[4]可构建矿山安全监管系统，然后利用数据拟合预测的方式，对各要素之间的数学关系提出动态拟合假设。并构建相关的方程，如L1(t)变化量R1(t)就表示个人行为水平＊心理素质因子＊技术水平因子＊群体行为因子＊工作环境因子。

反馈环的计算步骤如下：

（1）直接计算一阶反馈环，及流率基本变化量方程；

（2）依照简化流率入树模型的建立方法，通过入树模型T1(t)，T2(t)，…，Tn(t)，然后可以得到如下行列式：

（3）对行列式An(t)进行计算，即可得入树模型的二阶反馈环，然后对这些反馈环做二次简化流率基本入树计算，可以得到更高阶返回环

通过枝向量行列式反馈环计算[5]的方法计算各因素的反馈环，并进行行列式矩阵计算，获得相应的反馈环，在矿山安全监控系统中，安全管理水平的提升，导致安全监管水平增加，同时导致安全监督间隔的增加，进而导致投入的减少，物联网的投入水平相应降低，又反馈导致安全监控系统水平的降低。

3 模型测试

在矿山安全监控系统中，各影响因素之间的关系是复杂的，模型测试的目的是判断模型与现实的拟合程度。为了保障模型对现实的模拟的可靠性。现实性测试是在将建好初始化值输入创建好的模型，然后运行Vensim仿真软件[6]得到相关结果，然后将这些结果与历史数据相比较，即历史数据的评价结果，计算结果如表1所示。

表1 仿真结果和评价结果对比

通过上述结果可以看出，仿真结果中矿山物联网水平与安全监管水平和评价结果中两者之间的关系相近，通过上述测试可以看出本文建立的物联网模式下矿山安全监控系统动力学模型与现实情况相符，因此该模型可以用于矿山安全监管政策的分析。

4 结语

为了确定物联网矿山安全监控系统中影响矿山安全监控的因素，本文提出了基于系统动力学模型，通过流率入树建模发现物联网环境中4大因素之间各参数之间的关系，然后对模型的结构和反馈回路的计算，得出物联网环境下矿山安全监控系统中各要素之间反馈关系和数量之间的限制，从而为改善矿山安全监控系统改进提供建议。