面向煤礦安全事件本體模型研究與應用＊

郭曉黎 王 宇 劉瑞祥

（1.中國礦業大學 （北京）機電與信息工程學院，北京市海淀區，100083；2.北京工業大學軟件學院，北京市朝陽區，100124；3.北京聯合大學信息學院，北京市朝陽區，100101）

中國煤礦主要是在井下進行開采生產，井下開采是在多數信息未知的地下動態空間環境中進行，進而導致煤礦行業成為事故發生率很高的行業。瓦斯、頂板、粉塵、火災、水災是我國煤礦主要的5大類型煤礦事故，每當煤礦安全事件發生后，都有大量的相關報道涌現，本文就如何從這些大量的報道中搜索出特定的信息，對已有的煤礦安全事件進行提取、整理，發掘它們之間的關系，利用事件之間的關系構建煤礦安全事件本體，為應急救援提供參考依據，為煤礦災害安全評價提供合理的基礎數據進行了分析。

1 煤礦安全事件本體模型

1.1 事件及事件表示

事件是指在某個特定的時間和環境下發生的，由若干角色參與，表現出若干動作特征的一件事情。形式上，事件可表示為e，定義為一個六元組e= （A，O，T，V，P，L），其中，事件六元組中的元素稱為事件要素，分別表示動作、對象、時間、環境、斷言、語言表現。

1.2 煤礦安全事件類及類間關系

1.2.1 煤礦安全事件類

煤礦事故的發生、發展及演化過程都是在一定的煤礦客觀事物系統環境中進行的，煤礦客觀事物系統環境狀態的突變從而引發煤礦事故。每個煤礦事故都包含一個演化生命周期過程，該過程包括事故萌芽、事故爆發、事故演化擴散、事故衰退、事故消亡，在其過程內該煤礦事故系統一直與外環境進行能量交換、物質交換、信息交換，表現出煤礦事故系統的較強動態性。因此，可以引入事件本體的相關理論來構建煤礦安全事件本體類。

事件類是具有共同特征的事件的集合，記為EC= ｛E，CA，CO，CT，CV，CP，CL｝。其中，E 是事件的集合，稱為事件類的外延；Ci= ｛Ci1，Ci2，…，Cim｝（i∈ ｛A，O，T，V，P，L｝，m ≥1）稱為事件類的內涵，是E 的每個事件在第i個要素上具有的共同特性的集合，Cim是事件類中每個事件在第i個要素上具有的一個共同特性。

煤礦生產事故按性質分類可分為瓦斯事故、頂板事故、運輸事故、火災事故、水害事故、機電事故、運輸事故及其他事故八類。煤礦生產事故具有偶然性、突發性、動態性、破壞性、隨機性、持續性和不確定性的特點。

1.2.2 煤礦安全事件類間關系

當一個事件發生后以一定概率導致另一個事件發生時，就稱這兩個事件是有關系的。事件之間的關系來源于人對客觀世界長期的積累認識，是相對穩定的。對一個事件來說，動作要素是事件的核心要素，可以通過動作要素建立事件類間的關系。根據事件的動作要素進行分類，可以將煤礦安全事件類之間的關系分為繼承關系RIH、組成關系RCP、因果關系RCS、跟隨關系RFL、并發關系RCC、條件關系RCD等。

（1）繼承關系RIH，表示煤礦安全事件之間的層級關系。下級事件繼承了上層事件的所有相關屬性，并加入特有屬性。

（2）組成關系RCP，當煤礦安全事件類EC1中的每一個事件都由煤礦安全事件類EC2中相應的事件組成時，則稱兩事件具有組成關系，EC1稱為大事件，EC2為小事件，表示為RCP（EC1，EC2）。

（3）因果關系RCS，煤礦安全事件間最為常見的關系，因為煤礦安全事件是因果關系形成煤礦安全事件的發展演進動力，主要表現為一個事件引發后一個事件，后一個事件又會引發后續的事件發生，表示為RCS（EC1，EC2）。

（4）跟隨關系RFL，在一個煤礦安全事件類EC1的事件發生后，另一個煤礦事件類EC2中的事件以一定的概率伴隨發生，且概率大于既定閾值，則稱兩事件類之間具有跟隨關系，稱EC1是EC2的前導事件類，EC2是EC1的跟隨事件類，表示為RFL（EC1，EC2）。

（5）并發關系RCC，在一定的時間范圍內，一個煤礦安全事件類EC1的事件和另一個煤礦安全事件類EC2的事件同時發生或伴隨發生，其概率在給定的范圍內，則稱兩事件類之間具有并發關系，表示為RCC（EC1，EC2）。

（6）條件關系RCD，一個煤礦安全事件類EC2的事件發生，需要以另一個煤礦安全事件類EC1的事件的發生為前提，則稱兩事件類之間具有條件關系，稱EC1為EC2的 條 件，表 示 為RCC（EC1，EC2）。

1.3 煤礦安全事件本體模型

事件本體是共享的客觀存在的事件類系統模型明確的形式化規范說明，表示為EO 。煤礦安全事件本體的邏輯結構可定義為一個五元組EO =（ECS，EIS，R，IF，Rules）。其中：

（1）ECS = ｛EC1，EC2，…，ECm｝是事件類集合；

（2）EIS= ｛EI1，EI2，…，EIm｝是事件實例集合；

（3）R=｛r|r是事件 間的關系，r∈｛RIH，RCS，RFL，RCC，RCD｝｝；

（4）IF = ｛IFij|IFij是事件類ECi和事件類ECj之間的影響因子｝；

（5）Rules（規則）由邏輯語言表示，可用于事件斷言所不能覆蓋的部分事件與事件間的轉換與推理。

2 煤礦安全事件本體構建

2.1 煤礦安全事件類

在對煤礦事故相關數據資料搜集與處理后，需要對其進行分析、抽取出煤礦安全事件類，按照事件本體的相關構建方法，從煤礦事故發生前、發生中、發生后3個方面來構建事件本體。煤礦安全事件類的設計自頂向下逐層進行設計，首先設計了事故應急響應、事故調查、善后處理、煤礦安全事故4個類，然后針對每個煤礦安全事件類設計各自的子類，煤礦安全事件類結構如圖1所示。

2.2 煤礦安全事件類間關系

煤礦八類生產事故中，瓦斯事故發生后有可能會引發火災，兩者之間是跟隨關系；事故一旦發生就會發出警報，事故與警報之間是因果關系；發出警報后，成立救援小組并且上報，這也是跟隨關系；成立救援小組要指揮救援，傷員救助、控制事態、疏導人員、事故調查與指揮救援就是組成關系；事故調查與善后處理是伴隨關系；事故調查與死傷、獲救、匯報情況等是組成關系；善后處理與事故問責、布置防患措施、恢復生產等是組成關系。煤礦安全事件類間關系如圖2所示。

圖1 煤礦安全事件類結構

圖2 煤礦安全事件類間關系

2.3 煤礦安全事件類實例

創建煤礦安全事件類模型之后，就要收集煤礦安全領域相關語料 （指信息或數據），應用protégé本體編輯器，并依據煤礦安全事件類模型創建煤礦安全事件類實例，李一礦瓦斯異常涌出事故是瓦斯突出事件類的一個實例，如圖3所示。事件類間關系決定了事件類實例間關系，Object property assertions項表示該事件實例與李一礦發出警報這個事件類實例為因果關系。實例屬性包含瓦斯濃度、地點、瓦斯異常涌出量、情況描述、事件和吊頂（冒頂）煤量等，其中地點、情況描述、時間為所有事件實例的共有屬性，瓦斯濃度、瓦斯異常涌出量、吊頂煤量為該事件實例的特有屬性。圖3左邊Date property Types列為各屬性的數據類型表示，右邊Date property assertions項為各屬性的詳細信息描述。這樣就對這個事件有了一個直觀的了解。在創建大量的實例后，可以從大量的實例中挖掘出事件類以及各屬性間隱含關系，為事故發生后的應急處理提供支持。

圖3 實例詳細描述

3 結語

事件本體作為一種面向事件的知識表示方法更符合現實世界的存在規律和人類對現實世界的認知規律。煤礦作為一個高危行業，其安全事故時有發生，如何應用歷史煤礦安全事件快速獲取應對當前突發事件的解決思路，以應對突發的安全事件是急需解決的關鍵問題。本文將事件本體引入到煤礦安全領域，對煤礦安全事故的種類及類之間的關系進行了分析研究，從煤礦事故發生前、發生中、發生后3個方面來構建事件本體類及類間關系。按照事件本體的相關構建方法，建立了類的實例。煤礦安全事件本體的構建對煤礦安全系統的建立和安全管理保障安全生產提供幫助。

［1］ 劉宗田，黃美麗等.面向事件的本體研究 ［J］.計算機科學，2009 （11）

［2］ 仲兆滿，劉宗田等.事件關系表示模型 ［J］.中文信息學報，2009 （6）

［3］ 兆滿，劉宗田.利用事件影響關系識別文本集合中重要事件的方法 ［J］.模式識別與人工智能，2010（3）

［4］ 周心權，吳兵等 .煤礦井下瓦斯爆炸的基本特性［J］.中國煤炭，2002 （9）