1、2022-12-1第五章系统安全预则与决策第五章系统安全预则与第五章系统安全预则与决策决策第五章系统安全预则与决策主要内容1.1.系统安全预测系统安全预测 2.2.系统安全决策系统安全决策第五章系统安全预则与决策过去过去现在现在未来未来5.1 系统安全预测系统安全预测 5.1.1 安全预测概述安全预测概述第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 5.1.1 安全预测概述安全预测概述已知情况已知情况难以了解的中间过程难以了解的中间过程结果结果输输入入输输出出预测技术和方法预测技术和方法预测过程方框图预测过程方框图第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 1.安全预
2、测分类安全预测分类（1）按预测对象的范围分 宏观预测：是指对整个行业、一个省区、一个局（企业）的安全状况的预测。微观预测：是指对一个厂（矿）的生产系统或对其子系统的安全状况的预测。5.1.1 安全预测概述安全预测概述第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 1.安全预测分类安全预测分类（2）按时间长短分 长（远）期预测：是指对五年以上的安全状况的预测。它为安全管理方面的重大决策提供科学依据。中期预测：是指对一年以上五年以下的安全生产发展前景进行的预测。它是制定五年计划和任务的依据。短期预测：是指对一年以内的安全状态的预测。它是年度计划、季度计划以及规定短期发展任务的依据。5.1
3、.1 安全预测概述安全预测概述第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 2安全预测的基本原理安全预测的基本原理系统安全预测同其他预测方法一样，遵循如下的基本原理：（1）系统原则。系统安全预测是系统工程，因此，应当从系统的观点出发，以全局的观点、更大的范围、更长的时间、更大的空间、更高的层次来考虑系统安全预测问题，并把系统中影响安全的因素用集合性、相关性和阶层性协调起来。5.1.1 安全预测概述安全预测概述第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 2安全预测的基本原理安全预测的基本原理（2）类推和概率推断原则。如果已经知道两个不同事件之间的相互制约关系或共同的有联
4、系的规律，则可利用先导事件的发展规律来预测迟发事件的发展趋势，这就是所谓的类推预测。根据小概率事件推断准则，若某系统评价结果其发生事故的概率为小概率事件，则推断该系统是安全的；反之，若其概率很大，则认为系统是不安全的。5.1.1 安全预测概述安全预测概述第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 2安全预测的基本原理安全预测的基本原理（3）惯性原理。对于同一个事物，可以根据事物的发展都带有一定的延续性，即所谓惯性，来推断系统未来发展趋势。所以惯性原理也可以称为趋势外推原理。应该注意的是，应用此原理进行安全预测是有条件的，它是以系统的稳定性为前提，也就是说，只有在系统稳定时，事物之
5、间的内在联系及其基本特征才有可能延续下去。但是绝对稳定的系统是不存在的，这就要根据系统某些因素的偏离程度对预测结果进行修正。5.1.1 安全预测概述安全预测概述第五章系统安全预则与决策3 3、预测的程序、预测的程序确定预测确定预测目标和任务目标和任务输入信输入信息息预测处预测处理理输出结输出结果果1 1、确定预测、确定预测目的目的2 2、制定预测、制定预测计划计划3 3、确定预测、确定预测时间时间4 4、收集预测、收集预测资料资料5 5、检验现有、检验现有资料资料6 6、选择预测、选择预测方法方法7 7、建立预测、建立预测模型模型8 8、进行推测、进行推测或计算或计算9 9、预测结果、预测结果
6、的鉴定的鉴定1010、修正预、修正预测结果测结果阶阶段段步步骤骤第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 预测方法从大的方面可分为经验推断预测法、时间预测方法从大的方面可分为经验推断预测法、时间序列预测法及计量模型预测法。本节就其中的主要常序列预测法及计量模型预测法。本节就其中的主要常见预测方法作一介绍。见预测方法作一介绍。5.1.1 安全预测概述安全预测概述第五章系统安全预则与决策预测方法分类预测方法分类经验推断预测法经验推断预测法时间序列预测法时间序列预测法计量模型预测法计量模型预测法头脑风暴法、特尔斐法、主观概率法等头脑风暴法、特尔斐法、主观概率法等滑动平均法、指数滑动平
7、均法、周期变动分析法滑动平均法、指数滑动平均法、周期变动分析法回归分析法、马尔柯夫链预测法、灰色预测回归分析法、马尔柯夫链预测法、灰色预测第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 1.一元线性回归法一元线性回归法5.1.2 回归预测分析法回归预测分析法 比较典型的回归法是一元线性回归法，它是根据自变量（x）与因变量（y）的相互关系，用自变量的变动来推测因变量变动的方向和程度，其基本方程式为第五章系统安全预则与决策【例【例5-1】表】表5-1是某矿务局是某矿务局19932002年顶板事故死亡人年顶板事故死亡人数的统计数据，试用一元线性回归方法建立其预测方程。数的统计数据，试用一元
8、线性回归方法建立其预测方程。年度时间顺序x 死亡人数yx2xyy2199313013090019942244485761995318954324199644161616199751225601441998683648641999722491544842000810648010020019138111716920021051005025合计第五章系统安全预则与决策【解】将表中数据代入方程组（【解】将表中数据代入方程组（5-25-2）中，便可求出）中，便可求出a a和和b b的值，即的值，即故回归直线的方程为故回归直线的方程为第五章系统安全预则与决策 在回归分析中，为了了解回归直线对实际数据变化趋
9、势的在回归分析中，为了了解回归直线对实际数据变化趋势的符合程度的大小，还应求出相关系数。其计算公式如下：符合程度的大小，还应求出相关系数。其计算公式如下：式中，式中，注意：相关系数注意：相关系数 时，说明回归直线时，说明回归直线与实际数据的变化与实际数据的变化趋势完全相符；趋势完全相符；时，说明时，说明x与与y之间之间完全没有线性关系完全没有线性关系。第五章系统安全预则与决策将表将表5-1中的有关数据代入中的有关数据代入 ，说明回归直线与实际数据的变化，说明回归直线与实际数据的变化趋势相符合。所以，可根据所建立的回归直线预测趋势相符合。所以，可根据所建立的回归直线预测方程对以后的死亡人数趋势进
10、行预测。方程对以后的死亡人数趋势进行预测。第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 2.一元非线性回归方法一元非线性回归方法5.1.2 回归预测分析法回归预测分析法 在回归分析法中，除了一元线性回归法外，还有一元非线性回归分析法、多元线性回归分析法、多元非线性回归分析法等。例如：指数函数回归分析例如：指数函数回归分析 基本公式：基本公式：令：令：则：则：第五章系统安全预则与决策【例【例5-2】某矿】某矿2004年的工伤人数的统计数据见表年的工伤人数的统计数据见表5-2，用指数函数进行回归分析。，用指数函数进行回归分析。月份时间序号xi工伤人数yi11152.70812.7087
11、.33322122.48544.9706.1753371.94695.8383.7874461.792167.1683.2115541.386256.9301.9316651.609369.6542.5897761.7924912.5443.2118871.9466415.5683.789941.3868112.4747.000101041.38610013.861.921111120.6961217.6230.480121210.00014400合计第五章系统安全预则与决策【解】对两边取自然对数得：【解】对两边取自然对数得：令令 则：则：用一元线性回归方程计算公式得：用一元线性回归方程计算公
12、式得：因因，所以，所以 第五章系统安全预则与决策故指数回归方程为故指数回归方程为 求相关系数：求相关系数：，说明用指效曲线进行回归分析，在一定程度上反映了该矿工，说明用指效曲线进行回归分析，在一定程度上反映了该矿工伤人数的趋势。所以，可根据建立的回归方程对以后工伤人数发展趋势进行预伤人数的趋势。所以，可根据建立的回归方程对以后工伤人数发展趋势进行预测。测。第五章系统安全预则与决策5.1 系统安全预测系统安全预测 5.1.3 灰色预测法灰色预测法n白色系统信息完全明确的系统n黑色系统信息完全不明确的系统n灰色系统信息部分明确、部分不明确的系统n安全系统典型的灰色系统q各种因素和系统安全主行为的关
13、系是灰的q因素与因素之间的关系是灰的q系统中人机环境三个子系统的关系是灰的q系统与系统所处环境之间的关系是灰的第五章系统安全预则与决策n灰色系统理论预测的主要优点：通过一系列数据生成方法（直接累加法、移动平均法、加权累加法、遗传因子累加法、自适应累加法等），将根本没规律的、杂乱无章的或规律性不强的一组原始数据序列变得具有明显的规律性，解决了数学界一直认为不能解决的微积分方程建模问题。n灰色系统预测是从灰色系统的建模、关联度和残差辨识的思想出发，所获得的关于预测的新概念、观点和方法。第五章系统安全预则与决策1.灰色预测建模方法灰色预测建模方法设原始离散数据序列设原始离散数据序列 按式（按式（5-
14、7）对其进行一次累加生成处理，得到序列）对其进行一次累加生成处理，得到序列 以序列以序列 为基础建立灰色的生成模型。为基础建立灰色的生成模型。k=1,2,N (5-7)式（式（5-8）称为一阶灰色微分方程，记为）称为一阶灰色微分方程，记为GM（1，1），式中），式中和和为待辨识为待辨识参数。参数。(5-8)一阶一阶一个变量一个变量 其中：称为发展灰数；称为内生控制灰数。第五章系统安全预则与决策n构造矩阵B与向量Y第五章系统安全预则与决策设为待估参数向量，利用最小二乘法可得：求解微分方程，即可得预测模型：，则微分方程可表示为第五章系统安全预则与决策灰色预测检验一般有残差检验、关联度检验和后验差检
15、验。2、模型检验、模型检验（1）残差检验）残差检验按预测模型计算并将累减生成然后计算原始序列与的绝对误差序列及相对误差序列。第五章系统安全预则与决策（2）关联度检验）关联度检验根据前面所述关联度的计算方法算出与原始序列的关联系数，然后计算出关联度，根据经验，当=0.5时，关联度大于0.6便满意了。第五章系统安全预则与决策（3）后验差检验）后验差检验a.计算原始序列标准差:b.计算绝对误差序列的标准差：c.计算方差比：第五章系统安全预则与决策d.计算小误差概率：令:，则：P0.950.800.700.70 C0.350.500.65。当 Wt、Ww 两项中有一项数值较小时，用双曲线法能使 W 值
16、明显变小，更便于对方案的抉择。第五章系统安全预则与决策2 2）优度图法）优度图法 优度图如图所示。图中横坐标为技术价Wt,纵坐标为经济价Ww。每个方案的Wti、Wwi值构成点Si，而Si的位置就反映了此方案的优度。当Wt、Ww值均等于 1 时的交点SI是理想优度,表示技术经济综合指标的理想值。0-SI连线称为“开发线”,线上各点 Wt=Ww。Si点离SI点越近，表示技术经济综合指标越高；离开发线越近，说明技术经济综合性能越好。第五章系统安全预则与决策5.2.6 5.2.6 稀少事件评价法稀少事件评价法n稀少事件(Rare Events)是指那些发生的概率非常小的事件,对它们很难用直接观测的方法
17、进行研究,因为它们不但“百年不遇”,而且“不重复”。n 在稀少事件中有 2 种不同的风险估计:一类是称外围“零无穷大”的风险,指的是那些发生的可能性很小(几乎为零)而后果却十分严重(几乎是无穷大)的事故,例如核电站泄漏事故；另一类是发生概率很小,后果不像前一类那么严重,但涉及的面或人数却很多,并且易被一些偶然因素、另外的风险、与它们的作用相同或相反的其他因素所掩盖的事故,如水质污染不是特别严重的情况下,很难确定其与癌症发病率之间的关系。前一类情况主要涉及明显事故的估计与价格,后一类情况则主要是对潜在危险进行测量和估计。第五章系统安全预则与决策n 对稀少事件很难给出一个严格定义，就第一类事故情况
18、来说，一般采用如下的定义：即100年才可能发生一次事故称为稀少事件。n其数学表达式如下：nP 0.01 n式中n 试验次数（次/年）；P 事故发生的概率。第五章系统安全预则与决策 稀少事件的风险度稀少事件的风险度 稀少事件一般服从二项分布，它们相互独立，发生的概率为P，在n次试验中，有m次成功（发生）的概率P(m)为：其均值(期望值)：E(x)=nP 方差：D(x)=nP(1-P)风险度：对于稀少事件，P1，故有：第五章系统安全预则与决策（2 2）绝对风险与对比风险）绝对风险与对比风险 概率估计只有当概率不太大和不太小时才比较准确,因此以期望值(均值)为基础的统计数据计算对稀少事件的分析不是很
19、确切，为此有人提出对比风险的概念。绝对风险：是对某一可能发生事件的概率及其后果的估计，也就是我们通常所讨论的风险概念。对比风险：可分为两种情况，一种是对于发生概率相似的事件，比较其发生的后果；另一种是对于两种后果及大小相似的事件，比较其发生的概率。第五章系统安全预则与决策（2 2）绝对风险与对比风险）绝对风险与对比风险 绝对风险与对比风险的适用区域示意图：期望数值和绝对风险适用区期望数值和绝对风险适用区第五章系统安全预则与决策（3 3）稀少事件风险估计的应用）稀少事件风险估计的应用 例如某企业需存放一种有毒有害物质,拟有2种存放方案:一种是简单的浅埋,另一种是放在专门建造的地窖中。浅埋比较经济
20、,但在发生水灾时会大量溢散。水灾的发生是稀少事件。现在需要决定的是是否需要考虑浅埋溢散的影响?设有害物质的保护期为100年。当发生水灾时,浅埋会造成100%的有害物质溢散,而专建地窖方案有10%的溢散。因专建的地窖是按要求建造的,溢散10%是符合有关规定的。第五章系统安全预则与决策（3 3）稀少事件风险估计的应用）稀少事件风险估计的应用 假定决策者是一个对风险持中性态度的人，等价水平 P=/年(即100年中发生溢散的概率为0.01与埋在专建地窖中等价)。决策者为更保险,将此又降低两个数量级即认为等价水平是 P=/年,然后就要对水灾发生的概率进行估计。如果水灾概率小于 /年,则可以采用浅埋方案;
21、否则,则应用专建地窖方案。第五章系统安全预则与决策5.2.7 5.2.7 模糊决策法模糊决策法n利用模糊数学的办法将模糊的安全信息定量化,从而对多因素进行定量评价与决策,就是模糊决策(评价)。n这里所说的模糊的安全信息,其实就是我们常说的描述与安全有关的定性术语。n例如预测事故发生，常用可能性很大、可能性不大或很小；预测事故后果时，常用灾难性的、非常严重的、严重的、一般的等术语进行区别。n如何用这些在安全领域中常用的定性术语进行评价和决策，采用模糊数学的方法是行之有效的途径之一。第五章系统安全预则与决策5.2.7 5.2.7 模糊决策法模糊决策法n模糊决策主要分为两步进行:q首先按每个因素单独
22、评判q然后再按所有因素综合评判。第五章系统安全预则与决策（1 1）建立因素集）建立因素集 因素集是指以所决策(评价)系统中影响评判的各种因素为元素所组成的集合,通常用U表示,即：U=u1,u2,um 各元素ui(i=1,2,m)即代表各影响因素。这些因素通常都具有不同程度的模糊性。例如,评判作业人员的安全生产素质时,为了通过综合评判得出合理的值,可列出影响作业人员的安全生产素质取值的因素,一般包括:u1安全责任心;u2 所受安全教育程度;u3文化程度;u4作业纠错技能;u5监测故障技能;u6 一般故障排除技能;u7事故临界状态的辨识及应急操作技能。上述因素 u1u7 都是模糊的,由它们组成的集
23、合,便是评判操作人员的安全生产技能的因素集。第五章系统安全预则与决策（2 2）建立权重集）建立权重集 一般说来,因素集U中的各因素对安全系统的影响程度是不一样的。为了反映各因素的重要程度,对各个因素应赋予一相应的权数Qi。由各权数所组成的集合：A=1,2,m A 称为因素权重集，简称权重集。各权数比应满足归一性和非负性条件：它们可视为各因素对“重要”的隶属度。因此,权重集是因素集上的模糊子集。第五章系统安全预则与决策（3 3）建立评判集）建立评判集 评判集是评判者对评判对象可能作出的各种总的评判结果所组成的集合。通常用 V 表示，即：V=(1,2,n)各元素i即代表各种可能的总评判结果。模糊综
24、合评判的目的，就是在综合考虑所有影响因素基础上,从评判集中得出一最佳的评判结果。第五章系统安全预则与决策（4 4）单因素模糊评判）单因素模糊评判 单独从一个因素进行评判,以确定评判对象对评判集元素的隶属度,称为单因素模糊评判。设对因素集U中第 i 个因素 ui 进行评判,对评判集 V 中第 j 个元素j的隶属度为rij,则按第 i 个因素ui的评判结果,可得模糊集合:Ri=（ri1，ri2，rin）同理,可得到相应于每个因素的单因素评判集如下:R1=（r11，r12，r1n）R2=（r21，r22，r2n）Rm=（rm1，rm2，rmn）第五章系统安全预则与决策（4 4）单因素模糊评判）单因素
25、模糊评判 将各单因素评判集的隶属度行组成矩阵，又称为评判(决策)矩阵：第五章系统安全预则与决策（5 5）模糊综合决策）模糊综合决策 单因素模糊评判，仅反映了一个因素对评判对象的影响。要综合考虑所有因素的影响，得出正确的评判结果，这就是模糊综合决策。如果已给出决策矩阵R，再考虑各因素的重要程，即给定隶属函数或权重集 A，则模糊综合决策模型为：B=AR 评判集 V 上的模糊子集,表示系统评判集诸因素的相对重要程度。第五章系统安全预则与决策实例分析实例分析 设评判某类事故的危险性，一般可考虑事故发生的可能性、事故后的严重度、对社会造成的影响以及防止事故的难易程度。这 4 个因素就可构成危险性的因素集
26、，即：U=事故发生的可能性(u1),事故后的严重程度(u2),对社会造成的影响程度(u3),防止事故的难易程度(u4)。由于因素集中各因素对安全系统影响程度是不一样的，因此，要考虑权重系数。若评判人确定的权重系数用集合表示，即权重集为：A=(0.5,0.2,0.2,0.1)第五章系统安全预则与决策n若评判人对评判对象可能作出各种总的评语为危险性很大、较大、一般、小，则评判集为:V=很大(1)、较大(2)、一般(3)、小(4)n对因素集中的各个因素的评判,可用专家座谈的方式来评定。具体做法是，任意固定一个因素，进行单因素评判，联合所有单因素评判，得单因素评判矩阵R。如对事故发生的可能性(u1)这
27、个因素评判，若有 40%的人认为很大，50%的人认为较大，10%的人认为一般，没有人认为会发生，则评判集为：(0.4,0.5,0.1,0)n同理,可得到其他 3 个因素的评判集,即：事故严重程度的评判集为:(0.5,0.4,0.1,0)对社会造成影响程度的评判集为:(0.1,0.3,0.5,0.1)防止事故难易程度的评判集为:(0,0.3,0.5,0.2)第五章系统安全预则与决策 于是可将各单因素评判集的隶属度分别为行组成评判矩于是可将各单因素评判集的隶属度分别为行组成评判矩阵：阵：则这类事故危险性综合评判模型为则这类事故危险性综合评判模型为 :B=AR:B=AR 第五章系统安全预则与决策 将将A A和和R R代入上式，计算代入上式，计算：2022-12-1第五章系统安全预则与决策
