安全系統(tǒng)工程 第三章 系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)

第三章系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)第一節(jié)預(yù)測(cè)的種類和基本原理一、預(yù)測(cè)的種類安全預(yù)測(cè)是運(yùn)用各種知識(shí)和科學(xué)手段，分析、研究歷史資料，對(duì)安全生產(chǎn)發(fā)展的趨勢(shì)或可能的結(jié)果進(jìn)行事先的推測(cè)和估計(jì)。也就是說，預(yù)測(cè)就是由過去和現(xiàn)在去推測(cè)未來，由已知去推測(cè)未知。預(yù)測(cè)由4部分組成，即預(yù)測(cè)信息、預(yù)測(cè)分析、預(yù)測(cè)技術(shù)和預(yù)測(cè)結(jié)果。1、預(yù)測(cè)的含義預(yù)言推測(cè)規(guī)劃2、安全生產(chǎn)預(yù)測(cè)的分類（1）按預(yù)測(cè)對(duì)象范圍分為宏觀和微觀預(yù)測(cè)。（2）按時(shí)間長(zhǎng)短分為長(zhǎng)期、中期和短期預(yù)測(cè)。二、預(yù)測(cè)程序目標(biāo)與任務(wù)確定預(yù)測(cè)目的制定預(yù)測(cè)計(jì)劃確定預(yù)測(cè)時(shí)間信息輸入收集預(yù)測(cè)資料檢驗(yàn)現(xiàn)有資料①②二、預(yù)測(cè)程序預(yù)測(cè)處理選擇預(yù)測(cè)方法建立預(yù)測(cè)模型進(jìn)行推測(cè)或計(jì)算結(jié)果輸出預(yù)測(cè)結(jié)果的鑒定修正預(yù)測(cè)結(jié)果③④三、預(yù)測(cè)的基本原理連貫的原則系統(tǒng)的原則實(shí)事求是的原則大量觀察的原則第二節(jié)預(yù)測(cè)方法一、預(yù)測(cè)分析方法概述1、定性分析2、定量分析3、定時(shí)分析4、定比分析5、評(píng)價(jià)分析二、預(yù)測(cè)方法分類預(yù)測(cè)方法有150種以上，常用的有20-30種。經(jīng)驗(yàn)推斷預(yù)測(cè)法頭腦風(fēng)暴法、特爾斐法、主觀概率法、試驗(yàn)預(yù)測(cè)法、相關(guān)樹法、形態(tài)分析法、未來腳本法時(shí)間序列預(yù)測(cè)法滑動(dòng)平均法、指數(shù)滑動(dòng)平均法、周期變動(dòng)分析法、線性趨勢(shì)分析法、非線性趨勢(shì)分析法計(jì)量模型預(yù)測(cè)法回歸分析法、馬爾科夫鏈預(yù)測(cè)法、灰色預(yù)測(cè)法、投入產(chǎn)出分析法、宏觀經(jīng)濟(jì)模型三、經(jīng)驗(yàn)推斷法利用直觀材料，靠人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和綜合分析能力，對(duì)客觀事物的未來狀況做出估計(jì)和設(shè)想。特爾斐法（Delphi）特爾斐法概述蘭德公司20世紀(jì)40年代發(fā)明，早先主要用科技預(yù)測(cè)；除用于科技預(yù)測(cè)外，還廣泛用于政策制定、經(jīng)營預(yù)測(cè)、方案評(píng)估等方面。它能對(duì)大量非技術(shù)性的無法定量分析的因素作出概率估算，并將概率估算結(jié)果告訴專家，充分發(fā)揮信息反饋和信息控制的作用，使分散的評(píng)估意見逐次收斂，最后集中在協(xié)調(diào)一致的評(píng)估結(jié)果上。特爾斐法特點(diǎn)匿名性、反饋性、統(tǒng)計(jì)性程序（1）確定預(yù)測(cè)目標(biāo)（2）成立管理小組：一般2到10多人不等。（3）選擇專家（4）設(shè)計(jì)評(píng)估意見征詢表（5）專家征詢和輪間信息反饋特爾斐法對(duì)專家的要求：總體的權(quán)威程度較高代表面廣泛嚴(yán)格專家的推薦和審定程序人數(shù)要適當(dāng)特爾斐法預(yù)測(cè)過程確定研究課題，成立管理小組設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)程序向?qū)＜壹某鲅?qǐng)信：說明特爾斐程序題說明預(yù)測(cè)的課題邀請(qǐng)參加預(yù)測(cè)第一輪征詢表：說明對(duì)應(yīng)答者的要求提供背景資料第一輪征詢問題對(duì)第一輪答復(fù)進(jìn)行匯總整理考慮是否同意參加預(yù)測(cè)，若同意則答復(fù)并提出建議同意了解背景資料，答復(fù)第一輪問題反饋對(duì)第三輪答復(fù)作出匯總考察答復(fù)的變化與收斂整理預(yù)測(cè)結(jié)果寫出預(yù)測(cè)報(bào)告書第二輪征詢表第一輪答復(fù)的分布第二輪征詢問題請(qǐng)求陳述理由的問題第三輪征詢表：第二輪答復(fù)的分布和變化補(bǔ)充材料和專家提供的理由第三輪征詢的問題考察對(duì)第二輪答復(fù)的變化與收斂了解反饋信息和問題，答復(fù)第二輪征詢表反饋了解反饋信息和問題，答復(fù)第三輪征詢表反饋輸出了解預(yù)測(cè)結(jié)果專家意見的統(tǒng)計(jì)處理數(shù)量和時(shí)間常用中位數(shù)和上下四分位點(diǎn)的方法，處理專家的答案，求出預(yù)測(cè)的期望值和時(shí)間。等級(jí)比較評(píng)分法中位數(shù)上四分位點(diǎn)下四分位點(diǎn)例題某礦邀請(qǐng)16位專家對(duì)該礦某事件發(fā)生的概率進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到16個(gè)數(shù)據(jù)。n12345678910111213141516P（×10-3）1.351.381.41.41.41.451.471.51.51.51.51.531.551.61.61.65等級(jí)比較答案的處理評(píng)分法當(dāng)要求n項(xiàng)排序時(shí)，首先請(qǐng)各位專家對(duì)項(xiàng)目按其重要性排序，被評(píng)為第一位的給n分，第二位的給n-1分，最后一位給1分，然后按下列公式計(jì)算各目標(biāo)的重要程度評(píng)分法四、時(shí)間序列法意義時(shí)間序列預(yù)測(cè)法是指利用觀察或記錄到的一組按時(shí)間順序排列起來的數(shù)字序列，分析他們的變化方向和程度，從而對(duì)下一時(shí)期或以后若干時(shí)期可能達(dá)到的水平進(jìn)行推測(cè)方法滑動(dòng)平均法指數(shù)滑動(dòng)平均法滑動(dòng)平均法一般公式當(dāng)l＝3時(shí)為三點(diǎn)滑動(dòng)平均滑動(dòng)平均法加權(quán)滑動(dòng)平均指數(shù)滑動(dòng)平均法基本思想把時(shí)間序列看成一個(gè)無窮序列，即xt，xt-1，……，xt-i把看成這個(gè)無窮序列的一個(gè)函數(shù)，即：為使用單一的權(quán)數(shù)并使它們的和等于1，則應(yīng)：指數(shù)滑動(dòng)平均法令，當(dāng)0＜a＜1時(shí)，則：則預(yù)測(cè)值為：前期實(shí)際值前期預(yù)測(cè)值五、計(jì)量模型預(yù)測(cè)主要思想找出預(yù)測(cè)對(duì)象與它們的影響因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)該數(shù)學(xué)關(guān)系用影響因素的變化趨勢(shì)，對(duì)預(yù)測(cè)對(duì)象的未來狀況進(jìn)行推測(cè)。常用方法回歸分析法馬爾柯夫鏈灰色系統(tǒng)理論預(yù)測(cè)回歸分析法預(yù)測(cè)事物之間的關(guān)系確定關(guān)系相關(guān)關(guān)系分類一元線性回歸一元非線性回歸多元回歸一元線性回歸方法一組二元數(shù)據(jù)（x1,y1）……（xn,yn）假定符合y=a+bx的關(guān)系，則相關(guān)系數(shù)回歸分析舉例某局近10年來頂板事故統(tǒng)計(jì)一元非線性回歸指數(shù)函數(shù)馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)狀態(tài)指某一事件在某個(gè)時(shí)刻（或時(shí)期）出現(xiàn)的某種結(jié)果。狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程事件的發(fā)展，從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移。馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)馬爾可夫過程。在事件的發(fā)展過程中，若每次狀態(tài)的轉(zhuǎn)移都僅與前一時(shí)刻的狀態(tài)有關(guān)，而與過去的狀態(tài)無關(guān)，或者說狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程是無后效性的，則這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程就稱為馬爾可夫過程。馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率客觀事物可能有u1，u2,……un共n種狀態(tài)，其每次只能處于一種狀態(tài)，則每一狀態(tài)都具有n個(gè)轉(zhuǎn)向包括轉(zhuǎn)向自身，即ui→u1，ui→u2,…

ui→un，將這種轉(zhuǎn)移的可能性用概率描述,就是狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率一步轉(zhuǎn)移概率設(shè)事物在時(shí)間i處于狀態(tài)ui，在下一個(gè)時(shí)間i+1轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)uｊ的概率為一步轉(zhuǎn)移概率,以Pij表示。在這里,Pij可與它在i時(shí)所處的狀態(tài)ui及i+1時(shí)所處的狀態(tài)uｊ有關(guān),而與i以前的任何歷史狀態(tài)無關(guān)，顯然：由于事物從任何一個(gè)狀態(tài)ui出發(fā)，經(jīng)過一次轉(zhuǎn)移后，必然達(dá)到狀態(tài)uj中的一個(gè)，所以記為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣將Pij依順序排列，就構(gòu)成一個(gè)矩陣，這個(gè)矩陣就是一步轉(zhuǎn)移概率矩陣，用P示之.Pij是第i行第j列的元素，表示從狀態(tài)ui轉(zhuǎn)移到狀態(tài)uj的概率.狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣構(gòu)建實(shí)例考慮某地區(qū)農(nóng)業(yè)收成變化的三個(gè)狀態(tài)，即“豐收”、“平收”和“欠收”。記E1為“豐收”狀態(tài)，E2為“平收”狀態(tài)，E3為“欠收”狀態(tài)。1950—1989年期間農(nóng)業(yè)收成的情況以及狀態(tài)變化年份1950195119521953195419551956195719581959序號(hào)12345678910狀態(tài)E1E1E2E3E2E1E3E2E1E2年份1960196119621963196419651966196719681969序號(hào)11121314151617181920狀態(tài)E3E1E2E3E1E2E1E3E3E1年份1970197119721973197419751976197719781979序號(hào)21222324252627282930狀態(tài)E3E3E2E1E1E3E2E2E1E2年份1980198119821983198419851986198719881989序號(hào)31323334353637383940狀態(tài)E1E3E2E1E1E2E2E3E1E2轉(zhuǎn)移狀況從表中可知，在15個(gè)從E1出發(fā)（轉(zhuǎn)移出去)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移中，有3個(gè)是從E1轉(zhuǎn)移到E1的（即1→2，24→25，34→35)，有7個(gè)是從E1轉(zhuǎn)移到E2的（即2→3，9→10，12→13，15→16，29→30，35→36，39→40)，有5個(gè)是從E1轉(zhuǎn)移到E3的（即6→7，17→18，20→21，25→26，31→32)。故有同理得狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)初始狀態(tài)向量一次轉(zhuǎn)移向量二次轉(zhuǎn)移向量馬爾柯夫預(yù)測(cè)舉例接塵職工健康狀況灰色系統(tǒng)理論預(yù)測(cè)系統(tǒng)分類白色、黑色和灰色數(shù)據(jù)生成方法累加、加權(quán)累加、……灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)模型GM（1，1）模型預(yù)測(cè)原始序列一次累加生成GM（1，1）模型預(yù)測(cè)對(duì)X(0)光滑性檢驗(yàn)對(duì)X(1)準(zhǔn)指數(shù)檢驗(yàn)GM（1，1）模型預(yù)測(cè)對(duì)X(1)作緊鄰均值矩陣令得GM（1，1）模型預(yù)測(cè)則對(duì)參數(shù)進(jìn)行最小二乖估計(jì)得GM(1,1)模型的白化方程白化方程時(shí)間響應(yīng)序列求X(1)的預(yù)測(cè)值還原，求出X(0)的預(yù)測(cè)值誤差檢驗(yàn)殘差平方和相對(duì)誤差均