安全系統(tǒng)工程 第三章 系統(tǒng)安全預測

第三章系統(tǒng)安全預測第一節(jié)預測的種類和基本原理一、預測的種類安全預測是運用各種知識和科學手段，分析、研究歷史資料，對安全生產(chǎn)發(fā)展的趨勢或可能的結果進行事先的推測和估計。也就是說，預測就是由過去和現(xiàn)在去推測未來，由已知去推測未知。預測由4部分組成，即預測信息、預測分析、預測技術和預測結果。1、預測的含義預言推測規(guī)劃2、安全生產(chǎn)預測的分類（1）按預測對象范圍分為宏觀和微觀預測。（2）按時間長短分為長期、中期和短期預測。二、預測程序目標與任務確定預測目的制定預測計劃確定預測時間信息輸入收集預測資料檢驗現(xiàn)有資料①②二、預測程序預測處理選擇預測方法建立預測模型進行推測或計算結果輸出預測結果的鑒定修正預測結果③④三、預測的基本原理連貫的原則系統(tǒng)的原則實事求是的原則大量觀察的原則第二節(jié)預測方法一、預測分析方法概述1、定性分析2、定量分析3、定時分析4、定比分析5、評價分析二、預測方法分類預測方法有150種以上，常用的有20-30種。經(jīng)驗推斷預測法頭腦風暴法、特爾斐法、主觀概率法、試驗預測法、相關樹法、形態(tài)分析法、未來腳本法時間序列預測法滑動平均法、指數(shù)滑動平均法、周期變動分析法、線性趨勢分析法、非線性趨勢分析法計量模型預測法回歸分析法、馬爾科夫鏈預測法、灰色預測法、投入產(chǎn)出分析法、宏觀經(jīng)濟模型三、經(jīng)驗推斷法利用直觀材料，靠人的經(jīng)驗知識和綜合分析能力，對客觀事物的未來狀況做出估計和設想。特爾斐法（Delphi）特爾斐法概述蘭德公司20世紀40年代發(fā)明，早先主要用科技預測；除用于科技預測外，還廣泛用于政策制定、經(jīng)營預測、方案評估等方面。它能對大量非技術性的無法定量分析的因素作出概率估算，并將概率估算結果告訴專家，充分發(fā)揮信息反饋和信息控制的作用，使分散的評估意見逐次收斂，最后集中在協(xié)調(diào)一致的評估結果上。特爾斐法特點匿名性、反饋性、統(tǒng)計性程序（1）確定預測目標（2）成立管理小組：一般2到10多人不等。（3）選擇專家（4）設計評估意見征詢表（5）專家征詢和輪間信息反饋特爾斐法對專家的要求：總體的權威程度較高代表面廣泛嚴格專家的推薦和審定程序人數(shù)要適當特爾斐法預測過程確定研究課題，成立管理小組設計預測程序向?qū)＜壹某鲅埿牛赫f明特爾斐程序題說明預測的課題邀請參加預測第一輪征詢表：說明對應答者的要求提供背景資料第一輪征詢問題對第一輪答復進行匯總整理考慮是否同意參加預測，若同意則答復并提出建議同意了解背景資料，答復第一輪問題反饋對第三輪答復作出匯總考察答復的變化與收斂整理預測結果寫出預測報告書第二輪征詢表第一輪答復的分布第二輪征詢問題請求陳述理由的問題第三輪征詢表：第二輪答復的分布和變化補充材料和專家提供的理由第三輪征詢的問題考察對第二輪答復的變化與收斂了解反饋信息和問題，答復第二輪征詢表反饋了解反饋信息和問題，答復第三輪征詢表反饋輸出了解預測結果專家意見的統(tǒng)計處理數(shù)量和時間常用中位數(shù)和上下四分位點的方法，處理專家的答案，求出預測的期望值和時間。等級比較評分法中位數(shù)上四分位點下四分位點例題某礦邀請16位專家對該礦某事件發(fā)生的概率進行預測，得到16個數(shù)據(jù)。n12345678910111213141516P（×10-3）1.351.381.41.41.41.451.471.51.51.51.51.531.551.61.61.65等級比較答案的處理評分法當要求n項排序時，首先請各位專家對項目按其重要性排序，被評為第一位的給n分，第二位的給n-1分，最后一位給1分，然后按下列公式計算各目標的重要程度評分法四、時間序列法意義時間序列預測法是指利用觀察或記錄到的一組按時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，從而對下一時期或以后若干時期可能達到的水平進行推測方法滑動平均法指數(shù)滑動平均法滑動平均法一般公式當l＝3時為三點滑動平均滑動平均法加權滑動平均指數(shù)滑動平均法基本思想把時間序列看成一個無窮序列，即xt，xt-1，……，xt-i把看成這個無窮序列的一個函數(shù)，即：為使用單一的權數(shù)并使它們的和等于1，則應：指數(shù)滑動平均法令，當0＜a＜1時，則：則預測值為：前期實際值前期預測值五、計量模型預測主要思想找出預測對象與它們的影響因素之間的數(shù)學關系，根據(jù)該數(shù)學關系用影響因素的變化趨勢，對預測對象的未來狀況進行推測。常用方法回歸分析法馬爾柯夫鏈灰色系統(tǒng)理論預測回歸分析法預測事物之間的關系確定關系相關關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的關系，則相關系數(shù)回歸分析舉例某局近10年來頂板事故統(tǒng)計一元非線性回歸指數(shù)函數(shù)馬爾柯夫鏈預測狀態(tài)指某一事件在某個時刻（或時期）出現(xiàn)的某種結果。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。馬爾柯夫鏈預測馬爾可夫過程。在事件的發(fā)展過程中，若每次狀態(tài)的轉(zhuǎn)移都僅與前一時刻的狀態(tài)有關，而與過去的狀態(tài)無關，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。馬爾柯夫鏈預測狀態(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)移概率設事物在時間i處于狀態(tài)ui，在下一個時間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時所處的狀態(tài)ui及i+1時所處的狀態(tài)uｊ有關,而與i以前的任何歷史狀態(tài)無關，顯然：由于事物從任何一個狀態(tài)ui出發(fā)，經(jīng)過一次轉(zhuǎn)移后，必然達到狀態(tài)uj中的一個，所以記為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣將Pij依順序排列，就構成一個矩陣，這個矩陣就是一步轉(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)移概率矩陣構建實例考慮某地區(qū)農(nóng)業(yè)收成變化的三個狀態(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12345678910狀態(tài)E1E1E2E3E2E1E3E2E1E2年份1960196119621963196419651966196719681969序號11121314151617181920狀態(tài)E3E1E2E3E1E2E1E3E3E1年份1970197119721973197419751976197719781979序號21222324252627282930狀態(tài)E3E3E2E1E1E3E2E2E1E2年份1980198119821983198419851986198719881989序號31323334353637383940狀態(tài)E1E3E2E1E1E2E2E3E1E2轉(zhuǎn)移狀況從表中可知，在15個從E1出發(fā)（轉(zhuǎn)移出去)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移中，有3個是從E1轉(zhuǎn)移到E1的（即1→2，24→25，34→35)，有7個是從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測初始狀態(tài)向量一次轉(zhuǎn)移向量二次轉(zhuǎn)移向量馬爾柯夫預測舉例接塵職工健康狀況灰色系統(tǒng)理論預測系統(tǒng)分類白色、黑色和灰色數(shù)據(jù)生成方法累加、加權累加、……灰色預測GM(1,1)模型GM（1，1）模型預測原始序列一次累加生成GM（1，1）模型預測對X(0)光滑性檢驗對X(1)準指數(shù)檢驗GM（1，1）模型預測對X(1)作緊鄰均值矩陣令得GM（1，1）模型預測則對參數(shù)進行最小二乖估計得GM(1,1)模型的白化方程白化方程時間響應序列求X(1)的預測值還原，求出X(0)的預測值誤差檢驗殘差平方和相對誤差均