安全系統(tǒng)工程 第三章 系統(tǒng)安全預(yù)測

第三章系統(tǒng)安全預(yù)測第一節(jié)預(yù)測的種類和基本原理一、預(yù)測的種類安全預(yù)測是運(yùn)用各種知識和科學(xué)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(jié)果進(jìn)行事先的推測和估計(jì)。也就是說，預(yù)測就是由過去和現(xiàn)在去推測未來，由已知去推測未知。預(yù)測由4部分組成，即預(yù)測信息、預(yù)測分析、預(yù)測技術(shù)和預(yù)測結(jié)果。1、預(yù)測的含義預(yù)言推測規(guī)劃2、安全生產(chǎn)預(yù)測的分類（1）按預(yù)測對象范圍分為宏觀和微觀預(yù)測。（2）按時(shí)間長短分為長期、中期和短期預(yù)測。二、預(yù)測程序目標(biāo)與任務(wù)確定預(yù)測目的制定預(yù)測計(jì)劃確定預(yù)測時(shí)間信息輸入收集預(yù)測資料檢驗(yàn)現(xiàn)有資料①②二、預(yù)測程序預(yù)測處理選擇預(yù)測方法建立預(yù)測模型進(jìn)行推測或計(jì)算結(jié)果輸出預(yù)測結(jié)果的鑒定修正預(yù)測結(jié)果③④三、預(yù)測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)測方法一、預(yù)測分析方法概述1、定性分析2、定量分析3、定時(shí)分析4、定比分析5、評價(jià)分析二、預(yù)測方法分類預(yù)測方法有150種以上，常用的有20-30種。經(jīng)驗(yàn)推斷預(yù)測法頭腦風(fēng)暴法、特爾斐法、主觀概率法、試驗(yàn)預(yù)測法、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、線性趨勢分析法、非線性趨勢分析法計(jì)量模型預(yù)測法回歸分析法、馬爾科夫鏈預(yù)測法、灰色預(yù)測法、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)知識和綜合分析能力，對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；除用于科技預(yù)測外，還廣泛用于政策制定、經(jīng)營預(yù)測、方案評估等方面。它能對大量非技術(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，使分散的評估意見逐次收斂，最后集中在協(xié)調(diào)一致的評估結(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(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)測過程確定研究課題，成立管理小組設(shè)計(jì)預(yù)測程序向?qū)＜壹某鲅埿牛赫f明特爾斐程序題說明預(yù)測的課題邀請參加預(yù)測第一輪征詢表：說明對應(yīng)答者的要求提供背景資料第一輪征詢問題對第一輪答復(fù)進(jìn)行匯總整理考慮是否同意參加預(yù)測，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)測結(jié)果寫出預(yù)測報(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)測的期望值和時(shí)間。等級比較評分法中位數(shù)上四分位點(diǎn)下四分位點(diǎn)例題某礦邀請16位專家對該礦某事件發(fā)生的概率進(jìn)行預(yù)測，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等級比較答案的處理評分法當(dāng)要求n項(xiàng)排序時(shí)，首先請各位專家對項(xiàng)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(jì)算各目標(biāo)的重要程度評分法四、時(shí)間序列法意義時(shí)間序列預(yù)測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)測值為：前期實(shí)際值前期預(yù)測值五、計(jì)量模型預(yù)測主要思想找出預(yù)測對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，對預(yù)測對象的未來狀況進(jìn)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(yù)測回歸分析法預(yù)測事物之間的關(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(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)測舉例接塵職工健康狀況灰色系統(tǒng)理論預(yù)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(quán)累加、……灰色預(yù)測GM(1,1)模型GM（1，1）模型預(yù)測原始序列一次累加生成GM（1，1）模型預(yù)測對X(0)光滑性檢驗(yàn)對X(1)準(zhǔn)指數(shù)檢驗(yàn)GM（1，1）模型預(yù)測對X(1)作緊鄰均值矩陣令得GM（1，1）模型預(yù)測則對參數(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)測值還原，求出X(0)的預(yù)測值誤差檢驗(yàn)殘差平方和相對誤差均