2.1 Огляд предметної області

Гірниче виробництво є складною і небезпечною галуззю. У ході ведення робіт можуть виникати різні небезпечні ситуації природного і технологічного характеру. Тому проблеми безпеки на об'єктах гірничого виробництва мають особливе значення. Аналіз і оцінка небезпеки можливих аварій є однією з ключових проблем промислової безпеки. Від рівня контролю виробничих процесів і стану навколишнього середовища у виробках залежить життя працівників. В управлінні виробничим процесом шахти дуже важлива своєчасність і достовірність отримання необхідної інформації про технічний стан виробництва. Для комплексного та ефективного аналізу застосовують системи контролю та управління. Найпопулярнішою в Україні є система УТАС. []

Оцінку аварійної ситуації здійснює гірничий диспетчер. Якщо надходить інформація про аварійну або можливо аварійну \ перед аварійну ситуацію, то гірничому диспетчеру необхідно максимально швидко, об'єктивно й всебічно оцінити виробничу обстановку, для прийняття актуального управляючого рішення. []

Аварійні ситуації характеризуються за допомогою аналізу невеликої кількості доступних до виміру показників таких як: температура Т, рівень метану СН₄, рівень вуглекислого газу СО, напрям (+ / -) повітря V, наявність / відсутність (+ / -) струму I (на базовому обладнанні та в загальних лініях електроживлення). Показники процентного складу газів у повітрі та швидкості повітря мають встановлені норми, які прописано в правилах техніки безпеки. []

Також вид аварійної ситуації уточнюється за допомогою аналізу ключових фраз, які виділяються з набору можливих стандартних голосових повідомлень. [5] Отже диспетчер, використовуючи лише ці данні, забов’язаний максимально об’єктивно та швидко визначити вид аварійної або небезпечної виробничої ситуації, аби далі діяти згідно ПЛА.

На даному етапі часто виникають труднощі. Тому що автоматично вимірюється лише мала кількість показників, а доступна інформація має високу частку неоднозначності. Відсутність засобів комплексного аналізу даних, створює складності в прийнятті управлінських рішень, при фіксуванні виробничих порушень. []

В ході аналізу предметної області виявлена проблема інтерпретації відхилень від норми ключових показників аeрогазового стану та механічних процесів виробництва відносно виду аварійної ситуації. В результаті чого спостерігається відсутність однозначних правил, критеріїв і методів оцінки аварійних ситуацій. Також має місце висока залежність від людського чиннику. Способи усунення або урахування такої невизначеності, на даний час, найчастіше базуються на досвіді диспетчера або інших експертів і є недостатніми. Це призводить до помилковим рішенням, які можуть вести до тяжких наслідків.

Описані вище причини створюють складності для точної і об'єктивної класифікації виду аварії в цілому. А використання групи працівників для безпосереднього уточнення виду та масштабу ситуації, може бути дуже небезпечним для життя, та вимагає затрат часу. Але розробка і застосування відповідного програмного забезпечення може покращити, оптимізувати і спростити роботу гірничого диспетчера. 

Таким чином, було встановлено, що розробка допоміжної інтелектуальної експертної системи для визначення виду аварійної ситуації, є актуальною задачею для вугільних шахт.

2.2 Об’єкт та предмет предметної області, мета і задачі дослідження

Кінцева мета даної роботи – реалізувати інтелектуальну систему підтримки прийняття рішень для гірничого диспетчера з використанням елементів нечіткої логіки і методів класифікації та штучного інтелекту для вирішення проблеми визначення виду аварійної ситуації в режимі реального часу. []

Об'єктом дослідження: є способи і методи опису та ідентифікації станів виробничого процесу в шахті.

Предмет дослідження: методи класифікації аварійних ситуацій на шахті.

Далі зазначені основні задачі дослідження.

1. Провести аналіз проблем класифікації аварійних ситуацій на шахті.

2. Провести аналіз методів та засобів визначення стану виробничого процесу.

3. Встановити спрощені фізичні моделі таких видів аварій як пожежа, вибух, обрушення.

4. Вибрати множини показників, які дозволяють оцінити поточну ситуацію стану робочого середовища виробничого процесу.

5. Вивчити характеристики ключових показників аварій та їх за допомогою виділених раніше множин показників.

6. Вивчити взаємозалежність ключових показників аварій та розробити математичну модель для моделювання аварійних ситуацій.

7. Розробити методи класифікації з використанням елементів нечіткої логіки та інтелектуальної системи.

8. Розробити систему класифікації виду аварійної ситуації.

9. Провести тестування роботи системи на математичній моделі.

10. Оцінити якість класифікації.

2.3 Огляд аналогічних досліджень

(доповнить на полторы страницы)

11. Аналогічна задача була розглянута Федунец Н.І., Локшиною І.В., Замишляєва І.В. 1994 року у доповіді на тему «Застосування нечіткої логічної моделі для інтелектуальної системи підтримки оператора вентиляції вугільної шахти» .[] Подібними темами займалися Локшина Ізабелла Володимирівна в дисертації на тему «Розробка моделей і алгоритмів інтелектуальної системи підтримки рішень оператора вентиляції вугільної шахти», – Москва 1995 рік.[] к.т.н. Подібна Юлія Юріївна в Дисертації на тему «Оцінка ризику виникнення аварійних ситуацій на об'єктах електроенергетики на основі лінгвістичного моделювання» - Москва, 2004 рік.[] У роботі Жадан В.М. на тему «Визначення температури пожежних газів і швидкості переміщення пожежного осередку в горизонтальній гірничій виробці» у 1967 році розглядалася задача розрахунку температури пожежних газів і швидкості поширення вогнища пожежі по гірських виробках. Була описана фізична модель розвитку пожежі і поширення нагрітих пожежних газів.[] Дисертація Кравченко Н.М. на тему «Обгрунтування параметрів розподілу повітря в гірничих виробках вугільних шахт з урахуванням дії конвективних газових потоків» – Макеївка 2006 рік.[] В роботі виконано аналіз існуючих методів визначення зон поширення пожежних газів по гірських виробках і програмного забезпечення для моделювання процесів в шахтних вентиляційних мережах. Козлюк А.І., Гугучкин В.Д., Лумер Б.І. детально описали виникнення і динаміка розвитку підземної пожежі в горизонтальних виробках у випуску №10 посібника «Техніка безпеки, охорона праці та гірничорятувальна справа», 1968 рік.[] Теоретичні основи прогнозування, профілактики та боротьби з аварійними порушеннями провітрювання рудників

Моделювання теплообмінних процесів у шахтах і рудниках.

Моделювання процесів поширення та накопичення шкідливих домішок в гірських виробках. …

2.4 Розробка системи класифікації

2.4.1 Базові принципи та логіка роботи системикласифікації

Для проектування та розробки системи класифікації спочатку необхідно визначитися з принципами та логікою її роботі.

В ході науково дослідницької роботи студента, в рамках предметної області було виділено, що на вугільних шахтах буває чотири основні види підземних виробничих аварій не технічного характеру, а саме: пожежа, вибух, обвал та затоплення або прорив води.

Аварійні ситуації характеризуються за допомогою аналізу невеликої кількості доступних до виміру показників таких як:

• рівень метану (СН₄);

• рівень вуглекислого газу (СО);

• температура повітря (Т);

• швидкість повітря (V).

Окрім того стан поточної ситуації допомагають аналізувати такі показники виробничого процесу як:

• наявність / відсутність струму на головному обладнанні і в загальних лініях електроживлення (I_+/-);

• звіти про активність транспортного ланцюжка або конвеєрів;

• спраіність датчиків чи іншого допоміжного обладнання;

• напрям повітря (V_+/-).

Згідно правил безпеки встановлено норми автоматично вимірюваних параметрів. В ході дослідницької роботі, діапазони значень цих параметрів проградуйовані на терми лінгвістичних змінних: «низький», «середній», «високий», «дуже високий» рівень небезпеки. Виділені интервали узгоджувалися з відповідними експертами гірничої промисловості. В системі класифікації, що розробляється, аналіз починається при підвищенні будь-якого з критичних вимірюваних параметрів до перед аварійної межі, що відповідає «середньому» або «високому» рівню небезпеки. На базі цих даних можна проводити швидку експрес оцінку ситуації.

Також досить ефективно можна класифікувати вид аварії за допомогою ключових фраз сповіщення, які експерти з великою вірогідністю можуть співвіднести з певним видом аварії. Декілька ключових фраз можуть бути взаємодоповнюючими і складати певні ланцюжки, класифікуючих послідовностей. Набір цих правил може як і самостійно класифікувати ситуацію, так і використовуватися в якості доповнення базових правил системи. Також у якості фактів можуть виступати базові данні про стан виробничого процесу. В рамках системи, при складанні правилтакож будуть враховуватися данні які можуть бути зафіксовані системою УТАС та мають логічне значення типу «наявність», «відсутність», «норма» чи «не норма». Правила цьго типу аналізуються, як набір фактів з булевим значенням.

Однак, важливо враховувати не тільки поточний стан аеро-газової ситуації, а відстежувати швидкість і динаміку її протікання при аварійному або перед аварійному стані.

Оскільки виміри датчиків фіксуються кожні 5 секунд, то можемо відстежувати динаміку змін як різницю отриманих показників вже через 15 – 20 секунд. Таким чином ми отримуємо необхідність введення таких додаткових параметрів як активність наростання чисельно фіксованих показників та швидкості розповсюдження порушень. Розрахунок цих та інших параметрів буде детально представлено далі.

Комбінуючи початкові вхідні данні та результати первісної класифікації і додаткових розрахунків системи складаються правила нечіткого виводу для формування більш об’єктивного висновку про вид поточної аварії та точність класифікації.

Кожний з цих принципів буде реалізовано в окремих модулях системи, та представлені відповідними 1-3 блоками системи. Детально методи та олгоритми роботи цих модулів пописано в підрозділах 2.5.1- 2.5.3