煤炭企业安全管理可视化方式研究

发布时间：2020-07-19 17:18

【摘要】：“百闻不如一见”,人脑获取的外部世界信息80%以上通过视觉系统进行传输,同时,视觉信息处理具备高速、大容量、可并行的显著优势。当前,人们身处海量、碎片化、多维异构的大数据信息时代,充分发挥人的视觉思维能够克服人的信息认知瓶颈,因此,利用视觉辅助信息认知与逻辑分析,已成为现今学术科研与实践应用的潮流。随着信息技术在煤炭企业中不断得以广泛应用,其有效提升了矿井安全生产的实时监控、应急管理水平。然而,信息系统的普及也产生了不容忽视的问题。煤矿安全安全信息系统的异构异质性,使得安全数据呈现多维结构、联动性、隐喻性的特征,增加了人员信息理解与使用的难度;同时,由于系统对矿井环境进行实时监测,产生了TB级的海量数据,爆炸式的信息增长超出了管理人员的认知能力范围,导致信息处理滞后、业务流程繁琐、信息资源利用率低下的现象,安全信息的认知与利用不足阻碍了煤矿安全管理发展。因此,将人的视觉认知与煤矿安全管理结合,形成了煤矿安全可视化管理模式与安全可视化方式,能够对安全管理高维数据属性进行筛选与挖掘,并结合认知心理学与视觉思维规律,转化为形象、易于理解、吸引关注度的图形图示,甚至科学的图形构图启发人的思维与想象,从而有效提升信息资源的开发利用效率,实现“基本数据视觉化、客观规律显性化、隐喻内涵洞察化”的目标。然而,当前十分匮乏安全可视化方式的理论研究,理论研究中尚未形成系统体系,实践应用中缺乏科学理论指导。由此,本文面向煤矿安全管理,围绕科学应用、管理效应、优选设计三个方面开展煤矿安全可视化方式的具体研究。本论文受到国家自然科学基金面上项目“基于数据挖掘的煤矿安全可视化管理模型及图元体系研究”(基金编号:61471362)资助,该项目分为“知识可视化”、“展示可视化”与“可视化图元体系”三部分,本文主要围绕其中的后两项内容进行研究。按照“分析现状、寻找因素、评估效果、优化设计”的思路,论文可分为7章。具体研究内容包括:第1章:绪论。本章首先分析了煤矿安全可视化方式的研究背景,阐明了安全信息资源认知与利用不足是当前煤矿安全管理的关键问题,论述了视觉认知对于安全信息处理具有重要优势。其次,对国内外可视化管理与可视化方式的理论研究与煤矿安全可视化方式的实践应用进行归纳分析,提出当前煤矿安全可视化方式的理论研究仍十分匮乏,由于缺乏理论指导,安全可视化方式的实践应用效果也层次不齐。由此,提出了利用安全可视化方式解决当前安全管理困境的思路。由此明确了本文的研究目标与意义,系统分析了论文的主要研究内容与结构安排,并提出论文研究的技术路线。第2章:文献综述。本章围绕煤矿安全可视化方式的主要问题,结合可视化理论、煤炭企业安全管理、信息可视化与认知心理学四门学科,进行安全可视化方式的相关文献调研。其中,可视化相关理论是研究的理论指导,煤矿安全管理理论是研究的实践来源,因而对其进行相关文献调研。其次,讨论了信息可视化模型、数据结构及可视分析的相关理论,为安全可视化方式作用机制与因素分析提供基础。此外,结合认知心理学的宏观(认知发展模型)、中观(认知信息加工模型)、微观(视觉认知规律)原理,为安全可视化方式的设计优选提供借鉴。第3章:理论框架研究。本章探索构建了煤矿安全可视化方式的理论体系,首先,结合煤矿安全管理特征与对象属性分析,讨论了煤矿安全可视化方式的内涵、外延及内容体系;其次,从信息传播与信息控制角度,论述了安全可视化方式在煤矿安全管理中的作用机理,并据此分析了安全可视化方式的应用过程,提出可视化方式的应用优化需求,阐明了可视化方式的实践优化是提升煤矿安全管理的有效手段;由此,构建了煤矿安全可视化方式的理论框架,并围绕可视化方式的影响因素x、描述因素y、管理效应p而提出研究的三个核心问题。第4章:关联因素研究。本章探讨了确定煤矿安全可视化方式的关联因素,并分析提出因素关联模型。基于霍尔三维结构而提出安全可视化方式的四维分析模型,以此模型为指导分析了安全可视化方式的关联因素基本维度(x、y、p)。通过煤矿安全管理特征与对象属性的分析,总结了包含目标、内容、结构、模式组合的特征描述指标(x);利用问卷调查与因子分析技术,得出包含管理、信息、认知差异与技术设计的影响因素指标体系(y),根据x与y的关联关系构建了sce因素关联模型,为安全可视化方式的优化选择研究提供理论基础;最后,提出可视化方式的isq优化需求评估方法,针对煤矿安全管理活动的各类常用可视化方式类型进行应用效果的评估,从中寻找实践可行的可视化方式类型,也为进一步的优化选择确定了研究目标。第5章:管理效应研究。本章系统梳理了安全可视化方式的优化应用对煤矿安全管理的管理效应。首先,结合认知发展层次理论,阐述了“2-4”管理效应层次模型及作用机制。基于该模型提出了管理效应的评价指标(p),主要包括个人认知效率(pr)与个人在组织中重要度(p0)两项指标。其次,针对个人认知层面,结合信息加工原理分析了个人与人机交互的认知模型,由此提出安全可视化方式的个人认知效率公式,并推导了安全可视化方式对时效性、容量性的影响假设。进而,通过时效性导向的瓦斯警报认知实验,证明了可视化方式对信息获取、信息识别、信息分析的影响,得出、优化应用提升了30.17%的认知效率;开展容量性导向的安全隐患管理认知实验,验证了可视化方式对认知广度、认知强度、认知长度的作用,验证了可视化方式的优化应用提升27.18%的认知效率。最后,针对组织层面,论述了可视化方式的科学应用能够促进安全管理业务流程的精简化、智能化、可监控,组织制度的扁平化、协同化、规范化,并促进安全可视化管理的发展与成本管控能力,推动安全文化体系的完善。第6章:设计选择研究。以可视化方式应用的管理效应最大化为目标,本章讨论了煤矿安全可视化方式的优化设计方法,包括图库体系与FODV设计模型。结合认知心理学、信息可视化与煤矿安全管理的制度规范,提出科学的可视化图元、设计内容与组合规则,形成安全可视化方式的图库体系,为安全管理提供丰富的图形集合;结合SCE模型而提炼了FODV设计模型,并进行井下人员管理的认知实验,得出可视化方式的优化设计能够最高缩短70%的认知时间,有效提升安全人员的信息认知效率、提升安全可视化方式的管理效应。进而,利用对应分析方法,得出可视化方式的管理层级选择模式,将其与人机交互理论相融合,提出了安全可视化方式的MCD选择交互模型。围绕模型设计了安全可视化方式选择交互的系统框架与功能体系,为安全可视化方式的信息系统实现提供指导。第7章:结论与展望。基于上述研究成果,总结了本文的研究结论与创新点,并对未来进一步的研究做出展望。本文的主要创新点包括:构建了煤矿安全可视化方式的理论框架,提出了四维分析模型;提出了安全可视化方式的SCE关联模型与ISQ优化需求评估方法;建立了安全可视化方式的管理效应“2-4”层次模型,提出个人认知效率的计算公式;提出了安全可视化方式的设计选择方法,建立了可视化图库体系与可视化选择交互系统。综上,煤矿安全可视化方式是基于信息技术对安全数据、信息、知识的一种形象、高效的展示形式,其优化应用能够有效促进个人认知效率与组织管控水平。因而,针对当前安全可视化方式理论研究匮乏的现状,本文结合煤矿安全管理需求与视觉认知规律,利用统计分析、认知实验、数学建模的方法,探讨了可视化方式的优化需求判断、管理效应分析、优化设计选择方法,提出了SCE模型、“2-4”层次模型与FODV设计模型,完善了安全可视化方式的图库体系,并通过信息系统加以实现,对煤矿安全可视化管理具有重要的理论价值与实践意义。
【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：F426.21;TD79
【图文】：

可视化管理,被引文献,可视化,方式

分别以“visual management”与“visual method(s)”为检索词，选取检索时间为“1998—2014”，查得文献结果如下图 1.3 所示：图1.1 可视化管理与可视化方式的国内被引文献量Fig.1.1 The internal cited literature quantity of visual management and visual methods图1.2 可视化管理的国外被引文献量Fig.1.2 The foreign cited literature quantity of visual management and visual methods如上图 1.1 所示，“可视化管理”与“可视化方式”的中文被引文献量在 1998至 2014 年期间均呈现明显增长态势，但可视化方式明显低于可视化管理的被引频率。其中，“可视化管理”由 6 篇（1998）增至 217 篇（2014），被引文献数的峰值为 241 篇（2013）；“可视化方式”由 4 篇（1998）增至 45 篇（2014），当年亦为峰值。如上图 1.2 所示，国外“可视化管理”与“可视化方式”的外文被引文献量在 1998 至 2014 年期间同样呈现明显增长态势，但可视化方式的增长略微高于可视化管理作的被引频率。其中

可视化管理,引文,外被,被引文献

图1.1 可视化管理与可视化方式的国内被引文献量Fig.1.1 The internal cited literature quantity of visual management and visual methods图1.2 可视化管理的国外被引文献量Fig.1.2 The foreign cited literature quantity of visual management and visual methods如上图 1.1 所示，“可视化管理”与“可视化方式”的中文被引文献量在 1998至 2014 年期间均呈现明显增长态势，但可视化方式明显低于可视化管理的被引频率。其中，“可视化管理”由 6 篇（1998）增至 217 篇（2014），被引文献数的峰值为 241 篇（2013）；“可视化方式”由 4 篇（1998）增至 45 篇（2014），当年亦为峰值。如上图 1.2 所示，国外“可视化管理”与“可视化方式”的外文被引文献量在 1998 至 2014 年期间同样呈现明显增长态势，但可视化方式的增长略微高于可视化管理作的被引频率。其中

论文研究,内容框架

图 1.3 论文研究内容框架图Fig.1.3 The contents framework of the thesis research1.4.2 研究方法本文综合运用了问卷调查、认知实验、数学建模、统计分析等方法开展研究具体如下图 1.4 所示：1）调研与资料整理。利用实践与文献调研，总结研究背景与国内外研究现状2）基础理论研究。采用模型构建与理论联系实践法，结合煤矿安全管理内容对象属性分析可视化方式的内涵，从信息传播、信息管控方面对可视化方式作用机理进行探讨，基于应用过程分析而提出安全可视化方式的理论框架，并重点提出本论文主要围绕安全可视化方式的三个核心问题（X、Y、P）进行研究。3）关联因素研究。采用安全系统工程理论，构建了优化霍尔属性分析模型，对安全可视化方式的关联要素进行维度分析；结合模型归纳结果，构建了影响可视化方式的描述因素 Y，利用问卷调查与 EFA 因子分析方法，确定了影响因素 X结合 X-Y 构建可视化方式的因素关联模型，并根据 ISQ 进行优化需求评估。4）管理效应研究。采用模型构建法，提出安全可视化方式的管理效应层次模型，并由此得出管理效应评价因素 P；采用数学建模法，根据可视化方式认知机理

【参考文献】