基于RS-FS混合法的综采面安全生产评价研究.pdf

西安科技大学 硕士学位论文 基于RS-FS混合法的综采面安全生产评价研究 姓名李云 申请学位级别硕士 专业安全技术及工程 指导教师程文东 论文题目基于 RS-FS 混合法的综采面安全生产评价研究 专 业安全技术及工程 硕 士 生李 云 （签名） 指导教师程文东 （签名） 摘 要 当前，在我国的能源消费结构中，煤炭所占比重接近 70，且这种能源消费格局在 未来的 3050 年内不会根本改变。但是，我国煤炭的总体生产力水平、技术进步及管理 手段等方面均与国际先进水平有着较大的差距。而且，随着煤炭开采强度的加剧和采掘 深度的不断加深，煤矿地质条件越来越复杂，煤矿安全生产条件将越来越严峻。煤矿安 全问题已成为关系国计民生、煤炭经济持续发展的最主要问题。因此，安全生产工作在 煤炭产业的平衡、持续与发展中日显重要。 本文对南梁煤矿 20115 综采面安全生产系统中的隐患，进行了详细而科学地分析， 并根据综采面安全系统的实际特点，将其分为了人、机器、环境、管理四个子系统，对 其进行了详细地研究，并建立了相应的评价模型，为煤矿企业安全管理提供了一些比较 实用、准确、且具有一定指导意义的成果。本文所做的工作及结论如下 阐明了安全评价模型建立过程中，所涉及的粗糙集和模糊集的基本理论，明确了各 自基本概念、定义、命题、公式的内涵以及各自的特点；以系统分析法为主导，对煤矿 井下综采工作面中人、机器、环境和管理的隐患，分别进行系统分析，并就各种隐患的 影响因素，做了深入地研究；通过分析各类隐患和各个因素之间的规律及联系，建立相 应的评价指标体系，利用粗糙集的理论来确定各个指标的权重，利用模糊集的理论进行 模糊综合评价；结合南梁煤矿 20115 综采面安全生产的实际状况，并参考南梁矿业有限 公司危险源辨识与分析表和安全信息资料，最后对综采面的安全生产系统进行实例评 价，并就评价结果对南梁煤矿 20115 综采面的安全条件提出了改进措施。 关 键 词综采面；粗糙集；模糊集；模糊评价 研究类型应用研究 Subject The Safety uation Study of Fully Mechanized Coal Face Based on RS-FS Specialty Safety Technology and Engineering Name Li Yun Signature Instructor Cheng Wendong Signature ABSTRACT At present, the China’s coal accounts for nearly 70 of energy consumption structure, and this energy consumption pattern will not be changed fundamentally in the next 30 to 50 years. However, our coal’s productivity of overall level, technological progress, management means, and so on, have a larger gap with the international advanced level. Moreover, with the aggravation of the intensity and the mining depth of coal mining, the geological conditions of coal mines will be increasingly complex, the coal mine safety production conditions will deteriorate further. Coal mine safety issues have become to be the biggest bottleneck of peoples livelihood and coal’s economy sustainable development. So safety work will become increasingly important in the coal industry’s balancing, sustainable development. In this paper, the risks of the safety production system of 20115 fully mechanized mining face are analyzed detailedly and scientifically in Nan Liang coal mine, based on the practical features of the fully mechanized mining face security systems, divided it into four subsystems human, machine, environment, management, carried out a detailed study of them, established a corresponding uation model, which provided some results that are more practical, accurate, and of some guiding significance for coal mine business safety management. The work and conclusions done are as follows Expounded the basic theory, involving in the process of establishing the safety assessment model, made clear the connotations and characteristics of their basic concepts, definitions, propositions, ulas; made a systematic analysis of the risks ,existing in mine fully mechanized coal face of human, equipment, environment and management systerm, studied the impact of differnt hidden dangers in-depth; established the corresponding uation index system, through studying the rules and connections between all kinds of hidden dangers and the various factors, using rough sets to determine the weights of each index, fuzzy sets for fuzzy comprehensive uation; combined the safety production actual situation of the Nan Liang 20115 fully mechanized coal face, and refered to the hazard identification and analysis table of Nan Liang coal mine Ltd. and safety ination, at last, assessed the safety production system of fully mechanized mining face with the true case, and put forward the improving measures for the safety condition of Nan Liang 20115 fully mechanized coal face with the uation result. Key wordsFully mechanized coal face Rough set Fuzzy set Fuzzy uation Thesis Application Research 1 绪论 1 1 绪论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景 新中国成立以来， 我国煤炭工业得到了飞速的发展， 它是我国国民经济的支柱产业， 对我国国民经济增长做出了重要贡献。当前，在我国能源消费结构中，煤炭所占比重接 近 70，且这种能源消费格局在未来的 3050 年内不会根本改变。但是，我国煤炭的总 体生产力水平、技术进步及管理手段等方面均与先进水平有着较大的差距[1]。2008 年我 国煤矿共发生重特大事故 38 起，死亡 707 人，同比起数增加 10 起、上升 35.7，死亡 人数增加 134 人、上升 23.4；其中 23 起重特大事故是由煤矿非法违法生产造成的， 占全部重特大事故的 60.5[2]。 随着煤炭开采强度的加剧和采掘深度的不断加深，煤矿地质条件越来越复杂，煤矿 安全生产条件将进一步恶化。我国煤炭开采深度平均每年增加 10 米，但矿压、地温、 水压、瓦斯涌出强度也都在加大，如果安全管理滞后，我国煤矿事故发生率将有可能在 一个较长时间内维持高水平态势。 2009 年 2 月 22 日 2 时 20 分， 山西焦煤集团西山煤电 公司屯兰煤矿南四采区发生特别重大瓦斯爆炸事故。通过事故现场初步勘查和分析，事 故反映出，该采区就存在着通风管理不到位、瓦斯治理不彻底、现场管理不严格、安全 措施不落实等问题[3]。 我国煤矿现代化装备水平近年取得长足进步，生产向集中化方向发展，劳动力价值 持续走高，而且随着我国加入 WTO，国际环境和社会环境更加复杂、更加敏感，大量 发生事故造成的直接和间接损失愈加巨大，煤矿安全问题已成为关系到国计民生、煤炭 经济持续发展的最大瓶颈，安全生产工作在煤炭产业的平衡、持续与发展中日显重要。 安全生产对保障国家安全、维护社会稳定将产生重要作用[1]。我国的采煤方式正处于一 个由传统的炮采和普采向综采转变的时期，从煤炭产量上看，最终，综采作业将处于主 要地位。因而，在今后的煤矿安全生产中，更为关注的是综采面的安全状况。 矿井综采面是一个由人、机器、环境、管理四个子系统所组成的空间分布极为复杂 的系统。其中有瓦斯、煤尘爆炸、突水、自然发火、顶板五大自然灾害。这些灾害在时 间、空间上都可能会随时随地的独立发生，有着一定的偶然性，但它们之间又有着一定 的联系性，存在着一定的相互影响。在煤矿安全生产过程中，影响矿井综采面安全隐患 的因素很多，且这些因素之间有着非常复杂的关系。所以，我们只有对综采面生产系统 的安全性进行系统地定量评价，准确而又有效地识别和控制危险有害因素，才能更加安 西安科技大学硕士学位论文 2 全地进行生产。 为了准确识别和有效地控制危险有害因素， 保障人们的安全和健康， 减少事故损失， 人们在不断总结事故灾害防治的成功经验和失败教训的基础上，开发了安全评价技术。 企业开展安全评价不仅可以识别生产中的危险有害因素， 并根据其危险性制定相关的安 全对策措施，而且可以提高安全管理水平。安全评价不仅是企业、生产经营单位实现科 学化、系统化安全管理的基础，也是政府安全监督管理的需要[4]。 安全评价也被称为风险评价或危险评价。目前我国在化工、冶金等领域已较为广泛 地开展了安全评价，但在煤矿方面的安全评价工作在研究深度和规模上还较为落后，对 安全评价的理论和技术研究等还不够深入，大多采用传统的理论方法，或借用其他行业 的现有技术[5]。近年来，安全评价技术在世界范围内受到广泛的重视。美国、日本、澳 大利亚、西班牙、波兰、罗马尼亚和德国等从不同角度着手研究煤矿生产系统的安全评 价技术，这些研究为推动煤矿安全评价理论、评价方法的建立和发展起到了十分重要的 作用。 从评价方法的原理与具体算法的角度分析，大多是采用传统的理论方法，或借用其 它行业的现有技术来处理煤矿的特殊问题。而生产现场大量的管理经验证明，光依靠传 统的方法和思路对于具有特殊情况的煤矿安全问题很难做到定量、有效、科学的评价。 因此，如何结合煤矿生产系统的特点，建立有效的评价理论和方法，来评价矿井生产系 统的危险程度，是一个迫切需要解决的新课题[6-7]。 1.1.2 研究意义 煤矿是以开采煤炭资源为对象和任务的工业企业， 是能够独立完成煤炭资源开采任 务的基本生产单元。它有一套完整的、独立的煤炭生产系统。因此，我们有必要根据煤 层的赋存特征和开采技术条件，建立完善的开采、运输、通风、排水、提升、动力、照 明等生产系统，制定妥善、合理的安全生产技术措施，构成一个完备的矿井生产系统， 从而保证矿井安全、合理、经济的生产[8]。 安全评价工作在煤炭行业刚刚起步，但随着安全生产法制建设的不断深入，煤矿安 全评价工作也逐步得到了普及和完善。认真开展煤矿安全评价工作，切实加大煤矿安全 投入力度，加强煤矿安全管理，是消除事故隐患，防范事故发生的一项重要举措。推动 我国煤矿安全评价工作的发展， 将对我国煤炭企业的安全管理水平及事故预防能力的提 高起到积极的促进作用。 同时， 开展煤矿安全评价， 可以扭转煤矿安全生产的被动局面， 使煤矿安全管理工作更加科学化、 制度化、 规范化， 它是实现煤矿安全生产的必由之路。 然而目前，国内外用于煤矿安全评价的研究比较少，评价方法也不多（比如安全检 查表法、事件树分析法、故障树分析法、危险指数法等） ，且主要用于瓦斯、煤尘等独 1 绪论 3 立子系统的危险评价等[6]。因此我们有必要对煤矿生产的安全状况进行系统、科学的评 价，而掘进和采煤又是矿井地下生产系统中两项重要的工作，所以本课题就是以南梁煤 矿的综采面生产系统为研究对象，对其进行全方位的分析和评价研究，做到在事故发生 之前，对可能要发生的危险进行科学地辨识、评价和预测，力争从源头上遏制事故的发 生，真正的贯彻实施“安全第一，预防为主”的安全方针。 本文拟对南梁煤矿的综采面生产系统采用粗糙集 （Rough Set， RS） 模糊集 （Fuzzy Set，FS）的混合方法（简称 RSFS 混合法）来进行分析评价，建立评价模型，并运用 实际的数据进行计算，最终在此基础上提供相应的安全评价等级。 该研究不仅能对南梁煤矿综采面的安全生产情况进行科学而合理的评价， 还能对那 些井田地质构造简单，煤层赋存稳定，采用综合机械化采煤方法的矿井，进行简单的安 全评价，即具有一定的普遍适用性和推广价值。此外，还将为煤矿企业进行安全生产管 理和生产决策，提供依据和建议，能更好地指导有关部门加强安全生产工作，减少伤亡 事故发生，有利于实现“关口前移”[9]；对加强煤矿采掘生产事故的控制、管理和预防， 提高工作效率和对突发事件的处理效率有着重要的意义； 有利于煤矿企业变事后处理为 事前预测预防，变纵向单一管理为综合管理，为煤矿现代化、信息化、管控一体化的进 一步深入研究作出了一点有益的探索。因此本课题的研究，不仅对安全事故风险管理中 的风险辨识、风险评价提出了可行性方法，并将为风险决策、风险控制环节提供依据。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 安全评价起源于三十年代美国的保险业[10]。 当时的保险业采用安全评价的目的与生 产系统的安全评价不同，但是却为后续的产业管理和评价工作指明了技术方向[6]。 1964 年美国道（Dows）化学公司开创了经典性的道火灾爆炸指数评价方法，自此 方法推出后，各国积极研究和开发，推动了该项技术的迅速发展，并在此基础上提出了 一些独具特色的安全评价方法。如英国帝国（ICI）化学公司蒙德（MOND）分公司根 据化学工业的特点，于 1976 年提出了 MOND 公司火灾、爆炸、毒性指数评价方法；同 年，日本劳动省也提出了“化学工厂六步骤安全评价法” ；前苏联提出了苏联化工过程 危险性评价法。 上述这些评价方法均为指数法， 主要是针对化工企业评价而发展起来的， 至今仍在不断的发展和完善之中。 随着航天、 航空和核工业等高技术的迅速发展， 60 年代后期， 以概率风险评价 （PRA） 为代表的系统安全评价技术得到了研究和开发。英国在 60 年代中期就建立了故障数据 库和可靠性服务咨询机构，对企业开展概率风险评价工作；1974 年美国原子能委员会 AEC完成了商用核电站危险状况的全面评价，并于 1975 年发表了Wash 1400 The 西安科技大学硕士学位论文 4 Reactor Safety Study ；1976 年，英国生产安全管理局（HAS）对工业设施进行了危险评 价；1979 年英国伦敦公司和德国法兰克福公司对荷兰的一个地区工业设施进行了评价。 此后又开发出一系列以概率论为理论基础的有特色的安全评价方法， 最常用的有可靠性 分析HRA、故障树分析FTA、事件树分析ETA、危险可操作性研究HAZOPS[11]、 初始危险分析PHA、管理失效与风险分析（MORT）等，并且相继开发了一系列的安 全评价软件。 随着现代科技的迅速发展，特别是数学方法和计算机科学技术的发展，以模糊数学 为基础的安全评价方法得到了发展和应用，并拓展了原有的方法和应用范围，如模糊故 障树分析、模糊概率法等方法及应用计算机专家系统、决策支持系统、人工神经网络技 术对生产系统进行实时、动态的安全评价等。这些新的数学方法和计算机应用技术使得 安全评价进入了更广阔的应用领域。在西方发达国家，如美国、英国、意大利和德国等， 都在安全评价领域引入新的数学方法和计算机应用技术，且在化工、核工业、环境以及 能源行业等得到了广泛的应用。 其它的安全评价方法有 R.V.罗曼尼教授提出的以韦伯尔分布确定事故平均周期、 每 天的危险率、 安全性指数法； 澳大利亚的 A.R.格林提出的煤矿操作安全评价法； 波兰 M. 费利卫皮提出的以人机为主的安全评价和灾害预测以及日本的隧道安全评价方法等。 数据库和计算机技术在生产系统安全评价工作中得到了较大范围的推广和应用，例如 1982 年英国 Technicltd 公司开发完成易燃、易爆、毒性物质评价软件包；1985 年，荷 兰的应用科学研究院开发了具有事故辨识和建模功能的 EFFECTS 定量风险分析软件 包；1989 年，意大利 STA 公司开发了 STAR 安全风险评价软件包，适用于项目的前期 评价[12]。 国外矿山安全评价主要集中在概率风险评价的基础上， 就是把矿井生产系统中危险 源导致事故的概率与发生事故所造成损害的乘积作为系统状态的危险度。 事故发生的概 率和造成的损害经过统计数据获得，但是对事故发生的概率和损害统计不够细致，缺乏 实用性，且只讨论了这些数据的模糊性问题[6]。 1.2.2 国内研究现状 20 世纪 80 年代初期，安全系统工程引入我国，受到许多大中型生产经营单位和行 业管理部门的高度重视。通过吸收、消化国外安全检查表和安全分析方法，机械、冶金、 化工、航空等行业开始应用安全分析评价方法，如安全检查表、故障树分析、故障类型 及影响分析、事件树分析、预先危险分析、危险与可操作性研究、作业条件危险性评价 等，有许多生产经营单位将安全检查表和事故树分析法应用到生产班组和操作岗位。此 外，对石油、化工等危险性较大的生产经营单位，应用道化学公司火灾、爆炸危险指数 评价方法进行了安全评价， 许多行业和地方政府有关部门制订了安全检查表和安全评价 1 绪论 5 标准[13]。安全评价是一项国家正在建立并逐步完善，旨从根本上控制、消除事故隐患， 促进安全生产的一个有效制度。它的目的是查找、分析和预测工程、系统存在的危险、 有害因素及可能导致的危险、危害后果和危害程度，提出合理可行的安全措施。指导危 险源监控和事故预防工作，以达到最低事故率、最少损失和最优的安全投资效益。 1981 年， 我国原劳动部人事部首次组织有关的科研机构和大专院校的研究人员， 开 展了对重大危险源安全评价的研究工作。之后安全评价工作在冶金、航空、机电、化工 等行业系统内逐渐展开。 1987 年原机械电子工业部首先提出了在机械行业内开展机械工 厂安全评价；1988 年 5 月 27 日，原劳动部颁发了关于生产性建设工程项目职业安全 卫生监察的暂行规定 ，首次规定了建设单位在初步设计会审前必须向劳动部门报送拟 建项目的职业安全卫生评价报告（即预评价报告） ；1991 年由原劳动部劳动保护科学研 究所等单位创造了具有我国特色的易燃、易爆、有毒重大危险源识别评价方法；2002 年 1 月 26 日，国务院颁布了危险化学品安全管理条例 ， “安全评价”这个名词首次 在我国法规中出现；2002 年 6 月 29 日， 安全生产法颁布，安全评价被写进了我国的 法律中；2003 年 3 月 31 日，国家安全生产监督管理局颁发了安全评价通则 ；2004 年 10 月 20 日，国家安全生产监督管理局颁布了安全评价机构管理规定 。 煤矿安全评价的规模、深入程度要落后于上述行业。1982 年，煤炭工业部制定并颁 发了矿井通风质量标准及检查评定办法 ，作为矿井通风安全管理部门的检查标准； 1986 年，原煤炭工业部制定了生产矿井质量标准化标准作为行业标准，后于 1994 年进行了修订，其内容包括开采、通风、运输、瓦斯、掘进，是目前煤矿使用最多的评 价标准。我国煤矿安全评价方面有了一些基础性研究，如福州大学的沈斐敏教授等在矿 井回采工作面和掘进工作面等作业系统的安全评价方面进行了比较系统的研究。 在煤矿危险源的安全评价技术中，应用最广泛的是安全检查表法。其它安全评价方 法还有类比分析、预先危险性分析（PHA） 、事故树分析（FTA） 、作业条件危险性评价 法（LEC）等。研究人员还将概率统计方法、模糊数学、神经网络和灰色控制理论等运 用到安全评价中，建立了一系列的煤矿安全评价方法，如层次分析评价法、灰色聚类评 价法、模糊综合评价法、人工神经网络评价法等，拓展了原有的方法和应用范围。但是 煤矿安全评价技术的研究与开发大部分集中在高校， 其研究内容主要集中在管理信息系 统和安全评价的基础工作上，对安全评价的理论和技术等尚不深入。因此，建立科学的 煤矿安全评价模型，全面考虑各种危害控制因素，充分发挥人对控制事故发生和事故后 果扩大的主观能动作用是十分重要的。 西安科技大学硕士学位论文 6 1.3 研究内容及技术路线 1.3.1 研究内容 本文研究的主要内容和所用方法如下 （1）通过现场调研掌握关于盘区及整个采煤工艺过程的现场资料，如破煤、装煤、 运煤、工作面支护、采空区处理以及辅助工序等的相关数据。运用统计学的方法对调研 结果进行统计分析，并从中找出各项调查结果中存在的客观规律以及它们之间的联系。 （2）通过对综采面生产事故的原因、特点以及形成过程的分析，找出造成事故的 危险源和存在危险状态的因素。 （3）仔细分析各类危险源和各个因素的特点，通过它们之间的规律及联系，建立 相应的评价指标体系， 利用粗糙集和模糊集处理不完善数据方面的互补性来建立评价模 型（粗糙集研究的是不同类中的对象组成的集合之间的关系，重在分类；模糊集研究的 是属于同一类的不同对象的隶属的关系，重在隶属的程度。 ） ，并最终对煤矿综采面的生 产系统进行危险等级评估。 （4）对评价结果进行分析，提出改进措施和建议。 在本课题的研究过程中，依据理论与实际相结合、宏观分析与微观分析相结合的原 则，采用粗糙集与模糊集优点相结合、定性与定量相结合的方法，对评价等级进行合理 分析，并提出有针对性的改进措施。 1.3.2 技术路线 （1）收集资料与文献 收集并系统地学习和研究，有关安全评价技术、危险源辨识、煤矿综采面生产、粗 糙集与模糊集的理论与应用等方面的研究文献和数据资料，同时进行初步的统计整理、 科学分析，去伪存真，去粗取精，确定本课题的理论来源和依据。 （2）确定综采面各安全评价指标的权重 根据综采面生产事故的原因、特点及形成过程，分析、确定综采面的常见危险源。 运用粗糙集重在分类的特性和南梁煤矿 20115 综采面安全生产的实际情况，选取具有代 表性的评价指标， 确定相应的条件属性集和决策属性集， 并依据粗糙集相对正域的定义， 计算出各个评价指标的重要性，归一化处理之后，得出其权重值。 （3）建立评价模型并进行实例检验 根据粗糙集计算的评价指标权重值，模糊集理论中的模糊综合评价法，建立基于粗 糙集模糊集混合方法的评价模型，并运用南梁煤矿 20115 综采面生产系统的数据进行 实例计算，对混合法的可行性进行检验，提出相应的改进措施和建议，最终，得出一种 1 绪论 7 简单而且有效的综采面生产安全评价方法。 具体的技术路线如下图 1.1 所示 图 1.1 技术路线图 文献综述，资料收集 理论知识学习与分析 建立评价指标体系 用粗糙集模糊集的混合方 法建立评价模型 结论与展望 进行安全评价，并进行危险等级划分 应用于实例 西安科技大学硕士学位论文 8 2 RS-FS 评价方法的理论基础 2.1 RS 的相关理论 2.1.1 RS 理论的起源和发展 1904 年，谓词逻辑的创始人 Frege 就提出了含糊（德文 vague）一词，并把它归结 到边界区域，即在论域上存在这样的个体对象，它既属于某个子集，也属于该子集的补 集。不少理论计算机科学家和逻辑学家以 Zadeh 提出的模糊集概念为工具，试图解决 Frege 提出的含糊概念，但由于模糊集并没有给出描述含糊概念的数学公式，因而无法 计算边界区域上的具体含糊元素的数目。1982 年波兰数学家 Pawlak 提出了粗糙集 （Rough Set）理论，粗糙集理论的基本思想是在保持分类能力不变的前提下，通过知识 约简，导出问题的决策和分类规则。该理论是一种用来刻画不确定性和不完整性的数学 工具，它能有效地分析不一致、不精确、不完整等各种不完备信息，其中通过对数据进 行分析和推理，可从中发掘隐含的知识，揭示潜在的规律[14-15]。 作为一种研究不完整、不确定信息系统分类问题的数学工具，粗糙集理论有许多特 点[16-17]，如 （1）RS 理论在数学上非常严密，有着一整套处理数据分类问题的数学方法，特别 是当数据不精确、不完整和不确定的时候。 （2）RS 理论将知识定义为不可分辨关系的族，因而，知识有着比较清晰的数学含 义，所以可很方便地用数学方法来进行分析和处理。 （3）RS 理论无需提供除问题所需处理的数据集合之外的任何先验信息如概率统 计学中所需要的概率分布，模糊集理论中所必须提供的隶属函数等。。这是和模糊理 论与证据理论的最主要区别。 （4）可发现数据中隐含的模式与关系，可对数据进行约简，评价数据的重要性， 并可从数据中产生规则。 （5）粗糙集是一种软计算方法。软计算Soft Computing的概念是由模糊集的创始 人 Zadeh 提出的。传统的计算方法即所谓的硬计算，是使用固定和精确的算法来表达和 解决问题的；而软计算的指导原则，则是利用所允许的不确定性、不精确性和部分真实 性，得到易于处理、鲁棒性强和成本较低的解决方案，以便更好地与现实系统相协调。 模糊集和概率统计方法[18-19]也是处理不确定信息的常用方法， 但这两种方法需要数 据的一些附加信息或先验知识， 如隶属函数、 基本概率指派函数及有关统计概率分布等； 而粗糙集理论仅需利用数据本身提供的信息，无需任何先验知识。因此粗糙集在机器学 2 RS-FS 评价方法的理论基础 9 习、决策分析、知识获取、数据库中的知识发现、决策支持系统、专家系统、模式识别、 归纳推理、智能控制等领域中都有着广泛的应用前景[20-22]。 希腊发展银行 ETEVA 应用粗糙集理论协助制订信贷政策，是粗糙集理论多准则决 策方法的一个成功范例；美国肯萨斯大学开发了一套基于粗糙集的经验学习系统，名为 LERS（Learning from Examples based on Rough Sets） ，它能从大量经验数据中抽取出规 则，LERS 已被美国国家航空航天管理局（NASA）的约翰逊（Johnson）空间中心采用， 作为专家系统开发工具，为“自由号”空间站上的医疗决策服务；苏丹卡同大学、马来 西亚大学和普恰大学的 M.E.Yahia、R.Mahmod 等研制的粗糙神经专家系统中提出将神 经网络作为专家知识库[23]；波兰波兹南工业大学（Poznan University of Technology）开 发的软件Rough DAS也在不少实际领域中得到应用； 加拿大Regina大学开发了KDD-R， 基于变精度粗糙集模型 （Variable Precision Rough Set, VPRS） ， 通过改变粗糙程度而使数 据中隐含的模式更清楚的显示出来。 粗糙集理论的研究主要包括理论研究和应用研究两个方面。在理论研究方面，主要 集中在数学性质研究其代数与拓扑结构、收敛性，粗糙集拓广广义粗糙集模型、连续 属性离散化，与其他不确定方法的关系和互补与模糊集理论、神经网络等方面；在应 用研究方面， 主要集中在研究粗糙集理论在数据挖掘或知识发现过程中的使用方法及应 用效果。 我国在粗糙集领域的研究起步较晚， 目前很多研究所和高校都己经加入到这个领域 中，并取得了一定的成果。近年来，粗糙集与其他软计算方法的结合，使得粗糙集的数 据发掘能力得到了进一步提高。从 1993 年得到国际承认至今虽然只有短短十来年的时 间，但它还在许多领域得到了成功的应用，如模式识别、灾害预报、冲突分析、数据发 掘、工业控制、医疗诊断、专家系统、人工神经网络、决策分析、机械故障诊断、材料 科学、财政预算、股市分析等领域。近年来，又出现了粗糙集的新的应用领域，如粗糙 控制、信号和图像处理、粗糙数据库、粗糙信息查询、粗糙神经网络等。在煤矿安全评 价方面应用的主要有人工神经网络、粗糙神经网络。 综上所述，粗糙集理论是处理不确定和不精确数据的一种新方法，是计算机科学和 信息科学研究的新领域[24]。 2.1.2 RS 的相关基本概念 人类的分类能力是对人类和其他物种、事物的认识能力，是一种知识。即从认知科 学的观点来理解知识，知识就是基于对对象的分类能力，知识就是直接与真实或抽象世 界有关的分类模式联系在一起，我们将其称为论域U。 设给定一个感兴趣的对象论域U，我们将对于任何子集UX 可称为一个U的概 念或范畴，U的任何概念族称为U的抽象知识，简称知识。 西安科技大学硕士学位论文 10 关于U的一个划分定义为 12 {,,,} n XXX 其中 i XU, i X   , ij XX ，ji ，nji, 2 , 1,，UXi n i    1 。U上的一族 划分称为关于U的一个知识库。 设R是U上的一个等价关系，U R表示R的所有等价类，或U上的划分构成的集 合，{ }RX表示包含元素X（XU）的R等价类。 一个知识库就是一个关系系统,RUK， 其中U为非空有限集， 是论域，R是U上 的一族等价关系。 若PR且P  ，则P（P中所有等价关系的交集）也是一个等价关系，将其 称为P上不可区分关系（indiscernibility） ，记作为 IND P， IND PP ，且有 [][ ] IND PH H P Xx  。 / U IND P即表示等价关系 IND P的所有等价类表示等价关系族P相关的知识， 称为K中关于U的P基本知识 （即P基本集） 。 简单地， 用U P表示 U IND P， IND P 的等价类称为知识P的基本概念或基本范畴。 特别地， 如果QR， 则称Q为K中关于U 的Q初等知识，Q的等价类为知识R的Q初等概念或Q的初等范畴。 下面从信息系统出发，引入RS（Rough Set）理论的主要概念和定义。 定义2.1.2.1（信息系统）信息系统是有序对 , SU A，其中U表示非空有限集合， 称其为全域。ACD，CD ，C表示条件属性集，D表示决策属性集。D一般 只有一个属性。全域U的元素被称为对象或者实例。 定义2.1.2.2（知识库）知识库 , KU R，R是论域U上的等价关系族。 定义2.1.2.3（不可区分关系）R的非空子集P上的不可区分关系表示为 ind P。称 U ind P为 , KU R关于论域U的P基本知识。称 [ ]ind Px为P的基本概念。其中 { }ind Kind PPR 。 定义2.1.2.4（上近似、下近似）给定知识库 , KU R，X  且XU，一个等 价 关 系Rind K。 称  RXYU R YX 为X关 于R的 下 近 似 。 称  RXYU R YX  为X关于R的上近似。 定义2.1.2.5（粗糙集）若RXRX则X为R粗糙集。否则称X为R精确集。 此外，称集合 R bnXRXRX为R的边界域；称 R posXRX为X的R正域； 2 RS-FS 评价方法的理论基础 11 称 R negXURX为X的R负域。 RX或 R posX是由那些根据知识R判断肯定属于X的U中的元素所组成的集合； RX是由那些根据知识R判断可能属于X的U中的元素所组成的集合； R bnX是由那 些根据知识R既不能判断肯定属于X又不能判断肯定属于XUX的U中的元素 所组成的集合。 一个对象a是否属于集合X需要根据现有的知识来判断， 往往可分为三种情况（1） 对象a肯定属于集合X； （2）对象a肯定不属于集合X； （3）对象a可能属于也可能不 属于集合X。集合的划分密切依赖于我们所掌握的关于论域的知识，是相对的而不是绝 对的。 集合的不确定性是由于边界域的存在而引起的， 往往边界域越大， 其精确性就越低， 因而就引入了精度的概念。由等价关系R定义的非空集合X的近似精度为  R XRXRX，集合X的R粗糙度为1 RR XX 。 定义2.1.2.6（重要性）设R是一族等价关系，rR，如果  ind Rind Rr， 则称r为R不必要的；否则将称r为R必要的。如果每一个rR都为R必要的，则称R 为独立的；否则就称R为依赖的。 定义2.1.2.7（约简）设QP，如果Q是独立的，且  ind Qind P，我们则称Q 为P的一个约简。 显然P可以