三次指数平滑法在煤矿事故预测中的应用研究

第8卷第4期2012年4月中国安全生产科学技术JournalofSafetyScienceandTechnologyVol．8No．4April2012

193X(2012)－04－0103－04文章编号:1673-

三次指数平滑法在煤矿事故预测中的应用研究

朱庆明，张

摘

*

浩

(安徽工业大学建筑工程学院，马鞍山243032)

要:随着我国煤炭工业的快速发展，煤矿事故频繁发生，安全生产形势依然严峻。针对煤矿事

故的特点，根据我国1992－2011年煤矿事故死亡人数的统计数据，运用指数平滑法中的三次指数2013年的煤矿事故情况。结果表明，平滑法，建立煤矿事故预测模型，预测2012年、三次指数平滑法预测模型符合煤矿事故的特点，预测精度较高，适用于短期预测。由此可见，三次指数平滑法预测模型可对煤矿事故进行科学的预测与分析，为煤矿企业的安全管理提供依据，以最大限度地减少煤矿事故的发生。

关键词:煤矿事故;预测;三次指数平滑法;事故预测中图分类号:X928．03

文献标识码:A

Studyontheapplicationofcubicexponentialsmoothingmethodin

coalmineaccidentsforecasting

ZHUQing-ming，ZHANGHao

(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，AnhuiUniversityofTechnology，Maanshan243032，China)

Abstract:WiththerapiddevelopmentofcoalindustryinChina，coalmineaccidentshaveoccurredfrequently，andtheproductionsafetysituationremainsgrim．Aimingatthecharacteristicsofcoalmineaccidents，accordingtothestatisticaldataofdeathtollofcoalmineaccidentsinChinafrom1991to2010，andusingthemethodofcubicexpo-nentialsmoothing，wereforeastedacoalmineaccidentsforecastingmodelwasestablishedandthecoalmineaccidentssituationof2011and2012.Theresultsshowedthatthecubicexponentialsmoothingmethodmodelwasconsistentwiththecharacteristicsofcoalmineaccidents，haveahighprecision，andcouldbeusedforshort-termforecasting．Thus，thecubicexponentialsmoothingmethodmodelcanbeusedtodevelopscientificforecastingandanalysisofcoalmineaccidentsandprovidingbasesforthesafetymanagementofcoalminestominimizecoalmineaccidents．Keywords:coalmineaccidents;forecasting;cubicexponentialsmoothingmethod;accidentforecasting煤矿的生产条件十分复杂，受很多因素的影响，如瓦斯、水、地质、顶板等。安全是煤矿生产的生命线，中国煤矿安全生产形势的严峻性已使得对煤矿安全问题的研究成为摆在我们面前的一个重大历史

收稿日期:2011－09－14作者简介:朱庆明，硕士。

*基金项目:安徽高校省级科学研究项目(编号:

KJ2012Z025)

性课题。国内的许多学者针对我国严峻的煤矿安全

生产形势进行了大量的分析和研究，提出和总结了多种理论与方法

［1-2］

。

事故预测是对系统未来的安全状况进行预报和测算，事故预测与辨识、安全分析与评价、安全管理

［3］

与决策一直是系统安全工程研究的主干线。通过对煤矿的事故数据进行统计分析，可以了解煤矿

在各个时期的安全状况，宏观地分析伤亡事故发生的原因，掌握伤亡事故发生的规律和趋势，从而找到

·104·中国安全生产科学技术

at=3S(t1)－3S(t2)+S(t3)bt=

第8卷

今后安全工作中应主要解决的问题，为制定广泛的

［4］

对我国煤矿事故预防事故措施提供依据。因此，的预测模型进行研究具有一定的实用意义。

1煤矿事故统计指标

α

(6－5α)S(t1)－2(5－4α)S(t2)+

2(1－α)

(4－3α)S(t3)］

2

事故统计是对安全形势的综合评价，是对安全生产监督管理工作的客观反映，是安全生产监督管理工作决策的依据

［5］

α

S(t1)－2S(t2)+S(t3)］22(1－α)

平滑值分别为:ct=

1)

S(t1)=α×Yt+(1－α)×S(t－12)S(t2)=α×S(t1)+(1－α)×S(t－1

3)S(t3)=α×S(t2)+(1－α)S(t－1三次指数平滑法与一次、二次指数平滑法相比

。

煤矿事故的统计分析，就是应用统计的方法来

研究煤矿伤亡事故的发生规律。它是通过合理的收集与事故有关的资料和数据，对大量数据的特征进

从而掌握这些现象的发生规律，为事行分析和推断，

故预防工作指明方向。为了衡量煤矿企业的安全状

况，事故造成的伤亡人数的绝对数字是我国目前主要使用的煤矿事故统计指标之一。

要复杂很多，但它们修正预测值的目的是相同的，从

而使其能跟踪时序的发展，三次指数平滑能够跟踪时序的非线性变化趋势。

2预测模型

3

3.1

死亡人数三次指数平滑法预测

预测目的

指数平滑法具有使用方便、操作简单等特点，近

［6-9］

。结合近年年来被广泛的应用于许多研究领域

来我国煤矿事故非线性变化的特点，可以对不同的

年份取不同的权重，采用“重近轻远”的策略，使其跟踪时序的变化。三次指数平滑是在二次平滑值的

可以用它来估算二次多基础上又进行了一次平滑，项式的参数值，建立的模型为:

^t+m=at+btm+ctm2y

该模型是非线性的，它类似于二次多项式相，能够较好的显现时序的变化趋势，经常用于预测非线性变化时序的发展状况。三次指数平滑法的预测参数分别由下式计算得出:

表1

年份[***********]96

死亡人数[***********]04

年份[***********]01

指数平滑法只需要历史数据资料，是一种比较

［6-9］

。虽简单易行、能快速地获得结果的预测方法然指数平滑法在数据有趋势发展时存在预测数据滞

后现象，但对于事故短期预测来说仍然具有一定的实用价值。通过预测，可以明晰事故发展规律，提出相关措施，为我国政府管理部门宏观管理和制定安全生产规划提供科学决策。3.2预测过程

根据我国煤矿事故的统计数据，应用三次指数

2013两年的年煤矿事故平滑预测方法，预测2012，死亡人数。

1992－2011年我国煤矿事故死亡人数死亡人数

[***********]50

年份[***********]06

死亡人数[***********]46

年份[***********]11

死亡人数[***********]73

应用三次指数平滑法进行预测必须首先估算初始值(1)(2)(3)S0、S0、S0。由于本次收集的煤矿事故死亡人数资料只有20年(见表1)，不能够忽略初始平滑值对预测值的正常影响，经过反复试算，可以采用取前

三个数据的平均值作为平滑初始值，即:

x1+x2+x3(1)(2)(3)

S0=S0=S0=

3

(1)(2)(3)

代入数据可得:S0=S0=S0=5223.7

第4期中国安全生产科学技术·105·

从图1中可以看出，预测所需的原始数据即煤矿事故死亡人数变化较大，故将平滑指数取较大的值，以便将近期的变化趋势充分考虑在内，经过多次反复计算，确定将取平滑指数α=0.45进行预测。根据前面介绍，布朗三次指数平滑法不是以平滑值直接作为预测值，而是为建立模型所用。布朗三次指数平滑是对二次平滑值再进行一次平滑，并用来估计二次多项式参数。布朗三次指数平滑法和二次指数平滑法都是在一次指数平滑法基础上进行的。由以上公式计算煤矿事故死亡人数所需各项参数，计算结果见三次指数平滑法预测计算表(表2)

。

表2

年代初始值[***********][***********][***********][***********][**************]3

死亡人数[***********][***********][***********][***********]24331973

一次指数平滑式57475384．755338．96256093．629386225．646166305．905396507．097966339．203885969．662135892．414176323．32786625．580296539．369166308．803046123．041675503．372924730．555114049．905313411．397922971．118862521．96537

二次指数平滑式57475583．98755473．726255752．682665965．516236118．691356293．474336314．052626159．07696039．078686166．990786373．356066448．061956385．395446267．336245923．552755386．703814785．144484166．958533628．830683130．74129

三次指数平滑法预测计算表三次指数平滑式57475673．64445583．68125659．73195797．33485941．94536100．13336196．3976179．6036116．3676139．14776244．54156336．12576358．29716317．36476140．14935801．09885343．91944814．2874280．83173763．291

a值

b值

c值

预测值(取整数)

图11992－2011我国煤矿事故死亡人数趋势图

5075．9325179．396682．5726577．7256503．5876741．0046271．8515611．3595676．3746608．1597001．2146610．0476128．525884．4814879．613832．6533138．2022547．6052307．6961936．963－208．452－87．5387422．2762216．73995．59452118．1189－88．9651－268．327－141．209209．6508247．288218．72447－146．877－167．126－409．784－557．35－522．161－457．336－302．161－248．176－36．6778－8．3037783．006930．776163．5037356．788822－30．9622－56．5289－23．220943．0083141．30653－6．90477－34．7064－31．5519－68．1415－80．9176－59．0645－36．2265－1．911487．95734

[***********][***********][***********][1**********]472

(1)(2)

S2011=3130.74129，经计算:S2011=2521.96537，(3)

S2011=3763.291

^2012=1696.744≈1697，^2013=1472.44≈1472yy1997－2011年的预测值分别由该年份之前数

据取T=1计算。3.3

预测结果分析从图2可以看出，针对我国煤矿事故死亡人数

a2011=1936.963，b2011==7.95734

－248.176，c2011

^2011+T=1936.963－248.176T+所以，y

T=2代入可得2012、20137.95734T2，分别将T=1，

年的死亡人数预测值:

进行的布朗三次指数平滑法预测精度较高，预测值

2009和2011年的预测值与原值基本符合。2008、

·106·中国安全生产科学技术

参考文献

第8卷

2.84%和1．与实际值的相对误差分别为0.78%、

55%，所以应用这种方法进行事故死亡人数预测合理可行。可以通过进行这种预测，预报未来短期内的事故发展趋势，为决策者提供决策依据。对2012年和2013年煤矿事故死亡人数的预测结果来看，死亡人数继续保持下降趋势，但从绝对数字上来看，数量仍然很大，形势依旧严峻。针对这种形势，需要继续采取多方面的措施，以实现最大程度的煤矿生产安全

。

图2死亡人数原值与预测值对比图

4结论

安全是煤炭行业永恒的主题，针对我国煤矿事故频发、人员伤亡严重等现状，采用事故统计分析和预测是保障煤矿安全生产、进行事故预防的有效手段之一。对我国煤矿事故进行统计分析和预测，对指导我国煤矿事故预防工作有一定实用性，论文研究的主要结论有:

(1)提出了将三次指数平滑法预测模型应用于事故预测的方法。结合我国煤矿安全生产工作的实际情况和事故特性，较为系统地研究和探讨了事故预测的理论。

(2)基于汇总统计的煤矿事故数据，应用布朗三次指数平滑法对我国煤矿事故的事故死亡总人数进行事故预测，预测了我国煤矿的未来安全形势。布朗三次指数平滑法预测精度较高，适用于短期预测。

(3)三次指数平滑法应用于煤矿事故的预测，符合煤矿事故的特点，对煤矿事故进行科学的预测与分析，为安全管理提供依据，以最大限度地减少事故的发生。

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第8卷第4期2012年4月中国安全生产科学技术JournalofSafetyScienceandTechnologyVol．8No．4April2012

193X(2012)－04－0103－04文章编号:1673-

三次指数平滑法在煤矿事故预测中的应用研究

朱庆明，张

摘

*

浩

(安徽工业大学建筑工程学院，马鞍山243032)

要:随着我国煤炭工业的快速发展，煤矿事故频繁发生，安全生产形势依然严峻。针对煤矿事

故的特点，根据我国1992－2011年煤矿事故死亡人数的统计数据，运用指数平滑法中的三次指数2013年的煤矿事故情况。结果表明，平滑法，建立煤矿事故预测模型，预测2012年、三次指数平滑法预测模型符合煤矿事故的特点，预测精度较高，适用于短期预测。由此可见，三次指数平滑法预测模型可对煤矿事故进行科学的预测与分析，为煤矿企业的安全管理提供依据，以最大限度地减少煤矿事故的发生。

关键词:煤矿事故;预测;三次指数平滑法;事故预测中图分类号:X928．03

文献标识码:A

Studyontheapplicationofcubicexponentialsmoothingmethodin

coalmineaccidentsforecasting

ZHUQing-ming，ZHANGHao

(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，AnhuiUniversityofTechnology，Maanshan243032，China)

Abstract:WiththerapiddevelopmentofcoalindustryinChina，coalmineaccidentshaveoccurredfrequently，andtheproductionsafetysituationremainsgrim．Aimingatthecharacteristicsofcoalmineaccidents，accordingtothestatisticaldataofdeathtollofcoalmineaccidentsinChinafrom1991to2010，andusingthemethodofcubicexpo-nentialsmoothing，wereforeastedacoalmineaccidentsforecastingmodelwasestablishedandthecoalmineaccidentssituationof2011and2012.Theresultsshowedthatthecubicexponentialsmoothingmethodmodelwasconsistentwiththecharacteristicsofcoalmineaccidents，haveahighprecision，andcouldbeusedforshort-termforecasting．Thus，thecubicexponentialsmoothingmethodmodelcanbeusedtodevelopscientificforecastingandanalysisofcoalmineaccidentsandprovidingbasesforthesafetymanagementofcoalminestominimizecoalmineaccidents．Keywords:coalmineaccidents;forecasting;cubicexponentialsmoothingmethod;accidentforecasting煤矿的生产条件十分复杂，受很多因素的影响，如瓦斯、水、地质、顶板等。安全是煤矿生产的生命线，中国煤矿安全生产形势的严峻性已使得对煤矿安全问题的研究成为摆在我们面前的一个重大历史

收稿日期:2011－09－14作者简介:朱庆明，硕士。

*基金项目:安徽高校省级科学研究项目(编号:

KJ2012Z025)

性课题。国内的许多学者针对我国严峻的煤矿安全

生产形势进行了大量的分析和研究，提出和总结了多种理论与方法

［1-2］

。

事故预测是对系统未来的安全状况进行预报和测算，事故预测与辨识、安全分析与评价、安全管理

［3］

与决策一直是系统安全工程研究的主干线。通过对煤矿的事故数据进行统计分析，可以了解煤矿

在各个时期的安全状况，宏观地分析伤亡事故发生的原因，掌握伤亡事故发生的规律和趋势，从而找到

·104·中国安全生产科学技术

at=3S(t1)－3S(t2)+S(t3)bt=

第8卷

今后安全工作中应主要解决的问题，为制定广泛的

［4］

对我国煤矿事故预防事故措施提供依据。因此，的预测模型进行研究具有一定的实用意义。

1煤矿事故统计指标

α

(6－5α)S(t1)－2(5－4α)S(t2)+

2(1－α)

(4－3α)S(t3)］

2

事故统计是对安全形势的综合评价，是对安全生产监督管理工作的客观反映，是安全生产监督管理工作决策的依据

［5］

α

S(t1)－2S(t2)+S(t3)］22(1－α)

平滑值分别为:ct=

1)

S(t1)=α×Yt+(1－α)×S(t－12)S(t2)=α×S(t1)+(1－α)×S(t－1

3)S(t3)=α×S(t2)+(1－α)S(t－1三次指数平滑法与一次、二次指数平滑法相比

。

煤矿事故的统计分析，就是应用统计的方法来

研究煤矿伤亡事故的发生规律。它是通过合理的收集与事故有关的资料和数据，对大量数据的特征进

从而掌握这些现象的发生规律，为事行分析和推断，

故预防工作指明方向。为了衡量煤矿企业的安全状

况，事故造成的伤亡人数的绝对数字是我国目前主要使用的煤矿事故统计指标之一。

要复杂很多，但它们修正预测值的目的是相同的，从

而使其能跟踪时序的发展，三次指数平滑能够跟踪时序的非线性变化趋势。

2预测模型

3

3.1

死亡人数三次指数平滑法预测

预测目的

指数平滑法具有使用方便、操作简单等特点，近

［6-9］

。结合近年年来被广泛的应用于许多研究领域

来我国煤矿事故非线性变化的特点，可以对不同的

年份取不同的权重，采用“重近轻远”的策略，使其跟踪时序的变化。三次指数平滑是在二次平滑值的

可以用它来估算二次多基础上又进行了一次平滑，项式的参数值，建立的模型为:

^t+m=at+btm+ctm2y

该模型是非线性的，它类似于二次多项式相，能够较好的显现时序的变化趋势，经常用于预测非线性变化时序的发展状况。三次指数平滑法的预测参数分别由下式计算得出:

表1

年份[***********]96

死亡人数[***********]04

年份[***********]01

指数平滑法只需要历史数据资料，是一种比较

［6-9］

。虽简单易行、能快速地获得结果的预测方法然指数平滑法在数据有趋势发展时存在预测数据滞

后现象，但对于事故短期预测来说仍然具有一定的实用价值。通过预测，可以明晰事故发展规律，提出相关措施，为我国政府管理部门宏观管理和制定安全生产规划提供科学决策。3.2预测过程

根据我国煤矿事故的统计数据，应用三次指数

2013两年的年煤矿事故平滑预测方法，预测2012，死亡人数。

1992－2011年我国煤矿事故死亡人数死亡人数

[***********]50

年份[***********]06

死亡人数[***********]46

年份[***********]11

死亡人数[***********]73

应用三次指数平滑法进行预测必须首先估算初始值(1)(2)(3)S0、S0、S0。由于本次收集的煤矿事故死亡人数资料只有20年(见表1)，不能够忽略初始平滑值对预测值的正常影响，经过反复试算，可以采用取前

三个数据的平均值作为平滑初始值，即:

x1+x2+x3(1)(2)(3)

S0=S0=S0=

3

(1)(2)(3)

代入数据可得:S0=S0=S0=5223.7

第4期中国安全生产科学技术·105·

从图1中可以看出，预测所需的原始数据即煤矿事故死亡人数变化较大，故将平滑指数取较大的值，以便将近期的变化趋势充分考虑在内，经过多次反复计算，确定将取平滑指数α=0.45进行预测。根据前面介绍，布朗三次指数平滑法不是以平滑值直接作为预测值，而是为建立模型所用。布朗三次指数平滑是对二次平滑值再进行一次平滑，并用来估计二次多项式参数。布朗三次指数平滑法和二次指数平滑法都是在一次指数平滑法基础上进行的。由以上公式计算煤矿事故死亡人数所需各项参数，计算结果见三次指数平滑法预测计算表(表2)

。

表2

年代初始值[***********][***********][***********][***********][**************]3

死亡人数[***********][***********][***********][***********]24331973

一次指数平滑式57475384．755338．96256093．629386225．646166305．905396507．097966339．203885969．662135892．414176323．32786625．580296539．369166308．803046123．041675503．372924730．555114049．905313411．397922971．118862521．96537

二次指数平滑式57475583．98755473．726255752．682665965．516236118．691356293．474336314．052626159．07696039．078686166．990786373．356066448．061956385．395446267．336245923．552755386．703814785．144484166．958533628．830683130．74129

三次指数平滑法预测计算表三次指数平滑式57475673．64445583．68125659．73195797．33485941．94536100．13336196．3976179．6036116．3676139．14776244．54156336．12576358．29716317．36476140．14935801．09885343．91944814．2874280．83173763．291

a值

b值

c值

预测值(取整数)

图11992－2011我国煤矿事故死亡人数趋势图

5075．9325179．396682．5726577．7256503．5876741．0046271．8515611．3595676．3746608．1597001．2146610．0476128．525884．4814879．613832．6533138．2022547．6052307．6961936．963－208．452－87．5387422．2762216．73995．59452118．1189－88．9651－268．327－141．209209．6508247．288218．72447－146．877－167．126－409．784－557．35－522．161－457．336－302．161－248．176－36．6778－8．3037783．006930．776163．5037356．788822－30．9622－56．5289－23．220943．0083141．30653－6．90477－34．7064－31．5519－68．1415－80．9176－59．0645－36．2265－1．911487．95734

[***********][***********][***********][1**********]472

(1)(2)

S2011=3130.74129，经计算:S2011=2521.96537，(3)

S2011=3763.291

^2012=1696.744≈1697，^2013=1472.44≈1472yy1997－2011年的预测值分别由该年份之前数

据取T=1计算。3.3

预测结果分析从图2可以看出，针对我国煤矿事故死亡人数

a2011=1936.963，b2011==7.95734

－248.176，c2011

^2011+T=1936.963－248.176T+所以，y

T=2代入可得2012、20137.95734T2，分别将T=1，

年的死亡人数预测值:

进行的布朗三次指数平滑法预测精度较高，预测值

2009和2011年的预测值与原值基本符合。2008、

·106·中国安全生产科学技术

参考文献

第8卷

2.84%和1．与实际值的相对误差分别为0.78%、

55%，所以应用这种方法进行事故死亡人数预测合理可行。可以通过进行这种预测，预报未来短期内的事故发展趋势，为决策者提供决策依据。对2012年和2013年煤矿事故死亡人数的预测结果来看，死亡人数继续保持下降趋势，但从绝对数字上来看，数量仍然很大，形势依旧严峻。针对这种形势，需要继续采取多方面的措施，以实现最大程度的煤矿生产安全

。

图2死亡人数原值与预测值对比图

4结论

安全是煤炭行业永恒的主题，针对我国煤矿事故频发、人员伤亡严重等现状，采用事故统计分析和预测是保障煤矿安全生产、进行事故预防的有效手段之一。对我国煤矿事故进行统计分析和预测，对指导我国煤矿事故预防工作有一定实用性，论文研究的主要结论有:

(1)提出了将三次指数平滑法预测模型应用于事故预测的方法。结合我国煤矿安全生产工作的实际情况和事故特性，较为系统地研究和探讨了事故预测的理论。

(2)基于汇总统计的煤矿事故数据，应用布朗三次指数平滑法对我国煤矿事故的事故死亡总人数进行事故预测，预测了我国煤矿的未来安全形势。布朗三次指数平滑法预测精度较高，适用于短期预测。

(3)三次指数平滑法应用于煤矿事故的预测，符合煤矿事故的特点，对煤矿事故进行科学的预测与分析，为安全管理提供依据，以最大限度地减少事故的发生。

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