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第四章系统安全预测技术本讲稿第一页，共二十四页第一节、预测的种类及基本原理第一节、预测的种类及基本原理一、预测的种类一、预测的种类1.按预测对象的范围分：按预测对象的范围分：vv宏观预测：生产行业、地区、集团公司的安全状况宏观预测：生产行业、地区、集团公司的安全状况vv微观预测：生产单位的生产系统、子系统安全状况微观预测：生产单位的生产系统、子系统安全状况2.按时间长短分：按时间长短分：vv长（远）期预测安全管理的重大决策提供依据长（远）期预测安全管理的重大决策提供依据vv中期预测（中期预测（15年）制定五年计划和任务的依据年）制定五年计划和任务的依据vv短期预测（一年）制定年度计划、季度计划等。短期预测（一年）制定年度计划、季度计划等。本讲稿第二页，共二十四页二、预测的基本原理二、预测的基本原理1.系统工程原则系统工程原则vv因此从系统的观点出发考虑系统安全预测问题，并把系因此从系统的观点出发考虑系统安全预测问题，并把系因此从系统的观点出发考虑系统安全预测问题，并把系因此从系统的观点出发考虑系统安全预测问题，并把系统中影响安全的因素用集合性、相关性和阶层性协调起统中影响安全的因素用集合性、相关性和阶层性协调起统中影响安全的因素用集合性、相关性和阶层性协调起统中影响安全的因素用集合性、相关性和阶层性协调起来；来；来；来；2.类推和推断原则类推和推断原则vv用先导事件的发展规律预测迟发事件的发展趋势用先导事件的发展规律预测迟发事件的发展趋势用先导事件的发展规律预测迟发事件的发展趋势用先导事件的发展规律预测迟发事件的发展趋势3.惯性原理惯性原理vv根据事物发展的延续性，推断系统未来发展趋势。根据事物发展的延续性，推断系统未来发展趋势。根据事物发展的延续性，推断系统未来发展趋势。根据事物发展的延续性，推断系统未来发展趋势。本讲稿第三页，共二十四页三、预测的程序三、预测的程序确定预测目的、确定预测目的、确定预测目的、确定预测目的、计划、时间计划、时间计划、时间计划、时间收集资料、收集资料、收集资料、收集资料、检验现有资料检验现有资料检验现有资料检验现有资料选择预测方法、选择预测方法、选择预测方法、选择预测方法、建立预测模型、建立预测模型、建立预测模型、建立预测模型、进行推测或计算进行推测或计算进行推测或计算进行推测或计算预测结果的鉴预测结果的鉴预测结果的鉴预测结果的鉴定、修正预测定、修正预测定、修正预测定、修正预测结果结果结果结果确定预测目标和任务确定预测目标和任务确定预测目标和任务确定预测目标和任务输入信息输入信息输入信息输入信息预测处理预测处理预测处理预测处理输出结果输出结果输出结果输出结果本讲稿第四页，共二十四页第二节预测方法第二节预测方法预测方法从大体上分为三种：预测方法从大体上分为三种：vv经验推断预测法经验推断预测法：头脑风暴法、特尔斐法、主：头脑风暴法、特尔斐法、主观概率法、试验预测法、形态分析法等观概率法、试验预测法、形态分析法等vv时间序列预测法时间序列预测法：滑动平均法、指数滑动平均：滑动平均法、指数滑动平均法、周期变动分析法、线性趋势分析法等法、周期变动分析法、线性趋势分析法等vv计量模型预测法计量模型预测法：回归分析法、马尔柯夫链预：回归分析法、马尔柯夫链预测法、灰色预测法、投入产出分析法等测法、灰色预测法、投入产出分析法等本讲稿第五页，共二十四页一、经验推断预测法一、经验推断预测法vv利用直观材料，靠人的经验知识和综合分利用直观材料，靠人的经验知识和综合分析能力，对客观事物的未来状态做出估计析能力，对客观事物的未来状态做出估计和设想。和设想。本讲稿第六页，共二十四页特尔斐预测法特尔斐预测法vv它是第二次世界大战后发展起来的一种直观预测法，是美国兰德它是第二次世界大战后发展起来的一种直观预测法，是美国兰德它是第二次世界大战后发展起来的一种直观预测法，是美国兰德它是第二次世界大战后发展起来的一种直观预测法，是美国兰德公司于公司于公司于公司于2020世纪世纪世纪世纪4040年代发明并首先用于技术预测的。年代发明并首先用于技术预测的。年代发明并首先用于技术预测的。年代发明并首先用于技术预测的。vv即可用于科技预测、也可用于社会、经济预测；即可用于短期、即可用于科技预测、也可用于社会、经济预测；即可用于短期、即可用于科技预测、也可用于社会、经济预测；即可用于短期、即可用于科技预测、也可用于社会、经济预测；即可用于短期、也可用于长期预测。也可用于长期预测。也可用于长期预测。也可用于长期预测。vv它能对大量非技术性的无法定量分析的因素作出概率估算，并将它能对大量非技术性的无法定量分析的因素作出概率估算，并将它能对大量非技术性的无法定量分析的因素作出概率估算，并将它能对大量非技术性的无法定量分析的因素作出概率估算，并将概率估算结果告诉专家，充分发挥信息反馈和信息控制的作用，概率估算结果告诉专家，充分发挥信息反馈和信息控制的作用，概率估算结果告诉专家，充分发挥信息反馈和信息控制的作用，概率估算结果告诉专家，充分发挥信息反馈和信息控制的作用，使分散的评估意见逐次收敛，最后集中在协调一致的评估结果上，使分散的评估意见逐次收敛，最后集中在协调一致的评估结果上，使分散的评估意见逐次收敛，最后集中在协调一致的评估结果上，使分散的评估意见逐次收敛，最后集中在协调一致的评估结果上，可信度较高，在国外得到广泛应用。可信度较高，在国外得到广泛应用。可信度较高，在国外得到广泛应用。可信度较高，在国外得到广泛应用。本讲稿第七页，共二十四页vv利用专家的知识、经验、智慧等无法数量利用专家的知识、经验、智慧等无法数量化而带来很大数量化模糊性的信息，通过化而带来很大数量化模糊性的信息，通过通信的方式进行信息交换，逐步取得较一通信的方式进行信息交换，逐步取得较一致的意见，达到预测的目的。致的意见，达到预测的目的。1、特尔斐预测法的基本程序、特尔斐预测法的基本程序特尔斐预测法实质特尔斐预测法实质本讲稿第八页，共二十四页确定研究课题，成立管理小组确定研究课题，成立管理小组确定研究课题，成立管理小组确定研究课题，成立管理小组设计预测程序设计预测程序设计预测程序设计预测程序向专家寄出邀请信：向专家寄出邀请信：向专家寄出邀请信：向专家寄出邀请信：说明特尔斐程序题说明特尔斐程序题说明特尔斐程序题说明特尔斐程序题说明预测的课题说明预测的课题说明预测的课题说明预测的课题邀请参加预测邀请参加预测邀请参加预测邀请参加预测第一轮征询表：第一轮征询表：第一轮征询表：第一轮征询表：说明对应答者的要求说明对应答者的要求说明对应答者的要求说明对应答者的要求提供背景资料提供背景资料提供背景资料提供背景资料第一轮征询问题第一轮征询问题第一轮征询问题第一轮征询问题对第一轮答复进行汇总整理对第一轮答复进行汇总整理对第一轮答复进行汇总整理对第一轮答复进行汇总整理考虑是否同意参加预测，考虑是否同意参加预测，考虑是否同意参加预测，考虑是否同意参加预测，若同意则答复并提出建议若同意则答复并提出建议若同意则答复并提出建议若同意则答复并提出建议同意同意同意同意了解背景资料，了解背景资料，了解背景资料，了解背景资料，答复第一轮问题答复第一轮问题答复第一轮问题答复第一轮问题同意同意同意同意本讲稿第九页，共二十四页对第三轮答复作出汇总对第三轮答复作出汇总对第三轮答复作出汇总对第三轮答复作出汇总考察答复的变化与收敛考察答复的变化与收敛考察答复的变化与收敛考察答复的变化与收敛整理预测结果写出预测报告书整理预测结果写出预测报告书整理预测结果写出预测报告书整理预测结果写出预测报告书第二轮征询表第二轮征询表第二轮征询表第二轮征询表第一轮答复的分布第一轮答复的分布第一轮答复的分布第一轮答复的分布第二轮征询问题第二轮征询问题第二轮征询问题第二轮征询问题请求陈述理由的问题请求陈述理由的问题请求陈述理由的问题请求陈述理由的问题第三轮征询表：第三轮征询表：第三轮征询表：第三轮征询表：第二轮答复的分布和变化第二轮答复的分布和变化第二轮答复的分布和变化第二轮答复的分布和变化补充材料和专家提供的理由补充材料和专家提供的理由补充材料和专家提供的理由补充材料和专家提供的理由第三轮征询的问题第三轮征询的问题第三轮征询的问题第三轮征询的问题考察对第二轮答复的变化与收敛考察对第二轮答复的变化与收敛考察对第二轮答复的变化与收敛考察对第二轮答复的变化与收敛了解反馈信息和问题，了解反馈信息和问题，了解反馈信息和问题，了解反馈信息和问题，答复第二轮征询表答复第二轮征询表答复第二轮征询表答复第二轮征询表反馈反馈反馈反馈了解反馈信息和问题，了解反馈信息和问题，了解反馈信息和问题，了解反馈信息和问题，答复第三轮征询表答复第三轮征询表答复第三轮征询表答复第三轮征询表反馈反馈反馈反馈输出输出输出输出了解预测结果了解预测结果了解预测结果了解预测结果本讲稿第十页，共二十四页2、专家意见的统计处理、专家意见的统计处理vv数量和时间的处理数量和时间的处理 常用中位数和上下四分位点的方法，处理常用中位数和上下四分位点的方法，处理专家的答案，求出预测的期望值和时间。专家的答案，求出预测的期望值和时间。vv等级比较大案的处理等级比较大案的处理 评分法评分法特尔斐预测法实质特尔斐预测法实质本讲稿第十一页，共二十四页本讲稿第十二页，共二十四页本讲稿第十三页，共二十四页例题例题vv某矿邀请某矿邀请16位专家对该位专家对该矿某事件发生的概率进矿某事件发生的概率进行预测，得到行预测，得到16个数据。个数据。n 12 3 4 5 6本讲稿第十四页，共二十四页二、二、时间序列预测法时间序列预测法vv是指利用观察或记录的一组按时间顺序排列起来的数据序是指利用观察或记录的一组按时间顺序排列起来的数据序是指利用观察或记录的一组按时间顺序排列起来的数据序是指利用观察或记录的一组按时间顺序排列起来的数据序列，分析它们变化的方向和程度，从而对下一时期或以后列，分析它们变化的方向和程度，从而对下一时期或以后列，分析它们变化的方向和程度，从而对下一时期或以后列，分析它们变化的方向和程度，从而对下一时期或以后若干时期可能达到的水平进行推测。若干时期可能达到的水平进行推测。若干时期可能达到的水平进行推测。若干时期可能达到的水平进行推测。vv基本思想基本思想基本思想基本思想是把时间序列作为一个随机应变量序列的一个是把时间序列作为一个随机应变量序列的一个是把时间序列作为一个随机应变量序列的一个是把时间序列作为一个随机应变量序列的一个样本，用概率统计方法尽可能减少偶然因素的影响，或消样本，用概率统计方法尽可能减少偶然因素的影响，或消样本，用概率统计方法尽可能减少偶然因素的影响，或消样本，用概率统计方法尽可能减少偶然因素的影响，或消除季节性、周期性变动的影响通过分析时间序列的趋势进除季节性、周期性变动的影响通过分析时间序列的趋势进除季节性、周期性变动的影响通过分析时间序列的趋势进除季节性、周期性变动的影响通过分析时间序列的趋势进行预测。行预测。行预测。行预测。本讲稿第十五页，共二十四页滑动平均法滑动平均法vv一般情况下，未来的状况与较近时期的状况有关，一般情况下，未来的状况与较近时期的状况有关，可采用与预测期相邻的几个数据的平均值，随着预可采用与预测期相邻的几个数据的平均值，随着预测期向前滑动，相邻的几个数据的平均值也向前滑测期向前滑动，相邻的几个数据的平均值也向前滑动作为滑动预测值。动作为滑动预测值。本讲稿第十六页，共二十四页vv上述方法对各项不同时期的实际数据同等看待。上述方法对各项不同时期的实际数据同等看待。vvct各期的权数各期的权数滑动平均法滑动平均法本讲稿第十七页，共二十四页三、计量模型预测法三、计量模型预测法vv由描述预测对象与其主要影响因素有关的一由描述预测对象与其主要影响因素有关的一个方程式或是方程组构成。然后利用这一系个方程式或是方程组构成。然后利用这一系列方程式的计算，根据主要影响因素的变化列方程式的计算，根据主要影响因素的变化趋势，对预测对象的未来状况进行推测。趋势，对预测对象的未来状况进行推测。一、回归分析法一、回归分析法vv要准确地预测，就必须研究事物的因果关系。要准确地预测，就必须研究事物的因果关系。它利用数理统计原理，在大量统计数据的基它利用数理统计原理，在大量统计数据的基础上，通过需求数据变化规律来推断、判断础上，通过需求数据变化规律来推断、判断和描述事物未来的发展趋势。和描述事物未来的发展趋势。本讲稿第十八页，共二十四页1.一元线性回归法一元线性回归法vv比较典型的回归法是一元线性回归法，它是根据比较典型的回归法是一元线性回归法，它是根据自变量与因变量的相互关系，用自变量的变动来自变量与因变量的相互关系，用自变量的变动来推测因变量变动的方向和程度，其基本方程式为：推测因变量变动的方向和程度，其基本方程式为：vv进行一元线性回归，应首先收集事故数据，并在图中进行一元线性回归，应首先收集事故数据，并在图中进行一元线性回归，应首先收集事故数据，并在图中进行一元线性回归，应首先收集事故数据，并在图中画出相应的点，根据各点的变化情况，就可以大致看画出相应的点，根据各点的变化情况，就可以大致看画出相应的点，根据各点的变化情况，就可以大致看画出相应的点，根据各点的变化情况，就可以大致看出事故变化的某种趋势。出事故变化的某种趋势。出事故变化的某种趋势。出事故变化的某种趋势。本讲稿第十九页，共二十四页vv在回归分析中，为了了解回归直线对实际数据变在回归分析中，为了了解回归直线对实际数据变化趋势的符合程度的大小，求出相关系数。化趋势的符合程度的大小，求出相关系数。vv利用以上所建立的回归直线预测方程对以后的利用以上所建立的回归直线预测方程对以后的安全趋势进行预测。安全趋势进行预测。2.一元非线性回归方法一元非线性回归方法指数、对数等。指数、对数等。本讲稿第二十页，共二十四页二、灰色预测法二、灰色预测法vv灰色理论是一种新的系统理论。灰色理论是一种新的系统理论。灰色理论是一种新的系统理论。灰色理论是一种新的系统理论。vv其主要优点是它其主要优点是它其主要优点是它其主要优点是它通过一系列数据生成方法通过一系列数据生成方法通过一系列数据生成方法通过一系列数据生成方法（直接累（直接累（直接累（直接累加法、移动平均法、加权累加法、遗传因子累加法、加法、移动平均法、加权累加法、遗传因子累加法、加法、移动平均法、加权累加法、遗传因子累加法、加法、移动平均法、加权累加法、遗传因子累加法、自适性累加法等）自适性累加法等）自适性累加法等）自适性累加法等）将根本没规律的、杂乱无章的或规将根本没规律的、杂乱无章的或规将根本没规律的、杂乱无章的或规将根本没规律的、杂乱无章的或规律性不强的一组原始数据序列变得具有明显的规律性律性不强的一组原始数据序列变得具有明显的规律性律性不强的一组原始数据序列变得具有明显的规律性律性不强的一组原始数据序列变得具有明显的规律性，解决了数学界一直认为不能解决的微积分方程建模问题。解决了数学界一直认为不能解决的微积分方程建模问题。解决了数学界一直认为不能解决的微积分方程建模问题。解决了数学界一直认为不能解决的微积分方程建模问题。vv灰色系统预测是从灰色系统的建模、关联度及残差辨识灰色系统预测是从灰色系统的建模、关联度及残差辨识灰色系统预测是从灰色系统的建模、关联度及残差辨识灰色系统预测是从灰色系统的建模、关联度及残差辨识的思想出发，所获得的关于预测的新概念、观点和方法。的思想出发，所获得的关于预测的新概念、观点和方法。的思想出发，所获得的关于预测的新概念、观点和方法。的思想出发，所获得的关于预测的新概念、观点和方法。vv灰色系统理论模型有多种，一般选用一阶一个变量的微分灰色系统理论模型有多种，一般选用一阶一个变量的微分灰色系统理论模型有多种，一般选用一阶一个变量的微分灰色系统理论模型有多种，一般选用一阶一个变量的微分方程模型，方程模型，方程模型，方程模型，即即即即GMGM（1 1，1 1）模型）模型）模型）模型。本讲稿第二十一页，共二十四页1、灰色预测建模方法、灰色预测建模方法vv设原始离散数据序列，设原始离散数据序列，其中其中N为序列长度，对其进行一次累加处理：为序列长度，对其进行一次累加处理：k=1,2,Nvv则以生成序列则以生成序列 为基础建立为基础建立灰色的生成模型灰色的生成模型 称为一阶灰色微分方程，记为称为一阶灰色微分方程，记为G（1,1），式中），式中、为待辩识参数。为待辩识参数。设参数向量设参数向量本讲稿第二十二页，共二十四页和和和和则由下式得的最小二乘解：则由下式得的最小二乘解：则由下式得的最小二乘解：则由下式得的最小二乘解：时间响应方程：时间响应方程：时间响应方程：时间响应方程：离散响应方程：离散响应方程：离散响应方程：离散响应方程：式中式中式中式中将将将将 计算值作累减还原，即得到原始数据的估计值计算值作累减还原，即得到原始数据的估计值计算值作累减还原，即得到原始数据的估计值计算值作累减还原，即得到原始数据的估计值本讲稿第二十三页，共二十四页vvG(1,1)模型的拟合残差中往往还有一部分模型的拟合残差中往往还有一部分动态有效信息，可以通过建立残差动态有效信息，可以通过建立残差G(1,1)模型对原模型进行修正。模型对原模型进行修正。2.预测模型的后验差检验预测模型的后验差检验vv可以用关联度及后验差对预测模型进行检可以用关联度及后验差对预测模型进行检验；验；vv根据得到的后验差比值及小误差概率确定根据得到的后验差比值及小误差概率确定预测精度等级（好、合格、勉强、不和格）预测精度等级（好、合格、勉强、不和格）。本讲稿第二十四页，共二十四页