陳偉珂龍昭琴 李金玲

（天津大學(xué)管理學(xué)院1） 天津 300072） （天津理工大學(xué)管理學(xué)院3） 天津 300384） （中鐵四院集團(tuán)南京勘察設(shè)計(jì)有限公司3） 南寧 530003） （天津房友工程咨詢有限公司4） 天津 300450）

地鐵地下施工具有技術(shù)交叉性、復(fù)雜性，風(fēng)險(xiǎn)隱蔽性、不確定性和施工環(huán)境特殊性、惡劣性、動(dòng)態(tài)性、無序性的特點(diǎn)，其大規(guī)模、高速度的建設(shè)必然涉及地鐵施工高風(fēng)險(xiǎn)的存在［1］.據(jù)初步統(tǒng)計(jì)：從2001～2010 年，我國(guó)共發(fā)生126 起地鐵事故，其中地鐵施工事故占80%以上［2］.同時(shí)，地鐵施工又受到災(zāi)害后果遲滯性和極易產(chǎn)生次生災(zāi)害等因素的影響.因此，有效地進(jìn)行地鐵施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控是預(yù)防或減少地鐵施工災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵.本文擬將多維關(guān)聯(lián)規(guī)則引入地鐵施工災(zāi)害關(guān)鍵警兆指標(biāo)的甄選研究中，通過EPC編碼方式，RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)源關(guān)鍵警兆指標(biāo)信息的標(biāo)識(shí)和監(jiān)控，以達(dá)到地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)各類分散風(fēng)險(xiǎn)信息的準(zhǔn)確采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)跟蹤，為建立地鐵施工災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)奠定基礎(chǔ).

1 基于多維關(guān)聯(lián)規(guī)則的地鐵施工災(zāi)害關(guān)鍵警兆指標(biāo)的甄選

1.1 關(guān)聯(lián)規(guī)則

Agrawal在1993年提出了挖掘顧客交易數(shù)據(jù)庫(kù)中項(xiàng)集的關(guān)聯(lián)規(guī)則問題［3］.關(guān)聯(lián)規(guī)則技術(shù)是能推導(dǎo)出“A?B”的模式.例如：可以將A 事件定義為“支護(hù)結(jié)構(gòu)損壞”，而B 定義為“塌方”.那么A?B 可理解為“當(dāng)?shù)罔F施工過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞的情況下可能會(huì)出現(xiàn)塌方事故”.

設(shè)有事務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)D＝｛T1，T2，…，Tn｝，Tj（j＝1，2，…，n）稱為事務(wù)T；構(gòu)成T 的元素ik（k＝1，2，…，p）被稱為項(xiàng)；設(shè)D 中所有項(xiàng)的集合為I＝｛i1，i2，…，in｝，顯然T?I.

A 和B 都是D 的項(xiàng)集，且A∩B＝? 關(guān)聯(lián)規(guī)則A?B 由2個(gè)參數(shù)來約束，支持度（support）與可信度（confidence）.支持度是同時(shí)包含項(xiàng)集A和項(xiàng)集B 事務(wù)在D 中的所有事務(wù)中所占的百分比，它表示規(guī)則出現(xiàn)的頻度；可信度就是同時(shí)包含項(xiàng)集A 和項(xiàng)集B 事務(wù)在所有包含項(xiàng)集 的事務(wù)中所占的百分比，它表示規(guī)則的強(qiáng)度.

如果A 的支持度滿足最小支持度滿足最小支持度閾值min－support，即support（A）≥minsupport，則A 稱為D 中的頻繁項(xiàng)集.

如果存在關(guān)聯(lián)規(guī)則A?B，其支持度和可信度分別滿足預(yù)設(shè)的最小支持度閾值（min－support）和最小可信度閾值（min－confidence），稱其為強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則.

1.2 地鐵施工災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵警兆指標(biāo)挖掘

關(guān)聯(lián)規(guī)則可分為單維和多維的.單維的關(guān)聯(lián)規(guī)則是處理單個(gè)屬性中的關(guān)系；多維關(guān)聯(lián)規(guī)則是處理各個(gè)屬性之間的某些關(guān)系.本文涉及到的多維關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘就是從“人－機(jī)－環(huán)境－管理”4個(gè)不同角度來考慮地鐵施工事故發(fā)生的原因.

關(guān)聯(lián)規(guī)則按處理變量的類型，分為布爾型和數(shù)值型.布爾型關(guān)聯(lián)規(guī)則處理的值多是離散的、種類化的，顯示了變量之間的關(guān)系；對(duì)數(shù)值型字段進(jìn)行處理，將其進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分割，或者直接對(duì)原始的數(shù)據(jù)處理.

多維關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘過程可以概括為以下2個(gè)階段：（1）從事務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中找出所有的頻繁謂詞集；（2）由頻繁謂詞集產(chǎn)生強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，即滿足最小支持度與最小可信度.從無窮多的關(guān)聯(lián)規(guī)則中發(fā)現(xiàn)有意義的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，為后續(xù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控項(xiàng)設(shè)置提供依據(jù).

1.3 地鐵施工災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵警兆指標(biāo)甄選

地鐵施工事故數(shù)據(jù)［4－5］（不能按照地鐵施工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而造成的日常安全事故不作為地鐵施工事故數(shù)據(jù)），見表1.

按照上述，從人－機(jī)－環(huán)境－管理4個(gè)維度，對(duì)地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)維度進(jìn)行了劃分，見圖1.

利用Excel軟件，根據(jù)文獻(xiàn)［6］算法來尋找頻繁謂詞集，其中假設(shè)最小的支持計(jì)數(shù)為2.根據(jù)已有數(shù)據(jù)尋找頻繁謂詞集，由頻繁項(xiàng)詞集產(chǎn)生地鐵事故的關(guān)聯(lián)規(guī)則，并對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果見表2～表7.

表1 地鐵施工事故樣本數(shù)據(jù)表

圖1 地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)維度圖

表2 含有4個(gè)謂詞的地鐵施工事故頻繁項(xiàng)集

表3 含有人－機(jī)－管理3個(gè)謂詞的地鐵施工事故頻繁項(xiàng)集

表4 含有人－機(jī)－環(huán)境3個(gè)謂詞的地鐵施工事故頻繁項(xiàng)集

表5 含有人－環(huán)境－管理3個(gè)謂詞的地鐵施工事故頻繁項(xiàng)集

表6 含有機(jī)－環(huán)境－管理3個(gè)謂詞的地鐵施工事故頻繁項(xiàng)集

當(dāng)上述34個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源組合中有一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生時(shí)，應(yīng)即時(shí)監(jiān)測(cè)其他的風(fēng)險(xiǎn)源，以免因一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)不力而多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源并發(fā)引起地鐵施工事故，以提前做好防范措施.

表7 含有2個(gè)謂詞的地鐵施工事故頻繁項(xiàng)集

2 基于EPC 編碼方式的關(guān)鍵警兆指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)源標(biāo)識(shí)

2.1 EPC編碼

美國(guó)麻省理工的Auto－ID Center在1999年首先提出EPC（electronic product code）產(chǎn)品電子碼的概念和應(yīng)用方案.這個(gè)想法的核心思想就是，給每一個(gè)商品惟一的號(hào)碼——電子產(chǎn)品代碼（EPC）.EPC 標(biāo)簽即是這個(gè)編號(hào)的載體，當(dāng)EPC標(biāo)簽貼在物品上或內(nèi)嵌在物品中的時(shí)候，即將該物品與EPC標(biāo)簽中的產(chǎn)品電子碼建立起了一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系［7］.

2.2 關(guān)鍵警兆指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)源標(biāo)識(shí)

由于地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)人－機(jī)－環(huán)境－管理各風(fēng)險(xiǎn)因素復(fù)雜、無序且具有動(dòng)態(tài)性，要想準(zhǔn)確監(jiān)控每一個(gè)關(guān)鍵警兆指標(biāo)，就必須給每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源賦予惟一的編碼標(biāo)簽.本文擬建立的編碼體系不僅能惟一識(shí)別單一風(fēng)險(xiǎn)源，而且能從編碼中直接讀取風(fēng)險(xiǎn)源的位置信息和監(jiān)控記錄信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)源關(guān)鍵警兆指標(biāo)的標(biāo)識(shí).

編碼標(biāo)簽以惟一性、可擴(kuò)展性、可操作性和簡(jiǎn)單性為原則進(jìn)行編制［8］，見圖2.

圖2 編碼標(biāo)簽格式圖

1）A，B，C，D 位于編碼標(biāo)簽第1至第4位，字符為二進(jìn)制編碼.表示地鐵施工項(xiàng)目代碼名稱，以區(qū)分不同的、相互獨(dú)立的項(xiàng)目.

2）E，F(xiàn) 位于編碼第4至第5位，字符為二進(jìn)制編碼.表示地鐵施工監(jiān)控指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)源種類，00－人，01－機(jī)，10－環(huán)境，11－管理.

3）G，H，I，J 位于編碼標(biāo)簽第6至第9位，字符為二進(jìn)制編碼.表示地鐵施工監(jiān)控關(guān)鍵警兆指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)源位置.

4）K，L，M，N 位于編碼標(biāo)簽第9到12位，字符為二進(jìn)制編碼.表示監(jiān)控關(guān)鍵警兆指標(biāo)具體數(shù)值，如施工器具損壞程度值等.

5）O，P 位于編碼標(biāo)簽第13到14位，字符為二進(jìn)制編碼.表示監(jiān)控指標(biāo)的歷史信息，歷史信息應(yīng)包括風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生隱患時(shí)間、地點(diǎn)、事故情況、防控結(jié)果等歷史數(shù)據(jù)信息.

6）Q，R 位于編碼標(biāo)簽第14到15位，字符為二進(jìn)制編碼.設(shè)為擴(kuò)充區(qū)，防止新增加信息加入編碼.

地鐵施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控編碼體系的結(jié)構(gòu)在不同的項(xiàng)目中是可以優(yōu)化和完善的.即使是在同一個(gè)系統(tǒng)中也會(huì)自身不斷的優(yōu)化，以適應(yīng)后續(xù)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn).只有這樣，才能夠確保編碼體系的可操作性.編碼標(biāo)簽是施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)源和關(guān)鍵警兆指標(biāo)的惟一標(biāo)識(shí)，也是后續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的依據(jù).

3 基于RFID 技術(shù)的地鐵施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控

3.1 RFID 技 術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)（radio frequency identification，RFID）又稱電子標(biāo)簽，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù).它具有其優(yōu)于傳統(tǒng)條碼的特性：（1）無需“可視”讀取，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別，避免了人工干預(yù)，特別是在惡劣環(huán)境條件下；（2）能識(shí)別靜止、運(yùn)動(dòng)的物品；（3）能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，提高識(shí)別效率.射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展非常迅速，被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸控制管理、高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、停車場(chǎng)管理系統(tǒng)、物品管理、流水線生產(chǎn)自動(dòng)化、安全出入檢查、倉(cāng)儲(chǔ)管理、動(dòng)物管理、車輛防盜等眾多領(lǐng)域［9］.本文將RFID 技術(shù)引入地鐵施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的研究中，以期實(shí)現(xiàn)多維關(guān)聯(lián)規(guī)則甄選、標(biāo)識(shí)出的關(guān)鍵警兆指標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別和遠(yuǎn)程監(jiān)控，為建立地鐵施工災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)奠定基礎(chǔ).

3.2 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控

從人－機(jī)－環(huán)境－管理4個(gè)維度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行多維關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，全面識(shí)別地鐵施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，找出所有的頻繁項(xiàng)集，通過算法計(jì)算得出施工過程中風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，確定關(guān)鍵警兆指標(biāo).利用EPC編碼方式對(duì)關(guān)鍵警兆指標(biāo)進(jìn)行編碼標(biāo)識(shí)，編制了針對(duì)人－機(jī)－環(huán)境－管理的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控編碼標(biāo)簽卡和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控看板，利用RFID 射頻識(shí)別技術(shù)和人機(jī)接合的方法進(jìn)行分散風(fēng)險(xiǎn)信息的準(zhǔn)確采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)現(xiàn)了地鐵施工災(zāi)害關(guān)鍵警兆指標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控如圖3所示.

4 結(jié)束語

由于地鐵地下施工具有技術(shù)交叉性、復(fù)雜性，風(fēng)險(xiǎn)隱蔽性、不確定性和施工環(huán)境特殊性、惡劣性、動(dòng)態(tài)性、無序性的特點(diǎn)，決定了對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)源實(shí)施動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要性和艱難性.本文利用多維關(guān)聯(lián)規(guī)則理論對(duì)地鐵施工災(zāi)害關(guān)鍵警兆指標(biāo)進(jìn)行了挖掘，并對(duì)關(guān)鍵警兆指標(biāo)從傳統(tǒng)的定性分析向定量分析進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，得出風(fēng)險(xiǎn)源與地鐵施工災(zāi)害關(guān)鍵警兆指標(biāo)之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，從而確定所需監(jiān)控的關(guān)鍵警兆指標(biāo)；利用EPC 編碼方式從人－機(jī)－環(huán)境－管理4個(gè)方面對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)源制定編碼標(biāo)簽和監(jiān)控看板，基于RFID技術(shù)對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行運(yùn)程自動(dòng)識(shí)別和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，從而解決監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集缺乏針對(duì)性、數(shù)據(jù)有效性和可靠性較低等問題，完善地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，優(yōu)化監(jiān)測(cè)方案，為建立地鐵施工災(zāi)害預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)奠定基礎(chǔ).由于篇幅有限，本文并未對(duì)地鐵施工災(zāi)害預(yù)警警情診斷系統(tǒng)的構(gòu)建、運(yùn)行等方面給予詳細(xì)說明，將在以后的研究中深入論述.

圖3 地鐵施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控圖

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