煤矿采煤工作面接替的智能推理与图形化研究.pdf

太原理工大学 硕士学位论文 煤矿采煤工作面接替的智能推理与图形化研究 姓名胡立年 申请学位级别硕士 专业采矿工程 指导教师陈鸿章 20050401 太原理一r ．大学硕士研究生学位论文 的计算功能和A u t o c a d 的绘图功能相结合，在基于A u t o c a d 的 v B A 程序设计语言的前提下，着重完成煤矿矿井采煤工作面接 替计划的计算机自动编制。主要包括采用模块形式结构对采煤 工作面接替的仿真模型进行了整体设计采用了Ⅶ程序设计 语言的单文档窗体、多文档窗体以及多种控件，通过这些窗体 和控件组成软件的用户界面以有宽度的线条表示回采工作面， 利用线条这一对象的一些属性，通过ⅦA 的程序代码来控制直 线的动态，使得它随着时间的推移，线条慢慢的从工作面向回 采的方向延伸，动态地显示回采工作中回采和接替的过程；利 用横道图理论简单、使用直观、易懂的优点，用线条链接的原 理来动态地形成横道图。 关键词计算机模拟，智能推理，技术规则，V B A ，图形化， 横道图 太原理] i 大学硕士研究生学位论文 R E S E A R C HO FI N T E L L I G E N TI N F E R E N C EA N D G R A _ P H I C A LP R E S E N T 6 L T I o NO FE X C A V 舡EC o A L W o R ⅪN GR ～C ES U P E R S E D U R EI NC O A L ⅣⅡN E A B S T R A C T E x c a v a t ec o a la n dg r u ba r ev e r yt w oi m p o r t a n tl i n k s ．T h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ne x c a v a t ea n dg r u b i sb a s a lf a c t o r ．W e a v i n g e x c a v a t ea n dg r u b s u p e r s e d u r ep l a n i sm e a n so fd e a l i n gw i t h c o n n e c t i o no fe x c a v a t ea n dg r u bi nm i n ep r o d u c t i o n ，a n di sc h i e f a n db a s a lw o r k ．E x c a v a t ec o a li sp r i m a r yp r o d u c t i o nl i n ki nc o a l m i n ep r o d u c t i o n ，t h e r e f o r , W e a v i n ge x c a v a t ec o a l w o r k i n gf a c e s u p e r s e d u r ep l a n h a si n s t r u c t i o n a l m e a n i n g ．W i t h t h e p u n c h y d e v e l o p e d o f c o m p u t e r h a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，t h e c o m p u t e r f u n c t i o n si nc o l l e c t i o n d a t a ，d e a l i n gw i t hi n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ， g r a p h i c sp r e s e n t a t i o n h a v e b e e n g a i n e d f u r t h e r d e v e l o p e d a n d I t l 太原理』大学硕士研究生学位论文 d e e p e n e d ．E s p e c i a l l y ，t h eA Ia n dE Sb r i n gn e we n e r g yf o rc o m p u t e r a p p l i c a t i o n s A tp r e s e n t ，t h ea p p l i c a t i o no fA Ia n dE Si sp r e l i m i n a r yp h a s e i n m i n i n g d o m a i n ．T h ew o r ko n w e a v i n g e x c a v a t ea n d g r u b s u p e r s e d u r ep l a nu s i n gc o m p u t e rs i m u l a t i o ng a i n e ds o m eh a r v e s t ， b u tr e a c ho nr e s p e c t so fi nv i s u a la n dg r a p h i c sp r e s e n t a t i o ni sb e i n g a w a i t e d ．T h i si s m o s t l y f o c u s e do n i n t e l l i g e n t i n f e r e n c ea n d g r a p h i c sd e a l i n gw i t he x c a v a t ec o a lw o r k i n g f a c es u p e r s e d u r eb a s e d o nt h e c o m p u t e rs i m u l a t i o nm e t h o d ．I tc o m b i n e dt h ec o m p u t e f u n c t i o no fh i g hp r o g r a m m i n gl a n g u a g ea n dt h ep l o t i n gf u n c t i o n ， m o s t l yc o m p l e t e sa u t o m a t i cw e a v i n g o fe x c a v a t ec o a lw o r k i n gf a c e s u p e r s e d u r ep l a n ．I tc h i e f l yi n c l u d e dh o l i s t i cd e s i g nf o rs i m u l a t i o n m o d e lo fe x c a v a t ec o a lw o r k i n gf a c es u p e r s e d u r ew i t hm o d u l ef o r m ； b u i l d u pU 1 w i t hs i n g l ed o c u m e n tf o r m s ，m u l t i d o c u m e n tf o r m sa n d s o m ec o n t r o l ；d i s p l a y i n gt h ee x c a v a t i o na n ds u p e r s e d e s u r ep r o c e s s o fw o r k i n gf a c et h r o u g hV B A p r o c e d u r ec o d ec o n t r o l l i n gd y n a m i c o fb r e a d t hl i n e ；f o r m i n gt r a n s v e r s el i n e dd i a g r a mw i t ht h et h e o r yo f l i n el i n ku s i n gt h em e r i to fg r a p h i c sp r e s e n t a t i o n ，t h e o r ys i m p l e n e s s ， u s i n gi n t u i t i o n i s t i c ，e a s i l yu n d e r s t a n d i n g 1 V 太原理工大学硕士研究生学位论文 K E YW O R D S c o m p u t e rs i m u l a t i o n ，i n t e l l i g e n td i s c u r s i o n t e c h n i c a lr u l e ，V i s u a lB a s i cf o rA p p l i c a t i o n ，g r a p h i c a lp r e s e n t a t i o n ， t r a n s v e r s el i n e dd i a g r a m V 太原理l ’人学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 ．1 前言 随着科学技术的发展，信息对人们的生活起着越来越重要的作用，人 们正在通过各种手段获取大量的信息，但目前对它们的利用率还很低，如 何从获取的信息中挖掘和利用有用信息为经济建设和社会发展服务，已引 起人们的重视。近几年，随着计算机硬件和软件功能的强化发展及成本的 显著下降，计算机在数据采集、信息处理和图形化等方面的功能得到了进 一步的拓宽和深化，尤其是人工智能A I A _ r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e - 与专家系统 E S E x p e r tS y s t e m 更给计算机的应用带来了新的活力。专家系统及人工智 能是通过计算机来模拟人的思维，模仿人的判断、图像识别、理解、学爿、 规划和问题求解等复杂能力。它们强调了计算机在信息处理工程中的重要 作用，使信息处理从以人为中心转移到以计算机为中心，通过计算机模 拟技术来解决实际生活中遇到的某些问题，人工智能及专家系统的进_ ’步 发展必将成为现代科学技术研究的重要手段，并将对信息的处理及提高信 息的利用率产生深远的影响。在矿业领域中由于新技术的不断引入，增加 了矿业对于安全高效、自动化的要求，人工智能及专家系统将会成为满足 这一需求的有效手段。另外V B V i s u a lB a s i c 与V B A V i s u a lB a s i cf o r A p p l i c a t i o n 等可视化开发工具为工程技术人员和程序开发人员提供了参 量 ／弓。 采矿系统工程是由采矿工程与系统工程相结合而形成的一个新的学 科分支，它是依据采矿工程内在规律，利用系统工程的观点和方法，研究 和解决采矿系统的规划、设计、施工及生产中的问题，使其在系统总体上 1 太原理J 人学硕士研究生学位论文 达到优化的科学技术。采矿系统工程的基础理论和常用方法主要包括① 运筹学中的线性规划法、目标规划法、动态规划法、图论及网络分析法、 排队论、存储论、决策论和对策论；②应用数学中的概率论、数理统计、 随机过程、数值方法以及现代应用数学中的地质统计学、可靠性理论、模 糊数学、灰色系统理论；③与计算机技术相关的交叉学科，如系统模拟、 人工智能、决策支持系统、信息管理系统、计算机辅助设计等【”】。随着 计算机技术的发展，采矿系统工程也在不断向前发展，人工智能及专家系 统在矿业领域的应用目前也是采矿系统工程研究方向之一。 人工智能【1 l 是2 0 世纪中叶科学技术的卓越成就，是人类的一大发明。 人工智能与原子能利用、空间技术一起成为现代科学技术在应用领域的三 大重要标志。人工智能是一门新兴的边缘科学，它将开创人机系统共同思 考的时代，增强人类认识世界和改造世界的能力，促进生产向科学化、智 能化方向发展。通过人工智能，我们可以用计算机来研究人的思维，来模 拟人的判断、图像识别、理解、学习、规划和问题求解等复杂能力。专家 系统为人工智能的一个分支，它可以研究如何使计算机程序能模仿各个领 域的人类专家在解决问题时的思维过程，使机器具有专家水平的智能。二、 三十年前诞生的专家系统，已成功地应用于医疗诊断、地质勘探、化学分 析、天气预报、军事指挥等方面，在矿业领域中的应用亦与日俱增。可以 预料，随着研究工作的深入，矿业工程师、专家的知识与经验将不断地被 编制成在计算机上运行的“专家系统”，从而将使矿业工程的设计、施工、 评价和管理发生根本性的变化。 目前，人工智能及专家系统在我国矿业领域的应用仍处于起步阶段， 煤矿专家系统的研究是一项长期、复杂、艰巨而细致的工作，限于时问、 精力等条件，作者只对采煤工作面接替的智能推理与图形化进行了研究。 太原理_ T 大学硕十研究口i 学伊论文 1 ．2 国内外研究概况 目前，处理采掘关系大体上有三种方法。第一种方法是手工编制开采 计划 采煤接替计划 和巷道掘进工程计划 掘进接替计划 。此方法直 接反映了采掘工作面的接替情况，对生产有较好的指导作用．但在手工编 制的过程中花费了大量的人力物力和时间，成为了基层采煤技术人员的沉 重的负担。第二种方法是使用一些反映采掘关系的宏观指标，如三量 开 拓煤量、准备煤量、回采煤量 及其可采期采掘工作面个数比等指标。 第三种方法是运用计算机模拟的原理编制采掘接替计划。这种方法将处理 采掘关系的研究推进到了一个新的高度。 运用计算机模拟束研究采掘接替计划耿得了一些成果，如湘潭矿业学 院用F O R T R A N 7 7 建立的矿井采掘接替模拟模型；中国矿业大学用V c ，O p e n G L 接口开发出供V B 主控程序使用的A c t i v e X 控件编制的煤矿采掘 接替计划计算机仿真系统中国矿业大学用F o x b a s e 研制的矿井采掘接替 决策支持系统以及本校用B A S I C 及Q B A S I C 研制的采掘接替计划专家系统 “1 1 。但这些研究成果基本上都是在多年以前研制完成的，在计算机软硬件 飞速发展的今天．如V B A 的发展，把高级程序语言的计算功能与A u t o c a d 的 绘图功能相结合。为计算机采掘接替计划编制软件的研制提供了契机。为 采煤接替横道图的图形显示提供了良好的设计平台。为在采掘工程平面图 上提取数据以及在采掘工程平面图上反映采煤工作计划和进度的显示提 供了可能。鉴于此，我们就需要对以前的成果存在的问题进行更深的研究， 对采掘衔接的计算机自动编制有进行进一步加以完善。 1 ．3 论文研究的意义 采矿系统工程是系统工程与采矿工程两个学科的交叉结合。它用数学 3 太原理J 大学硕十研究生学位论文 1 ．4 论文研究的主要内容与方法 本课题在运用把高级程序设计语言的计算功能和A u t o c a d 的绘图功能 相结合的基于A u t o c a d 的V B A 程序设计语言的前提下，着重完成煤矿矿井 采煤工作面接替计划的计算机自动编制。主要包括矿井基础数据的输入输 出、采煤接替计划技术规则的采用、采煤接替计划中的智能推理以及横道 图的动态显示、采煤工作面接替过程的图形动态显示以及在A u t o c a d 界面 下采煤接替结果的数据查询等内容。 l 、研究的具体内容 1 基础数据的输入输出 通过建立矿井基础数据窗体，实现对矿井基础数据和丌采采盘区基础 数据的输入和读取。其中包括要编制采煤接替计划的煤矿所在的省名、市 县名、矿务局名、矿名、矿井井筒个数和井筒名称、煤层的层数和名称、 煤层的容重、开采的水平个数和名称、开采水平的翼别个数、采盘区的开 采个数以及此采盘区的其它基础数据等。同时也实现对这些基础数据的显 示和打印。 2 接替计划技术规则 在采煤接替计划的编制过程中，技术规则是非常重要的一部分。它的 完备性决定此编制软件的质量。在推理过程中的工艺类别必须相同、已采 面不能作为接替面、相邻工作面不能接替等等，这些是必须满足的技术规 则；还有各个煤矿一些特殊的技术规则也是必须满足的。另外，也还有一 些尽可能需要满足的技术规则。在编制软件的过程中，这些技术规则都需 要合理地加以利用。 3 采煤接替的智能推理 推理机制是采煤接替计划自动编制软件中的核心部分。它按照一定的 5 太原理J 大学硕士研究生学位论文 控件、组合框 C o m b o B o x 控件、图片框 P i c t u r e B o x 控件、框架 F r a m e 控件和进程条 P r o g r e s s B o x 控件等。 6 A u t o c a d 界面下采煤工作面接替横道图的动态形成、采煤接替过程 的图形动态显示 在A u t o c a d 界面下，为了使采煤工作面接替计划更加直观，需要将推 理过程和结果在A u t o c a d 图形下动态地显示，另外硐横道图来动态表示接 替的过程。它们通过数据链接将推理过程中形成的数据信息传达到图形 中，实现图形和推理的一致。在A u t o c a d 图形中用代码将线条的显示和工 作面推进时间关联起来，从而显现动态效果。当接替工作进行时，代表工 作面的线条慢慢地沿煤层推进方向延伸，直至工作面推进完成。同时，代 表工作面的动态链接线条也延伸，形成横道图，更加直观地表现推进过程 的先后顺序。 7 采煤接替结果的数据查询 在A uL o c a d 图形下，横道图的动态形成和采煤接替过程的图形动态显 示，能生动地显示接替的动态过程，另外，我们还通过数据库链接，在 A u t o c a d 命令行显示各个工作面接替的结果数据，这些数据包括工作面的 基础数据、工作面的工作队组名称、工作面的开采和结束时间等。完成软 件的数据查询功能。 8 信息的输出和打印 软件使用过程中所有的信息如基础数据、推理结果等等都需要有输出 功能，它能使用户方便地实现数据显示和打印，进行报表管理和存档，打 印功能通过菜单弹出打印报表窗体的方式来完成。 2 、实验设计方案 1 以V B 、V B A 为基本工具，以A u t o c a d 为丌发的平台。 2 采用系统工程的理论来指导，在技术规则择优的基础上使软件接 7 太原理工大学硕十研究生学位论文 替工作达到优化的控制、满意的效果。 3 建立编制采煤工作面接替计划的模型。其中包括对搜索策略模型 的建立、推进时间过程模型的建立和推理信息模型的建立。 4 用数据库链接的方法来实现数据的共享， 1 ．5 本章小结 近年来，随着计算机技术、人工智能、专家系统等技术的不断发展， 为煤矿的进一步研究提供了更多的手段以及有力的技术支持。在矿业领域 中由于新技术、新成果的不断涌现，推进了矿业对于自动化、智能化的要 求，人工智能、计算机仿真将成为满足这些要求的有效的手段。作者在广 泛查阅国内外资料、了解国内外在该领域的研究动态和发展趋势的基础 上，针对目前计算机仿真在煤矿采掘接替领域的逐步深入应用，提出了采 煤工作面接替的智能推理和图形化的初步解决方案。 由于完善采掘接替计划是一项长期、复杂的工作，基于在采掘接替图 形化的研究还刚刚起步，作者在前人研究的基础上进行了自己的研究和探 索，为以后的采掘接替图形化技术的深入工作铺垫了一定的基础。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章采掘工作面接替 2 ．1 采掘工作面接替的定义 从系统工程的观点出发，煤矿是一个大系统，采煤和掘进是煤矿的两 个重要子系统，。采煤简称“采”，是在采煤工作面落煤和运输煤炭的过程， 它是矿井生产的中心环节。采煤工作的正常进行，要求先形成运输、通风、 能源供应、人员出入的通道，也就是说必须先开掘巷道。开掘巷道的工作 就是掘进，简称“掘”。因此，掘进是采煤的准备和保证。 如下是某矿的一个采煤队和3 个掘进队位置关系示意图。 图2 1 矿井采掘工作面示意图 F i g u r e2 - lM i R ee x e a v a t i n gw o r k i n gf a c es k e t c hm a p 9 太原理工大学硕 研究生学伊论文 采煤一队正在A 面生产。按照矿井整体部署，A 面完成后，将由B 面 接替。而B 面的生产系统，目前尚未形成，掘进一队和掘进二队正在掘进 0 面篮两条顺槽。随着时间的推移，各个队组工作地点不断地在变化。从 而形成采煤工作面的接替和掘进工作面的接替。 T 。南薰戡鬟矬囊辇囊篓纂窭 粼戮量搁訾叫鞠坞坛浆到掣蝶甚莛曝鉴趔露挂琊罨道开剜孽进，简称“掘”。因此，掘进是采煤的准备和保证。 如下是某矿的一个采煤队和3 个掘进队位置关系示意图。 图2 1 矿井采掘工作面示意图 F i g u r e x 太原理一l 大学硕十研究生学位论文 2 ．4 本章小结 本章对采掘接替进行了简要的介绍，采掘接替包括了采煤接替和掘进 接替两个部分，采煤与掘进之间是一种动态的平衡关系。另外，对本课题 研究主体采煤工作面接替做了简单的介绍，为外域的研究者了解本课 题的研究做些引述。 太原理J 二大学硕士研究生学位论文 第三章采煤工作面接替的智能推理 3 ．1 人工智能及专家系统在矿业领域的应用 3 ．1 ．1 人工智能及专家系统 1 、人工智能 人工智能 A r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e ，简称A I 是2 0 世纪中叶科学 技术的卓越成就，是人类的又一重大的发明。人工智能与原子能利用、空 间技术并列成为现代科学技术在应用领域的三大重要标志。人工智能作为 一门新兴的边缘学科，尽管它的理论还不够成熟，人们对它的认识还不够 深入。但是大量的人工智能研究成果表明，研究这一问题确实具有十分重 要的意义。人工智能是相对于人的天然智能而言的。人工智能是把人的某 些智能赋予机器，让各种智能机或智能系统模仿、延伸和扩展人的智能， 实现某些“机器思维”或脑力劳动自动化。所以，人工智能也称为“机器 智能”。它是一门探索和模拟人的感觉和思维过程的规律并进而设计出类 似于人的某些智能的智能机的科学。它把人的思维过程的模拟作为自己的 研究对象。 人工智能是计算机科学、控制论、信息论、神经心理学、心理学、语 言学等多种学科互相渗透而发展起来的一门综合性新兴学科。时至今R ， 它尚在形成并处在发展之中。随着新的应用领域的不断丌拓，其学科内容 和范畴还会有新的变化并得到更新“刮。 1 2 太原理’1 人学硕士研究生学位论文 人工智能研究往往是结合某一特定的问题来进行的。近年来比较集中 的研究课题有专家系统、自然语言’理解、机器人学、自动定理证滁；耋麓 攀墼豁嗣地 ，省猾磊{ 昌 裕等静菇。。‘銮爨捌坚疑州逗捏酞羹海薪哺俺砸海芬简嘲满渤蕃雒～ 蜷蘸魏；拍翔鼯∽翦瓢；蝶烈伪蟛‘霞硒晦二妻j 瑚值獭猿衙陶潋鹰∞峨攫 尊殛一导峪丛私塔棼坠型著嚣黜艘骤垂 实现推理 的部件是推理机构，简称推理机。推理机是根据知识表示、知识推理策略 和控制策略，设计具有求解专门问题，进行推理、解释等功能的自动推理 计算机软件系统。 建立专家系统的过程通常被称为知识工程。建立专家系统的知识工程 师的任务是把人类专家用来解决问题的过程、策略以及经验抽取出来，并 用这些知识建成专家系统。因此，建造专家系统就是研究用专家知识来建 立人机系统的方法和技能。专家系统能力包括某个具体专业领域的知识、 对领域中问题的理解以及解决这些问题的技能。到目前为止，专家系统已 经渗透到各个领域当中，它们解决的问题一般属于下列范畴解释、预测、 诊断、故障排除、设计、规划、监视、修正、教学和控制。 专家系统是基于计算机软件的典型的知识工程系统，属于软件工程项 目。因此它的设计应遵循软件工程和系统工程的基本原则，并采用类似的 设计步骤。但是，专家系统的开发又有它的特殊性，按照建造专家系统的 太原理工大学硕士研究生学位论文 理分配用电量，避免出现超负荷运转的情况；美国矿业局研制的地下丌采 矿山管理专家系统，其功能是帮助地下开采矿山对生产过程实行有效的控 制，以达到提高效率，增加产量和杜绝安全事故的目的f “J 。在国内，专家 系统在采矿方面的研究工作尚处于探索阶段，主要有中国矿业大学研制的 M E c s 瓦斯爆炸专家系统和P s s s 顶板支护方式选择专家系统，采用 X I P U J S 工具建模，在I B M P C 机上实现；煤炭科学研究总院北京开采研 究所研制的s M E s 建筑物下条带开采专家系统，应用L I s P 语言设计，具 有模糊信息处理、最优方案选择和方案咨询解释等功能；西安冶金建筑学 院研制的“确定露天矿开拓运输方案的专家系统”和“采矿方法选择专家 系统”，其特点是综合运用人工智能、模糊数学、统计分析、多目标决策技 术及知识库构成专家系统，采用P R O L O G 语言编程，运用模糊逻辑推理； 山东矿院研制的适用于长壁单体支柱工作面的“顶板控制设计专家系统”， 可用在有矿 x 太原理．[ 大学硕 研究生学化论文 可维护性与较广的适用性，输出的可选择性等特点，从而方便矿业二L 程技 术人员在生产管理中的应用。这是应用专家系统技本的另‘重要方面。总 之，计算机专家系统技术是人工智能研究转向实际应用的最活跃领域之一， 随着专家系统理论的发展，研究工作的深入，由多个子系统组成的大型矿 业专家系统将被研制出来，从而给矿业工程领域带来很大的变革。 3 ．2 采煤工作面接替的计算机仿真方法 计算机仿真不仅是研究系统的方法之一，而且是我们研究知识信息 的重要方法。 计算机仿真的系统或过程按照系统变化的情况分为离散系统和连续 系统。离散模型是指系统的拭态变化只是在离散时刻发生的，连续系统是 指系统的状态随时间联系变化的。连续系统可用微分方程、差分方程或一 组状态方程来描述。离散系统离散时刻往往是随机的，因而比较复杂。对 于离散系统的计算机仿真中，我们关心的往往仅是随着时间的推移，在离 散点上．系统状态的变化，印某种活动的开始和结束状态。 为了模拟时闻的推移，在模型中设置了模拟时钟，也叫当前时间，在 即时间步长法、最短时间事件步长法和事件表法。 1 时间步长法 一个系统各种量和参数往往随着时闻变化而变化，因此可把时间分 割成固定的时问段，并用计算机模拟各段时间内各种量和参数的变化。这 个固定的时间段就是时问增量，称为时汹步艮。时间步长法就是相等的时 间步长法。这种方法首先要给出一个纫始状态，也就是被模拟的系统要有 一个初始起点，从这一起点开始，每推进一个时闻步长，就对系统的状态 和行为按照预定的规则和目的进行考察、分析和记录，一直达到模拟的总 l7 太原理丁人学硕士研究生学位论文 事 事 事 事 件 件 件件 T lT 2 T 3 T 图3 3 最短时间事件示意图 F i g u r e3 - 3B e s tt i m e st h i n gs k e t c hm a p T ⋯⋯l _ T c 上 图3 4 最短时间事件步长法 F i g u r e3 - 4M e a n so fB e s tt i m e st h i n gp e d o m e t e r 1 9 誓 太原理1 大学硕士研究生学伊论文 3 事件表法 在这个方法中，事件表起着贯穿和衔接作用。它把模拟过程中所遇到 的事件在计算机中构成一个表格，当需要处理该事件时，就把它从表格中 取出来，处理完了就让它退出表格。与此同时，在模拟过程中新出现的事 件，我们将它及时地列入事件表中，按照一定的先后顺序，排在适当的位 置上。这样，事件表就好比一本流水帐，出现一笔帐，就登记进去，消去 一笔帐就把它勾掉，以此保证模拟过程有条不紊的进行下去。 综合三种模拟方法可以看出我们在用时间步长法或最短时问事件步 长法时，也往往对系统中的离散事件设置了事件表，以便考查和记录随着 时间的推移，系统内各种事件发生的变化，而事件表法之中也包含了最短 时间事件步长法的内容。因此三种方法之间存在着一定的联系。 本课题研究的采煤工作面接替编制软件是运用最短时间事件步长法 来进行计算机模拟的，它把所有工作队组完成各自工作的最短时问作为推 进时间的步长。把这个工作面的开采状态设置为开采完毕状态，并为开采 完这个工作面的工作队组按照一定的规则找到另外一个工作面。以此不断 地循环下去，直到采煤接替计划的完毕。 3 ．3 采煤工作面接替的智能推理 在专家系统中，实现推理的部件是推理机。它是根据知识表示、知识 推理策略和控制策略，设计具有求解专门问题，进行推理、解释等功能的 自动推理计算机软件系统，它具有人的“智慧”。推理机的智能推理系统 能直接向人学习，模拟人的高级智能活动。但是这些推理和控制方法中的 “智能”，并不完全等价于人类的“智慧”．只是一种能够在各种复杂的不 确定性环境中以最低的人工干预高度自主地实现追求目标功能的控制系 统，主要是模拟了人的抽象逻辑推理功能。 n 太原理工大学硕士研究生学位论文 在人工控制系统中，先以抽象逻辑推理占主导地位，辅助以形象直觉。 随着经验的积累和知识的丰富，形象直觉占主导地位。人与计算机相比， 人脑对抽象符号的操作较慢，易受情绪和动机等心理因素的影响，可能丢 失信息或错误的提取信息计算机操作快而精确，可以永久地保持和提取 信息。人的知识常常是模糊的、近似的和粗造的，而信息在计算机中的表 征则是精确的和严格的。计算机能够很好地实现抽象思维过程，但要完全 模拟实现人的形象恩维过程有一定的困难。基于上述分析，综合各方面的 情况，提出了模仿人的智能推理和控制器的模型。它符合现有仿人智能控 制理论的思想，模拟了人的控制过程和人的控制思维。模型各个功能模块 之间是一个有机整体，通过编程进行的数字仿真表明，初步实现了各个模 块之间的信息数据互相传递，动态交换“”2 “。 推理机的推理过程是由程序按照事实表和规则表中的对应顺序逐条 进行条件判断推理。当推理需要用户参与的规则时，系统在相应的程序模 块入口处设立询问方式。这样，用户就可根据事实作出相应的回答。其推 理控制系统图如下所示 图3 5 推理控制系统 F i g u r e3 - 5R a t i o c i n a t i o nc o n t r o ls y s t e m 推理机的推理策略主要是指推理方向的控制及推理规则的选择策略。 2 l 太原理上大学硕十研究生学位沦文 推理的策略有正向推理、反向推理及正反向混合推理三种。智能推理机的 主要作用是按照一定的推理机制进行推理，并对系统的运行进行总体的控 制。 正向推理是由原始数据出发向结论方向的推理，即所谓的数据驱动方 式。其推理过程为系统根据用户提供的原始信息，在知识库中寻找能与 之匹配的规则，找到后，将该规则的结论部分作为中间结果，然后利用该 中间结果作为原始信息继续与知识库中的规则匹配，直到得出最后的结 论。正向推理的优点是用户可以主动提出数据信息，适用于解空间大的问 题，如设计、管理等。 反向推理是先提出假设，然后由此出发，进一步寻找支持假设的证据， 即所谓的目标驱动方式。当所需的证据与原始数据相匹配时，推理成功。 反向推理的优点是推理的目的明确，便于推理过程的解释。 正反向混合推理即数据驱动与目标驱动相结合，由数据驱动选择目 标，而由目标驱动进行求解。其混合方式有正反向同时推理；正反向同 步推理；单步正向、全局反向推理；生成与测试混合推理等。 搜索策略是讨论如何寻找一条最适合的推理路线的问题。讨论搜索策 略的重要在于很多求解的问题最后归结于在各种可能的方案中进行搜索 的问题，而这其中往往会陷入组合爆炸的困境，采耿好的搜索策略就可以 帮助我们摆脱困境，求得最佳或者较好的结果。搜索策略分为深度优先搜 索和宽度优先搜索。宽度优先搜索的优点是它总能找到由起始节点到目标 节点的最短路径。这条路径是由起始状态转变到目标状态所需要的操作或 运算最少。深度优先搜索与之不同，搜索仍然由起始节点开始，首先搜索 第一层的一个节点，然后搜索下一层的一个节点，直到目标节点或者达到 叶节点，然后从底层退回到上一层去寻找尚未检查到的节点。也就是说， 搜索工作总是由父辈节点向着后续节点方向进行，直到不得不返回追踪搜 2 2 太原理T 大学硕十研究生学位论文 索。显然，不论是宽度优先搜索还是深度优先搜索，都可以遍历求解问题 得状态空间，差别在于与节点得搜索顺序不同。它们在达到目标状态得步 数和需要得计算机存储容量方面有很大得差别，针对不同问题应灵活应 用。 在采煤r 作面接替的推理过程中．我们设计采用的是正向推理的推理 方法，从工作面队组设置首发工作面出发，在知识库中寻找与之匹配的规 则，根据必须满足、尽可能满足和特殊满足的技术条件，为最先干完的工 作队组寻找接替面的过程。采煤工作面的搜索策略采用的是深度优先搜索 模型，从首发的工作面转到第一个工作面开始搜索，根据一定的技术规则， 直到寻找一个最适合的工作面作为工作队组的接替面为止。 3 ．4 本章小结 本章简单地介绍了人工智能和专家系统。人工智能作为一门边缘学 科，是人类的又一重大的发明。它把人的智能赋予机器，让各种智能机或 智能系统模仿、延伸和扩展人的智能，实现某些“机器思维”或脑力劳动 自动化。专家系统是人工智能走向实用化研究的最引人注目的领域。它是 一种以“知识”为基础的计算机程序系统，它对一些重要问题提供具有专 家水平的解答。另外，本章还对用于采煤工作面接替的计算机模拟方法和 采煤工作面接替的智能推理进行了简要的介绍。 2 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 第四章V B 平台下采煤接替计划的编制 4 ．1 编制采煤接替计划的V B 设计平台 V i s u a lB a s i c 简称V B 是一种面向对象的编程语言，它是M i c r o s o f t 公司自行研制的“快速应用开发工具”。它具有简单易用、开发效率高的 特点，它综合了W i n d o w s 环境下的图形用户界面及B a s i c 语言简单、易学、 易用的优点，是在W i n d o w s 下编辑M C A I 软件的又一个较好的丌发工具“’“。 1 、V B 的特点 v B 是基于事件的，编程的行为附着于对象内，等到对象被调用或被用 户引发时才会被执行，具有如下的特点。 1 操作和编程简单 V B 作为一种可视化编程语言。它将W i n d o w s 编程的复杂性隐藏了起来， 向软件开发人员提供了用于构造W i n d o w s 各个组成部分的控制部件、好学 易用的编程环境、调试器、源程序编辑器等各种工具。 2 采用事件驱动的编程机制直接编程且编程步骤规范 V B 具有图形设计工具、结构化的事件驱动编程模型式、丌放式的环境， 可使用户既快又方便地编制出W i d o w s 下的各种应用软件。V B 所提供的智 能型编辑器不仅可以为程序的不同部分用不同的颜色进行标识，而且还可 以对所输入的内容进行监控，并能发现出错误的输入，有助于丌发者及时 对程序进行排错处理。 3 可通过媒体控制界面播放多媒体信息 V B 可通过媒体控制界面 M e d i aC o n t r o lI n t e r f a c e ，M f 播放声音、 动画和视频图像等。 2 4 太原理1 人’’手硕士剐f 究生学位论文 4 具有访问多种数据库的强大功能 V B 还可以调用d B a s e 等类型的数据库文件。V B 提供了与各种数据库 文件广泛连接并对其进行信息访问的能／J ，这样利用它就可以方便地与