采矿方法选择专家系统.pdf

第 l 9卷第 5期 昆明_ [学院学报 Vo l 1 9 No 5 1 9 9 4年 l O月 J OURNAL OF KUNM I NG I NS T1 TuTE OF TE CHNOL OGY Oc t 1 9 9 4 鲞垒量 昆 明工学 院 资源 开发 工程 系， 昆 明6 5 0 0 9 3 摘要结合作 者所 开发的 UM S M 系统， 对 专家 系统 的总体 结构，推 理 系统，知 识 的表 达 方 式 厦 知 识 库 等一 系列 的理 论 和 方 击作 了深 几 的研 究和 探 讨 ． 关键词 主奎墨 竺；墨 苎 ； 中图分类号TP 3 9 9 T D8 5 3 ． 3 模 糊 推 理 { 知 识 库 ； UM S M ；ECSS 由于计算 机 的出现， 使人 类社会进 入 了一个 全新 的时代 ．人工 智能 Ar t i f i c i a l I n t e l l i - g e n c e ，简称 AI 作为计 算机 科学的 一个重要 分支，它 与原子 能技 术、空 间科 学一起被称 为本世 纪三 大科 技成 就 ．AI的长 远 目标 就是 研究人 类智 能的根 本机理 ，从而 揭示 人 类思 维的奥秘 ．而实现这 一 目标 的主要 因素就是 一个 新兴学 科专家 系统 E x p e r t S y s t e m，简 称 E S 的应用和发展 ．ES问 世三 十多年 来，其研究 有 了飞跃 的发展 ，井 已进入 了实 用阶 段 ，取得 了许 多令人 瞩 目的成就 ．比如7 0年代 中期， 由美 国 S t a n f o r d大学 的 E H．s h o r t l i l l e等人研 制的 MYCI N 专家 系统， 能成 功地对 传染病 做出专家 水平 的诊断和 治 疗 ； 此 外 ， 1 9 8 2年 美 国 一 家 地 质 勘 探 公 司 利 用 美 国 斯 坦 福 国 际 研 究 所 S RI 的 R O． Du d u a等 人研 制 的用于 矿床 勘探 的专 家 系统 P ROS P E CT OR ，成 功 地在 华盛 顿 州发现一座价 值上 亿美元的钼 矿床 ．而我 国在 交通运输 、地质 勘探、 气象预报 、医疗 等领 域也成功地开发和 应用 了专 家系统 值得注意 的是 ，随着 专家 系统在世界范 围内的广泛应 用与发展， 越来越 多的矿业 科研 工作者也积极 投身到 了专家 系统的研究 与开发 工作 中，井已取得 了一 些成果 ． 作者也试 图把 专家 系统 的基本原理、基 本方法和 先进 技术，垒 面地应 用到采矿 方法选 择这 一领 域 中来 ，井结 合其他优 化理 论和 计算机辅 助设 计 图形处理 CAD技术 ，建立 了一 套 完 整 的 地 下 矿 山采 矿 方 法 选 择 Un d e r g r o u n d Mi n i n g S e l e c t e d Me t h o d ， 简 称 UMS M 专家 系统UM S M 系统 实现 了在 Co mp a q／3 8 6微机上 的运 行， 其结果 令人 满 意 1 专 家系 统 的基 本 原 理和 结构 专家 系统 实际上 是通过 在计算机系统 中存储 大量与应 用领域有关 的人 类专 家在长期 实 践 中积累起来 的宝 贵经验， 即专 门知识，井 由计算机 利用这些知识模 拟人 类专家的思 维来 取 得高水平的 问题 求解能力 ．专家 系统 的基本结 构如 图 1 所示 1 3 收稿 日期 1 9 9 4 0 5 0 3 ‘■ t 维普资讯 ● 3 4 昆明 工 学 院学 报 9 9 4年 2 UM S M 系统 的总 体 结 构 正确选择采矿方法 是一项极 其重 要而复杂的决策 过程 ，是矿 山企业影响垒 局的 问题 之 一 ．它涉及的 因素 多， 目标 不一 ．它们不仅 自身复杂 多变 ，而且互 相联 系， 互相 制约．这 就给采 矿方法选择 的量化表 达和定性分 析，井 用明确数学模 型加以描述 带来 极大的 困难 在实际生产 决策过程 中， 当科学 的决策理 论和方法还没有被人 们充分认 识和掌握时 ，决策 过程往 往是决策者 凭借 自己丰富 的实践经验 和聪 明才智进行 的．很 早以 前，人们遇 到的 问 题 比较 简单 ，这种方法在某种程 度上有时也能 取得较好的效果 ． 然而， 在社 会发展进入 了高 科技时 代的 夸天 ，既不可能 、也 翱钼T 临 没有必要再 任 单纯的经验用传统 的简单方法来处理 大量出现的复 杂 问题 ．为此 ， 作者提 出把矿业 专 家系统 中的推 理系统 起 到控 制和 协调整 个系统 的作 用 ，其 目的在 于如何 使用知 识 库 ，即通过判断推理 采用一 定的技术及应 用知识库 中的规则 来求解 当前 问题 ．实际上推 理 维普资讯 第 5期 张 金涛 采 矿方 i 击选 择 专家 系统 3 5 系统 是通过激 活和访 问知识库 中的 某条适 用的 规则来 驾驭专家 系统的 ．目前．在诸 多的专 家 系 统 中 ， 推 理 系 统 归 纳 起 来 不 外 乎 有 ① 正 向 推 理 ；② 反 向 推 理 ；③ 双 向 混 合 推 理UMS M 中的 专家咨 询子 系统 E CS S ，采取 珍断 类型的推理 系统 ，它也 属反 向推理 系统即 用户需在输入 一定的 地质、地形 、开采技术 、经济等 条件后要 求 系统 给出一定的 方 案 具体地说 ，反 向推理是 由用户或系统 首先提 出一批假 设，然后， 系统逐一 验证这些假 设的真假 ．其推理 过程 见图 3 ． r⋯ 库及库的管理子系统一⋯ 1 f 图 2 UM S M 系统 总体 功 能流 程图 如同许多专家系统一样，E C S S要涉及矿床地质条件、技术经济条件等大量因素，它 们通 常都 是 由一 些 不精 确或不 完善的 资料 所 构成的因此 ， 为 了更好 地模 拟人 类 专家 工 作， E CS S系统 中采 用 了 目前广 为流 传 的 MYCI N 模 糊 推理 又称 为 不 确 定性 推理 模 型 该模 型的可信度的求值 作以下规定 1 证 据是单个条 件 即 如 果 条 件 则 有 条 件 B C F B 一c 目 A 卜 ma x { O ，C F } 1 维普资讯 ’ 3 6 ’ 昆明工学院学报 1 9 9 4妊 说 明 若 CF A 0 ．表 明这条规 则不能应 用，或者 说求出 则结 论 的可 信度等于规则的可 信度乘 以证据的可信度 2 证 据是 多个 条件的 逻辑组台 a 证 据 是 AND 连 接 即 I F 1 AND A， ⋯ AND A THEN B c F A COA1 AND A - - - AND A 一mi n { C OA J 】 ’C 可A 2 】 ．⋯，C OA ] CF B应等 于零 ．否 2 围 3反 向推理 示意 圈 b 证 据 是 OR 连 接 即AA1 OR A，OFA ⋯ OR A C F j COaI OF A 2 ORA 3 - , - OR A J ma x { C Oa】 】，C Oa 2 】 ，C OA ] 】 I⋯，C A ] c 两条规则即具 有相同结论 即I F A J THEN B COB ，A ] I FA2 THE N B CF A2 】 j 则先用 1 式分 别求 出 C F 1 及 C F 2 ，然 后用公式 3 r CFj CF ， 一 CF J CF2 ； 若 CFl CF2 ≥0 C F I2 { C F I C F 2 C F I C F 2 ；若C F l C F 2 曰 ≤0 L CF u CF2 ； 若 CF． CF， 0 维普资讯 第 5期 张 金涛 采矿 方 法选 择专 家 系统 3 7 例如 在 E cs s中给 出以下形式的 知 识规则 s e l e c t e d me t h o d “ 虏 柱采矿法” c o n d i t i o n S c l l ，0 ． 1 8 ， c o n d i t i o n k t q j ，0 ． 1 3 ， c on d i t i o n k t wg x ， 0 3 该 规 则 代 表矿 房 生 产 能 力 为 9 0 ～ 1 2 0 t ／d ∞0 ． 1 8 ，咿 体 倾 角 为 2 0。～2 5。 C 一0 ． 1 3 ，矿 体稳 固 C 一0 ． 3 的三 个 条件 支持下采 用“ 房 柱采矿 法 ” 的 可信 度分别 是 0 ． 1 8 ，0 ． 1 3 ，0 ． 3 ．那么 当三个条 件同时存在时， 该结论的 可信度 c 2 为 C F ⅢC F I c 1 一 C c { 1 一 C C F 2 1 一 C F I ] } 一 0 1 8 0 ． 1 3 1 0 1 8 o 3 { 1 【0 ． 1 8 0 ． 1 3 1 0 ． 1 8 ] } 0． 5 4知识 的表 达 方式 与知 识库 E CS S中的 知识来源 于专 家、专 业文献 、教 科 书及手册 等．将 这些知 识进 行归纳 总结 之后 ，选 择某 种知 识的表 达 方式 存储到 计算 机 中便形 成 知识库 ，以 供 E CS S系 统进行 决 策． 4 ． 1 E CS S中知识的 表达 目前 ，在 人 工 智能 领 域里 已经 发展 了多 种知 识 的表 达 方法其分 别 是 ①逻 辑 表 达 法 ； ②语 义网络表 示法 ； 产 生式规 则表 示法} 特性表 示法 ； ⑤框架表 示法 ； 过程表示 法 等．为 了更 好 地实现 UMS M 系统 中知识的表 达， E CS S系统 中采用 了基 于规则 的产生 式 表示 法．其 形式为 A一一⋯一B 其右部表示一组前提或状态，左部表示若干个结论或动作，其含义是“ 如果前提 B满 足， 则可推出结论 A 或应该执 行动作 ” ．但 在现实世 界 中， 大量的事 实并非 简单地 用 二值 逻辑表 示，表 现在 使 用推理 规则 上， 前提 与结 论之 间的 因果 关 系往往不 是 确定 的关 系，有 时甚至 前提条 件也不 肯定确切存在 ．但 专家却能 在解决 问题 时使用 这种 不确定的 知 识，并得 出符合 实际的 结论．为 了正确反映 出这种 不确 定性的 知识，针对 采矿 方法 选择 多 因素特 点，对 知识表达 方式进 行 了更切 合 实际的修改，采 用“ 规则架规则体” 的 形式来表 达知识．所 谓规 则架是指 一个 多前提单结论的 规则结构 ，其一般形式为 I F A1 ， A2 ， ⋯ ， A THEN B 规则架用 于表 示推理规则，规则体 用于计算推理 规则结论 因素的可 信度， 它类似于推 理规则 的结构 ’ 4 3 ． 4 ． 2 ECSS中 的 知识 库 每个 规则架对 应有一条或 多条 规则体用于数值计算 ，所 有规 则体都 用于计算对 应的规 则 架 中结论 因素的定值 ．当这 个结论 因素为罗辑断 言时， 规则体用 于计算该 结论 因素为真 时 的可 信 度．其 中规 则架 中的可 信 度 因子的 描 述 由领域 专 家给 出．将这 种 形式 化的 知 识 即以某种 模 式表示的 知识 转换成 计算机 内部表 示后 ， 便构成 了所讨论 的采矿 方法 选择 的专家 系统的 知识库 ． 例如 ；s e l e c t e d me t h o d “ 壁式 崩落 采矿法 ” 一 c o n d i t i o n S c l l ， 0 ． 1 6 ；c o n d i t i o n 维普资讯 3 8 昆明 工 学 院学 报 1 9 9 4年 F c t j l ， 0 2 c o n d i t i o n Fc t j 2 ， 0 ． 2 2 ； c o n d i t i o n Kt wg x ， 0 ． 1 8 ； c o n d i t i o n S p wy wg x ， 0 3 ； c o n d i t i o n Db q ， 0 ． 6 ； c o n d i t i o n Ks t j l ， 0 ． 1 8 ； c o n d i t i o n Ks t j 2 ， 0 ． 1 6 ；c o n d i t i o n Ks t j 3 ， 0 1 4 ； c o n d i t i o n Ks t j 4 ，0 l 5 ；c o n d i t i o n Aq t j ， 0 2 5 ；c o n d i t i o n Qd c j b ，0 ． 1 2 8 ；c o n d i t i o n Z j c b ，0 ． 1 8 8 ． ECS S中有几十个 类似的规 则，并构成 了上述的规则架 ． 此外 利 用 T u r b o P r o l o g中动态数 据库 特 有的功 能 ，应 用 谓词 a s s e r t z f a c t 将 推理 过程 中产生 的 中 间结 论 存入 到 内存 中， 同时 ，也可 用 r e t r a c t f a c t 把 它们 从 内存 中消 除从而构成 了 ECS S中的规则体 例如 m a h e s hO WO r e t r a c t x s h o w ， a s s e r t z x s h o w o ． ma k e s h o wO a s s e r t z x s hO W o ． 5结 论 c o n c l u de S c h e me ， CF r e t r a c t a b s c h e me， Ⅳ ， NM N 卜 N CF， a s s e r t z d b s c h e me S c h e me 。 NM ， UMS M 的开 发和研 制系统 的某些主 要模块 已针 对云 南某铜矿 的 实际 生产进 行了 实用 运行，其结果令 人满意 ．从而证 实了开发具 有高水 平的采矿方法 选择 专家系统的 现实意义 是 深 远 的 ． 参考文献 棒尧 瑞等 编著 ．专家 系 统原 理与 实践 ．北 京 清华 大学 出版 社， 1 9 8 8 8 7 -- 1 5 8 吴 信东编著专 家 系统 设计北 京 中国 科学 技术 大学 出版 社 ， 1 9 9 0 4 7 -- 1 4 7 陈兆 乾等 编译TURB O P ROL OG 程序 设 计．南京 南京大 学出 版社 ， 1 9 9 0 3 6 9 7 Bu c ha na n B G ． S h or t l i ffe E H ． Rul e b a s e d e x p e r t s y s t e m s ． Th e M YCI N e x p e rime n t s o f t he s t a n f o r d h e u ri s t i c p r o g r a mmi n g p r o j e c t Ad d i s o n We s l e y Pu b l i s h i n g Co mp a n y ， 1 9 8 4 6 4 --9 8 Th e Exp e r t Sys t e m of Un de r g r ou nd M i ni ng Se l e c t e d M e t h od Zh a n g J i nt a o De p a r t m e r l t o fRe s o u r c eEx p l o i t a tio n En g i n e e r i ng ， Ku n mi n gI n s t i t u t e of Te c hno l og y， K u nm i ng65 O 0 9 3 Abs t r a c t Th e t h e o r y a n d me t h o d f o r t he Ex pe r t S ys t e m ， i n c l u d i n g g e ne r a l s y s t e m o f t h e s t r uc t ur e 维普资讯 第 5期 张金 涛 采矿 方法 选择 专 家系 统 3 9 i n f e r e n c e s y s t e m ， t h e e x p r e s s i on of k n owl e dg e a n d kn o wl e d g e b a s e s ， a re e x t e n s i v e l y i n v e s t i g a t e d wi t h t h e s y s t e m of UM S M de v e l o p e d b y t h e a u t h or ． Key wor ds e x p e r t s y s tem* mi n i ng me t ho d f u z z , i n f e r e n c e t k no wl e dg e ba s e s UM S M ECS S ∞ ∞ ∞∞ ∞ ∞∞∞∞ 上 接第 2 7页 Comp ut e r Pr og r a mmi ng o f Ann ua l Sc he du l e f o r Un de r g r o und M i n i ng Hu a n g De y o n g Ch e n Xi a o h u a Xu Yu n l o n g Da i Xi a o j i a n g Z h a n g J i n t a o De p a r t me n t of Re s ou r c e Ex p l oi t a t i on Eng i ne e r i n g， Kun mi n g I ns t i t u t e o fTe c h n ol o g y ， Ku nmi n g 65 0 0 93 Li Xi o n g Lu Fu z ho u Ya n g Zu a Ca p S h i p i n g Yun n an Da g a o Co p p e r M i n e Da g a o 6 75 4 01 Ab s t r a c t T h e me t h o d s ， b l a c k mo d e l a n d r e s t r a i n i n g c a n d i t i o n s i n p r o g r a mi ng t h e mi n i n g s c h e d u l e o f u nd e r g r o un d m i n e s a r e d i sc u s s e d Th e c ompu t e r s i m u l a t i o n s ys t e m o f p r o du c t i o n pr o g r a m i ng d e scr i b e d h a s b e e n m a d e a nd a pp l i ed t o t h e p r a c t i c a l op e r a t i o n o f Y u n n an D a ga o Ca p p e r M i n e ． Ke y wo r d s m i n i n g pr o g r a mi ng l c o m p ut e r s i mul a t i o n 维普资讯