采矿方法选择辅助决策专家系统.pdf

I S SN 1 67129 0 0 CN 431 3 4 7／TD 采矿技 术第 1 0卷第 4期 Mi n i n g Te c h no l o g y，Vo 1 ．1 0， No． 4 2 0 1 0年 7月 J u l y 2 0 1 0 采矿 方 法 选 择 辅 助 决 策 专 家 系 统 刘晓亮 ， 褚洪涛 1 ． 长沙矿山研究院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 ； 2 ． 国家金属采矿工程技术研究 中心 ， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 通过对采矿方法专家系统的研 究现状进行分析 ， 总结各种采矿方法选择专家系统 的优缺点 ， 提 出采矿方法选择辅助决策专家系统。该 系统并不追求单一的结果 ， 而是通过 对多个 目标进行分析、 计算、 倾向性排序 ， 辅助决策者进行采矿方法选择 ， 能够最大限度 的 利用计算机和人脑的优势进行采矿方法选择决策。 关键词 采矿方法选择 ； 辅助决策系统 ； 倾向性排序 ； 专 家系统 采矿方法的合理与否直接影响着矿山的安全 、 经济及高效生产 。采矿方法选择专家系统的引入能 够更加充分利用采矿领域采矿方法选择 的经验 、 理 论、 策略， 更加快捷 、 全面的选择出合适 的采矿方法。 由于采矿方法选择需要考虑 的因素太多 ， 并且其 中 一 些因素因时问、 地点 、 个人倾 向的不同而不同， 故 采矿方法选择专家系统多针对特定的矿体， 没有得到 普遍推广。本文综合之前采矿方法选择系统的成功 之处， 创新f 生 提出采矿方法选择辅助决策专家系统 。 1 采矿方法选择专家系统 1 ． 1 专家系统简介 专家系统是 1 9 7 0年代兴起的一门计算 应用科 学 ， 是以广泛的人工领域专家知识为基础 ， 应用推理 方法模拟领域专家思维与解决领域问题的过程 的计 算机程序 ， 它同模式识别 和智能机器人构成 了人工 智能科学的三大前沿领域 。 一 个成功的专家系统 ， 应当是综合吸收了本领 域的理论知识和众多领域专家的实践经验及解决实 践问题 的策略 ， 并且能够模拟专家的求解思 维过程 去解决本领域的问题 。专家系统不仅能使领域专家 的知识与智能得以充分发挥 ， 同时作为计算机程序 的专家系统又具有不受人心理因素 、 地域因素、 时间 因素的影响， 以及方便 ， 灵活、 准确 、 快速的优点。专 家系统作为一种有效 而实用 的工具 ， 为人类提供 了 保存 、 传播、 利用和评价领域专家知识和经验的一种 有效手段 。 一 个专家系统有两个主要 的组成部分 知识库 和推理机 。图 1 表示 了知识库、 推理机与知识 工程 师 K E， K n o w l e d g e E n g i n e e r 、 领域专家 D E， D o m a i n E x p e r t 之间的关系。 知识工程师 用 由 领 域 专 冢 图 1 专家系统基本结构 1 ． 2 专家 系统研究现状 采矿方法选择专家系统在采矿方法选择中应用 较广泛 ， 如采矿方法选择专家系统 、 采矿方法选择神 经网络专家系统、 集 成多属性效用理论和专家系统 的采矿方法选择决策支持系统 、 基于 问题原型的采 矿方法选择专家系统、 层次分析决策方法 、 采矿方案 的模糊优选 、 模糊集理论等。 采矿方法专家系统包含了采矿方法决策 、 分类 知识和查询模块 3大模块 ， 结构较完整 、 功能丰富。 但此系统推理机判断形式单一 ， 在处理相互影 响的 参数时将力不从心 ； 系统人机界面采用命令 问答形 式 ， 不利于进行参数录入、 查看和修改。 采矿方法选择神经网络专家系统具备神经网络 所特有的智能程度 高的特点 ， 此 系统不仅使专家系 统具有处理复杂问题 能力 ， 同时也使专家系统具有 自我学习、 完善能力。但是 ， 相对于基于规则等流行 结构的专家系统 ， 神经网络专家系统结构十分复杂 ， 其研发要困难很多 。并且神经网络专家系统结构复 杂 ， 开发时容易出错 ， 调试 、 维护 困难。要使采矿方 法选择神经 网络专家系统能够根据冗繁复杂的条件 选出适合的采矿方法 ， 需要投入大量的人力 、 物力和 时间 ， 限制开发与推广。 多属性效用理论应用于采矿方法选择专家系统 2 采矿技术 的成功之处在于把复杂的问题条理化 、 简单化 ， 这使 得采矿方法专家系统的 目的不再是一味的追求完全 满足的单一 目标 ， 而是通过将采矿方法选择结果进 行不同倾 向性排序 ， 提供决策支持。虽然多属性效 用理论给专家系统在采矿方法选择的应用 中的提供 了一个新思路 ， 但是矿山开采 的倾 向性会 因矿体 的 开采、 环境的改变而改变， 如果仅靠倾 向性排序而确 定某个适合矿山开采的采矿方法是十分困难 的。 从采矿方法 方案 选择的相关参考文献来看 ， 神经网络理论 、 多属性效用理论、 模糊数学理论多用 于特定的矿体采矿方法选择、 分析 、 优化 ， 并未形成 普遍适用的专家系统 ， 虽在相关文献中有提及 ， 但未 见详细描述或普遍推广应用实例 。 2 采矿方法选择辅助决策专家系统 2 ． 1系统特点 综合之前各种采矿方法专家系统的成功之处， 提出采矿方法选择专家 系统设计新思路 不使用采 矿方法专家系统去追求完全单一 目标 ， 而是通过对 多个 目标进行分析、 计算、 倾 向性排序 ， 决策者在排 序结果中选择满足其倾 向性 的采矿方法。这样不仅 利用了计算机程序在大量数据上处理上的优势 ， 给 决策者创造更大的选择空 间， 也发挥人类在处理动 态问题 的优势 ； 不但降低了专家系统的研发难度 ， 同 样也使得采矿方法选择结果更加符合实际。 2 ． 2 系统组成 采矿方法选择辅助决策系统有 6个模块组成 采矿方法知识库 MMK D， Mi n i n g M e t h o d K n o w l e d g e D a t a b a s e 、 推 理 机 I E， I n f e r e n c e E n g i n e 、 解 释器 I P， I n t e r p r e t e r 、 知识收集器 K C， K n o w l e d g e C o l l e c - t o r 、 知识查询器 K Q E， K n o w l e d g e Q u e r y E n g i n e e r ， 系统用户界面 U I ， U s e r I n t e r f a c e 。 采矿方法知识库中主要存贮了采矿方法知识子 库和采矿方法选择判断规则子库两部分内容 。采矿 方法知识子库内存储了采矿方法分类、 适用矿体参 数 、 应用情况 、 技术经济指标等数据 ， 采矿方法选择 判断规则子库 内存储了采矿方法选择判断规则和响 应的解释记录。 推理机的功能是模拟采矿专家选择采矿方法 的 思维， 通过调用采矿方法知识库中的内容进行分析、 倾 向性排序。 解释器用来解释系统推理机做 出判断的依据 ， 是实现系统透明性的主要部件 。 知识查询器 主要 用于采矿方法相关知识的查 询 ， 如典型方案图、 实际应用情况、 技术经济指标等 的查询。 知识收集器有两大主要功能 系统研发人员通 过知识收集器对采矿方法知识库 内专家知识进行修 改 、 优化 、 补充 ； 用户通过知识收集器提交应用 回馈 信息。 用户通过用户图形界面与专家系统进行专家系 统各项功能操作 ， 以实现数据输入 、 知识查询、 推理 解释等功能。 2 ． 3实现过 程 2 ． 3 ． 1 系统实现过程 用户通过 u I 输 入矿体赋存参数 、 技术经 济参 数 、 开采特殊性要求等数据。I E调用用户输人 的参 数 ， 结合采矿方法知识库中的信息 ， 按照推理规则推 理。I P对推理过程中的各个步骤进行实时追踪、 记 录、 解释 。在推理过程完毕之后 ， 推理结果将存储至 MMK D， 同时由 u I 进行输出。用户通过 K C反馈使 用信息， 也能通过 K Q E查询采矿方法具体应用实 例。图 2为系统的结构与流程。 用户数据录入反馈信息录入 图 面、 l 曼 旦 ；_ fllgtJ 图 形 界 面 I} 米 柳 刀 U I ／ ／ l竺 登 I l 存 储 【 竺 L ． _ 1 塑 兰 卜 - J 采矿方法应用实例查询 图2 采矿方法选择辅助决策系统结构与流程 2 ． 3 ． 2 采矿方法知识库 采矿方法知识库主要 由矿山基本信息、 矿山地 质条件 、 矿床赋存 要素、 采矿方法名称、 矿床开采特 殊要求及技术经济指标等数据构成 。其 中采矿方法 分类及命名属于描述性知识 ， 将采矿方法名称类参 数化后存储 ， 如 C T U P F C D Z表示 “ 点柱上向分层 充填法” 。判断规则以判断语句形式存储， 解释规 则以文字描述形式存储 。 2 ． 3 ． 3 推理机实现过程 本系统主要采用正 向推理方式 ， 基本思想是从 已知事实出发， 应用产生式规则 ， 经过逐步推理得出 结论。本系统推理机由两个模块组成 ， 第一个模块 是采矿方法初选 ， 其功能是根据矿 山地质条件 、 矿体 赋 存情况等 自然 因素 ， 参 照MMK D中的采矿方法 ， 【 下转第 3 7页 祝军 里伍铜矿井下运输系统改造方案优化选择 3 7 大 ， 通风困难 ， 运输线长 ， 优点是不需要二次倒运 ， 管 理简单 ， 技术要求不高。 2 ． 3混合盲斜井提升方案 该方案如第 1节所 述。其掘进 工程量 1 2 3 2 ． 6 m。 ／1 78 m ，其 中卸矿硐室 3个 ， 振动放矿机 3台， 辅 轨 1 2 6 m， 卸矿曲轨 3 付。 工程造价为 掘进 1 9 ． 8 4 5万元 ； 装矿硐室 6万 元 ； 卸矿硐室材料及安装 1 5万元 ； 振动放矿机 含 安装 7 ． 5万元 ； 辅轨 4 ． 9 1 4万元 ； 矿车 1 2辆 ， 1 2万 元 ； 提升和运输费用按 1 ． 8 t 计 ， 1 4 4 ． 1万 t 1 ． 8 t 2 5 9 ． 3 8万元 ； 共计约 3 2 4 ． 7 2 5万元。 该方案一次性 投资少 ， 井 巷工程少 ， 施工 周期 短 ， 但提升费用大， 且混合盲斜井是提升全部物料 的 唯一通道 ， 采用串车提升 ， 对施工单位的管理水平和 操作人员技术素质 、 责任心都要求 高， 管理复杂 ， 若 提升系统出现 问题或是操作人员与生产不相适应 ， 将不能保证 4 5 0 5 0 0 t ／ d生产任务的完成 。 2 ． 4改造方案的确定 根据上述 3个方案 的技术经济 比较 ， 确定采用 上接第 2页 淘汰技术不可行 的采矿方法 ； 第二个 模块是倾 向性 分析 ， 其功能是结合 MMK D中类似矿山的技术经济 指标 ， 将初选 的采矿方法进行如倾 向于额外安全考 虑 、 最高矿石 回收率 、 最快收益 、 最低开采成本、 最高 开采效率等方面的计算 、 分析 、 排序 。从而实现给投 资者提供采矿方法选择倾向性建议。 2 ． 3 ． 4 解释器实现过程 解释器负责 回答用户提出的问题 ， 解释专家系 统做 出判断的依据 ， 是实现系统透明性 的主要部件 。 解释器有两个部分组成 监视程序 和解释记录。监 视程序集成于推理机 中， 当推理机进行某 步骤 的推 理需要进行解释时 ， 自动调用监视程序 ， 监视程序调 用相 应 的解 释记 录进 行解 释。解 释 记 录存 储 在 MMK D中， 由问题编号和解释内容构成。 3 总 结 本文通过对采矿方法选择专家系统 、 神经网络 专家系统 、 集成多属性效用理论和采矿方法选 择决 策支持系统等进行研究 ， 根据采矿方法选择 的特点 ， 提出一个新的专家系统设计思维 专家系统最终的 第 1方案 为下部 D E矿体开拓 运输系统 的改造方 案 ， 即2 6 4 0中段平巷连接下部主溜井运输方案。 3 结 语 确定 的改造方案经过近一年半 的施工建设和近 一 年的生产运行， 都符合当时设计的要求， 为里伍公 司生产任务的完成和效益的提高起到了非常重要的 作用 。采取将主溜井的断面在生产检修期间进行扩 大和改用 1 0 t 电机车牵引 ， 增加 了牵引的矿车数量 ， 提高 了一次运输能力 ， 克服 了主溜井储矿能力不足 、 运输距离较长等缺点。 参考文献 [ 1 ] 采矿手册 编委会． 采矿手册 第二卷 [ 1V I ] ． 北 京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 0 ． [ 2 ] 古德生 ， 李夕兵 ． 现代金属矿床开采科学技术 [ M] ． 北京 冶金 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 0 4 作 者简介 祝 军 1 9 7 0一 ， 男 ， 四川 内江人 ， 总 经理 ， 工程 师， 从事矿山管理工作。 目的不是要选择出能够满足决策者全部需求 的单一 采矿方法 ， 而是通过对所有满足矿 山开采技术条件 的采矿方法进行不同倾 向性排序 ， 给决策者提供决 策参考 ， 辅助其采矿方法选择决策。这不仅大大减 轻了专家系统的研发难度 ， 同时也利用人脑根据实 际进行动态决策采矿方法 ， 使采矿方法 的选择结果 更加准确、 更加符合实际需求 。 参 考文献 [ 1 ] 蒋瑾瑜． 关于采矿方法选择 的专家 系统设想 [ J ] ． 有色冶金 设 计与研究 ， 1 9 9 8， 1 9 2 1 7～ 2 0 0 ． [ 2 ] 娄富昌 ， 等． 地下金 属矿 山采矿方 法选 择及应 用 [ J ] ． 世界 矿 业快报 ， 1 9 9 2， 1 2 2 7～ 4 6 ． [ 3 ] 杨洪军 ， 等． 基 于问题原 型 的采矿 方法 选择 专家 系统 的研究 [ J ] ． 黄金 ， 1 9 9 7， 1 8 1 9～2 2 ． [ 4 ] 王广成 ， 等 ． 采矿方法选择 集 成多 属性效用 理论和专 家系统 的决策支持系统 [ J ] ． 国外金属矿山 ， 1 9 9 6， 1 2 4～ 2 7 ． [ 5 ] 冯定． 神经网络专家系统[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 6 1 ～ l 1 ． [ 6] 黄可鸣． 专家系统 [ M] ． 南京 东南大学出版社 ， 1 9 9 1 ． 收稿 日期 2 0 1 0 0 2 0 5 作者 简介 刘晓 亮 1 9 8 4一 ， 男， 甘 肃 兰州人 ， 硕 士 ， 助 理 工 程师， 主要从事采矿工艺及矿 山数字化研 究工作， Ema i l l i g h t l a u ms n ． c o rno