矿床技术经济评价智能决策支持系统设计(1).pdf

第 1 1 卷第 5 期 1 9 9 5 年 9 月 湖南有色金属 矿床技术经 济评价智能决策支持系统设计 魏一鸣 ’ 童光煦” 北京科技大学 4 92信箱 摘要 本文依据大系统 理论的原理 , 设计了矿床技术经济评价智能决策支持系统的基本结构 . 并以采矿方法选择子系统为例 , 说明了基于知识的智能决策支持系 统的设计方法 和实施技术 . 关键词 矿床经济评价智 能决策支持系统大系统理论采矿方法 O 引言 我国 目前处于经济起飞阶段 , 国家经济 实力的增强和人民生活水平的提高 , 极大地 依赖于人类对矿产资源的利用 。 而随着社会 的发展 , 科技的进步 , 人口的增 长 , 矿产资源 的消耗速度也越来越快川 。 因此 , 开展对矿 产资源的合理 利用的研究 , 已成为我国政府 关注的间题之一 。 矿床技术经济评价作为矿 产资源合理利用的核心课题 , 为矿产资源合 理利用提供科学的决策依据 。 国内外的地质勘探 , 矿 山设计 , 矿山开采 的大量经验和教训均已表明 , 矿床技术经济 评价在矿产资源的科学管理和决策 中占有重 要地位 。 在 国外 , 矿床技术经济评价工作已 经广泛地应用于矿产资源的开发决策 中 , 而 且大量使用电子计算机作为辅助工具 。 而我 国在这方面的研究工作却只是刚刚起步 。 在 过去 , 不少矿山因一开始没做好矿 床技术评 价工作 , 使并不该投人资金进行再勘 探或开 发的矿床 , 却因未能及时做出科学的决策 , 而 越陷越深 , 不仅无一点经济效益可言 , 而且破 坏了环境 。 给国家背上了包袱 。 随着改革开 放的不断深人和市场经济的调节作用 , 进行 . 讲师 、博士生** 教授 、博士生导师。 矿床技术经济评价不仅必要而且非常迫切 。 而另一方面 , 由于历史的原因 , 使得当前我国 在矿床技术经济评价 方面不论在理论上 , 还 是在方法上均与国外 存在一定的差矩 。 因 此 , 在国际竞争日趋激烈的形势下 , 研究如何 在已有成功的经验基础上 , 应用现代科学 中 出现的新理论 、 新技术 、新 手段完善我国矿床 技术经济评价的理论和方法已是迫在眉捷的 工作 。 科学的决策不仅需要正确理解我国经济 建设的方针政策 , 还需要可靠的数据和信息 、 多学科的知识 、 有关专家的经验和系统分析 的方法 , 而建立专家决策支 持系统是其最有 效的途径 。 因此 , 开展矿床技术经济评价专 家决策支持系统 的研究 , 为解决矿产资源利 用的科学决策提供了一条崭新的思路和科学 的方法 。 系统设计原理 1 . 1 多级专家系统原理l 1 z 矿床技术经济评价是一个规模庞大 、 结 构复 杂 、 功能综合 、 因素众多 、 层次繁杂的复 杂的大系统 , 针对这样一个复杂的开放系统 , 我们采用 “ 多级专家系统 ”的设计方案 如图1 湖南有色金属 第 11 卷 所示 , 给 出了三级专 家系统的情形 。 事实 上 , 可根据系统 的规模和 问题的特征确定其 系统级数 。 上 级 S尼51百 s臼。 、 中级 黔 巴 图1 SESil】 【S 三512 s“。1 s“ 。2卜一下级 多级专家系统三级 多级专家系统简称M咫是大系统理论 与人工智能相结合的产物 , 也是多级 递阶控 制与专家系统相结合的第三代专家系统的典 型代表 。 MES的基本结构是由总体专家系统 G 咫一e G ner n l 公禅r t Syse t m和专 业专家 系统 S ES - S衅妞Ex ] 姆r tSyse tm构成 , 其中 S咫可由 子SES构 成 , 如此 扩 展 就形成了 M万习 。 G咫用 于对下级各S咫进 行协调控制 , G咫将复杂的问题分解为若干较简单的子问 题 , 形 成各 自的S咫 。 GES对各S咫的问题求 解结果进行综合分析 , 协调平衡 , 以便在各子 问题的局部解的基础上 , 求得总问题的全局 解 。 S咫用于求解专门问题 , 根据G咫制定的 多级解题规划分别对专业子系统问题进行求 解 , 在G咫的协调控制下 , 各SS E求得总问题的 解 。 各S咫一方面接受G咫所分配的子问题 , 并将求解结果返回G咫 , 另一方面还要 接受 GS E下达的协调任务 , 对相应的子问题的局部 解进行必要的修正 , 以便协调 配合 , 解决矛 盾 , 这样 , 才能在各子系统问题的局部解的基 础上 , 求取总问题的全局解 。 因此 , 对于矿床技术经济评价这样一个 复杂的大系统问题 , 其智能决策支持系统的 开发和研制 , 我们 认为必须依赖于 “多级专家 系统 ”的设计原理 。 1 . 2 系统的层次结构设计 在上述原理的指导下 , 根据矿床技术经 济评 价问题的特点 , 我们将其分为数据库管 理子系统 , 数据处 理子系统 , 矿床模型子系 统 , 图形 处理子系统 , 专家咨询子系统 , 指标 优化子系统 、 财务评价子系统共七个子系统 , 每个子系统又由其各 自的子子系统组成 。 依 此 , 我们对该系统的层次结构进行了设计 。 图2即为该系统的层次结构图二 2 采矿专家子系统实现a l I 2 . 1 采矿专家子系统的组成和功能 在矿床开采 中 , 采矿方法方案的选择一 般经历方案的初选和对初选方案进行技术经 矿床经济评价系统 统计 图 表等值线 图投影 图 截 面 、 剖 面 矿层 对比图 钻孔 柱 状 图 一二 维模 型图 、 断 面图 三 克里维模金 型 二维克 里 金模 型矿床 实 模体 型 数数据州州 黔黔瓢瓢子子勇勇勇勇 数数数修修 查查打打 据据据改改 询询印 印 录录录录录录 人人人人人人 数数据处理理 子子 系统 统 数数数数数 数数 据据据 据据 据据 统统统可 可整 整 计计计靠靠理理 分分分 性性性 析析析 检检检 验验验验验 子系统} 【 一圣二签二统 专专家咨咨 翌翌 子子系 系系 采采采选选 产产 矿矿矿 矿矿 口口 专专专专专 口口口 家家家家家方方 系系系 系系案 案 统统统统 统 专专 家家家家家 系系系系系 统统统统统 指指标优化 化 子子系统 统 指指指模模 模模 标标标型 型型型 参参参建建 求求 数数数立 立解 解 选选选选选 取取取取取 财财务评价价 子子系统 统 微微微 宏宏结结 观观观 观观 果果 财财财财财分分 务务务务务 析析 评评评评评评 价价价 价价价 图 矿床技术经济评价层次结构图 2 第 5 期魏一鸣等 矿山技术经济评价智能决策支持系统设计 济分析两个阶段 ]4[ 。 针对这样的一个特 点 , 我们曾对采矿方法选择专家子系统进行了结 构设计 。 该子系统又包括其自身的 五个子系 统 。 该子系统的组成由图3所示 。 库库及库的管理子系统统 幽幽幽幽幽幽幽遍遍 知知知知知识库库库库库库库库 数数数数数数数据库库库 用用用用 障 糊层次评价子系统统 户户户户户户户户户户户户户户户 接接接接接接接接接接接接接接 瞿瞿瞿瞿瞿瞿瞿瞿 口口 知知知识 识识识识识识识 获获获取 取取推推推推推推推推推推推 理理理理理理理理理理理理 瞬 本匹配 配 机机机机机机机机机 解解解释机构 神神神神神神神神神神神神神经网络子系统统专专家咨询子系统 统统统统统统统 用用用用用用用用用用用用用户户户户户户户户户户户户 图3 采矿专家子系统组成 该系统的主要功能是根据矿床的埋藏条 件和开采技术条件 , 确定矿床开采的采矿方 法方案 。 首先 , 能对矿床的埋藏及其开采技 术条件进行数据的初始化处理 , 例如围岩性 质的判别等 。 然后 , 根据这些初始化后的矿 床埋藏条件及开采技术条件等静态事实 , 依 赖于知识库中存储的专家知识 , 给出矿床开 采方法的定性方案 。 再根据影响各种采矿方 法的技术经济指标的因素特征值 , 由训练后 的神经网络给出某一方案的技 术经济指标 值 。 当专家系统给 出多于 一个方案时 , 能根 据给出的可信度指标及其技术经济指标值 , 对方案进行模糊评价 。 依据评价结果 , 系统 给出最终方案及其技术经济指标预测值和该 方案可信度 。 2 . 2 知识的表示及知识库 采矿专家子系统中的知识来源 于专家 、 教科书 、 专业文献及设计手册 、 规程等 。 将这 些知识进行归纳总结之后 , 选择某种知识的 表达方法存储到计算机中形成知识库 。 因 此 , 知识库就是专家知识 、经 验与书本知识的 存储器 。 在采矿专家子系统中知识的表达采 用了产生式规则表达方法 。 整个知识库由静 态数据库 、 产生式规则库以及动态数据库三 个部分组成 。 静态数据库包括了矿床赋存条件 , 开采 技术条件等静态事实 。 在起始的数据管理中 用谓词逻辑进行描述 , 例如 d r _ a ng l e _ o f 一 6比网gx , 一g l e _ o f _ 眠饮记g LI STZ , m e n u 10 , 60 , “矿体倾角” , LI STZ , CHOI CE , 且以助wwindo加3 , 7 , “, , , 10 , 60 , 13 , 19 , removewi n dow , i nd e x L IS T Z , CHOIC E , X . 产生式规则库则用I.F ⋯ T H E N的形式 表达专家经验和知识以及专门领 域的理论知 识 , 例如 mini ng 一m e山团“普通全面法” 一c o ndii t on hdl , 0 . 13 , c o nidtion q g 2 , 0 15 , c o nidti on 比l , 0 . 2 , c o nidtlon kw t d 3 , 0 . 2 , c o n ditlond blf4 , 0 . 3 , c o i d n t10nd bZf3 , 0 . 2 , c o nidtion bll , 0 . 25 . 动态数据 库采用了Tu rb o o r P lg o 谓词 侧治ei r 比或 概 a r t 以及e ra t c t 使中间结论调人 内存 或从 内存中消除 。 2 . 3 不确定性推理 由于采矿方法的选择涉及许多定性因素 的描述 , 这些都是不精确或不完善的资料 , 信 息与数据 。 因此 , 为了更好 地模拟人类专家 工作 , 在该子系统 中采用了适宜采矿方法方 案选择的MYCN I模糊推理模型s [, 6】 , 文献【 7 1 给出了这种基于 可信度因子的不确定性推理 湖南有色金属第 1 1 卷 的基本原理及其可信度因子的计算方法 。 2 . 4 神经网络模型 采矿专家子系统 中应用了神经网络的 “函数 逼近 ”功能 [8] , 通过训练神经网络来预 测某一特定方案的技术经济指标 。 这种方法 的实质就是把影响采矿方法技术经济指标的 影响因素集X和采矿 技术经济指标集Y之间 的关系视 为复杂 的函数关系 , 即Y一 GX 。 通过把实例中的X集通常取采矿方法类型x l 落矿方式 x , 出矿方式 x3 , 矿体埋藏深度x 。, 平 均品位x 。, 倾角 x。 , 厚度 x7 , 矿体f值几 , 围岩f值 x。做为神经网络的输人 , 而把其相应的技术 经济指标 通常取 采场生产能力y l , 贫化率y , 损失率y 3 , 千吨采切比y ; , 采矿工效y 。, 炸药 消耗y 。, 木材消耗y 7 , 安全程度y s作为神经网 络的输出来 “训练”神经 网络 , 网络得到收敛 后 的 “ 内部连接权值 ”表达 了这种函数拟合 “G” , 从而得到技术经济指标预测的目的 。 3 应用实例及主要结论 通过对矿床技术经济评价智能决策支持 系统的初步设计及其某些子系统的开发和研 制 , 其部分成果已得到应用 , 但整个 “大系统” 的完善仍需要较长一段时间的努力 。 我们深 信 矿床技术经济评价智能决策支持系统的 开发和研制 , 将会极大地提高矿产资源合理 利用的管理和决策水平 , 也将会为矿产资源 的管理和决策提供一个崭新而有效的辅助工 具 。 参 考文献 童光煦 . 采矿与采矿科学 . 中国矿业 , 19 92;1 1 9一2 2 涂序彦 . 大型专家系统设计方法 . 中国人工智能90 , 19 90; l 一6 魏一鸣 , 童 光煦 . 荃于神经网络的采矿方法选择专家系统 研制 . 中国锰业 , 1994;6 1 1一15 魏一鸣 , 周 昌达 . 采矿方法选择的综合评价决策 . 昆明工 学院学报 , 19 93;21 1一16 赵瑞清 . 专家系统原理 . 北京 气象出版社 , 1987 ; 1 29一 1 306Sb O找比 feE . H 0 CmP ut e卜议口习m氏比川 印山川协山。 MYCN I . Amer k助日医v妙 , N合汾YOrk , 1976 ; 151一154 魏一鸣 , 童光煦 . 基于可信度因子的不精确推理模型及其 应用 . 昆明工学院学报 , 19 94;3 4 0一4 3 脚钾咧明 R. P n A 功加团鱿山no t O CmP u如gw此 N七址u lN七枷ok r . 压E E月粥P 恤笋山 e . 1 98 1 ;44一22 后豪.云英组燕或绍毛绝劝毛燕口月芭劝 毛亩劝毛召,弓轰翻是鑫刃毛毛妇毛芭劝毛鑫组毛亩劝毛留. 月盛.篇翻若盖口毛茜.云若口毛二.后二. 摘苦翻毛鑫妇豆鑫妇是若妇毛自幼后番毛云妇毛菠妇毛巨劝石目.毛芭.毛芭口月鑫.云亩.月污口毛百. 专若.石专口石亩, 湖南有色金属1996年征求订户启事 湖南有色金属是中国有色金属工业总 公司长沙公司 、 湖南有色金属学会主办的综 合性 有色冶金技术刊物 , 国内公开发行 。 本 刊系湖南省优秀科技期刊 , 并被列为 “ 中国矿 业类中文核心期刊 ”, 排第1 4位 。 主要报导本 地区有色金属采矿 、 选矿 、 冶炼 、 分析检验 、 节 能 、 环保 、 金属材料与加工及企业经营管理等 方面的技术工艺 、 科研成果和学术论文 , 同时 还针对本省生产 、 科研和读者的需要 , 介绍国 内外最新科技动态 , 开展技术问题讨论 , 举办 新知识 、 新技术专题讲座 , 发表国内外专题述 评 等等 , 可供从事冶金 、 化工 、 分析 、 环保 、 能 源等有关专业的科技人员 、 管理人员以及高 、 中等专业院校师生参考 。 本刊由编辑 部 自办发行 , 每期定价2元 , 全年共计1 2元 。 需要订阅湖南有色金属的 单位和个人 , 请直接向本刊编辑部订阅 。 地 址 湖南省长沙市赤岭路9 5号湖南有色金属 研究所内 。 银行帐号 中国工商银行长沙市 东塘办事处09003 202 123 。 湖南有色金属编辑部