基于分层设计原理的采矿方法选择专家系统的研究.pdf

第5 6 卷第2 期 有 色 金属 矿山部分 2 0 0 4 年3 月 基于分层设计原理的采矿方法选择专家 系统的研究 李 明 胡乃联 何 煦春① 郑怀 昌② 北 京科技大 学， 山东理 工大学资环 学院 摘要 本文针对人工智能语 言 P r o l o g具有强大的逻辑推理功能的特 点， 结合金属矿 山采矿方法的分 类特 征 ， 根据分层设计的原理 ， 并运用不确定性推理加确定性因子的方法来描述系统中的定性因素 ， 构建一个基于智 能的采矿方法选择系统。该系统脉络清楚 、 条理分明， 其开发的速度和效益也明显提高。 关键词 采矿方法 分层设计P r o l o g 语言 不确定性推理 专家系统 目前我 国绝大 部分矿 山都采用 常规 方法进行采 矿方法 的选择设计 ， 智能化 程度低 ， 为 了克服这一缺 陷 ， 本文提 出 了以人工智 能语 言 P r o l o g为开发工 具 ， 以分层设计 的思想为主线构筑 的一套采矿方法选 择 的软件系统。其中分层设计原理的应用使此系统的 构造化繁为简 ， 结构清晰， 既缩短了系统 的开发周 期 ， 又节省了投资， 效益显著。 1 分层 设 计 概 述 1 ． 1 分层设计 的原 理 在设计一个大型软件系统或复杂应用程序时， 首先应深入分析 问题 找 出解决 问题 的主线 ， 然 后 由 初始 问题 开始 ， 沿 着主线 由外 向里或 从上 到下 把 问 题分成若干层 ， 再对每个层次的各个部分进行分析 ， 此时各层的简单部分可以用程序设计语言直接表达 的 ， 将不再分层 。对 于复 杂 的无法 直接 写 出程序 的 部分可以继续分层 ， 直到能够用程序设计语言将其 表达清楚 为止 。 分层设计首 先是要求设计 者必须对要解决 的问 题有一个清楚的认识， 分清主次， 找出问题的主线 ， 这一点是 至 关 重要 的。其 次 是 对细 分 的各 子 系统 模 块 采取 “ 各个击 破” 的原则来解决 问题 。 1 ． 2分层设计 的优点 1 代码 的可读性 、 重用性 、 可维护性很高 。 2 系统或程序设计思路清晰 、 易于管理 、 可操 作性 强 。 3 模块 化 的结构条理 、 简练 、 易懂 。 4 系统开发投资省 、 见效快 ， 收到了较好的实 用效果 。 2采 矿 方 法分 类 金属 矿 山采矿方法根据 回采时 的地压管理 方法 李明讲师在读博士北京1 0 0 0 8 3 不同可分为 3大类 空场采矿法 、 崩落采矿法 、 充填 采矿法 。其 中每一 类采矿方法 中又包 括多种具体 的 典型 的方法 图 1 ， 目前 比较 常用 的采 矿 方法 就有 2 1种 之多 ， 且 每一种方法 又各有 其 自身 的特点 。 金属矿采矿方法分类 I -／ 、 、～＼ ▲ 空 场 采 矿 法 崩 落 采 矿 法 l充 填 采 矿 法 房 分 阶 堕 分 分 阶 重 分 分 秦 段 段 层 段 层 段 层 层 采 鲨 采 矿 崩 崩 崩 朋 充 充 充 矿 房 落 落 落 落 填 填 填 法 法 法 法 法 法 采 采 采 矿 矿 矿 面 柱 法 _ 法 法 法 采 采 矿 矿 法 法 图 1 金属矿床地 下采矿方法分类 图 1中的阶段矿房法根据 炮孔布置 的不 同又可 分为水平深孔落矿 、 垂直深孔落矿阶段矿房法和垂 直深孔球状药包落矿阶段矿房法； 单层崩落法分为 长壁式、 短壁式、 进路式崩落法 ； 分段崩落法分为有 底柱和无底柱分段崩落法 ； 分层充填采矿法又包括 上 向水平分层 、 上 向倾斜 分层 、 下 向分层充填采矿法 等 。 采矿方法种类虽多 ， 但影响其选择的因素却大 同小异 ， 针对知 识库 中的规则 和事 实的特点 ， 我们可 以把影响采矿方法选择的因素归纳为几条， 这一特 点对于开发我们的软件系统非常有利， 使我们编写 知识库 中的规则更加 容易 。在 系统 开发 中考虑影 响 采 矿方法选择 的主要 因素具 体如下 矿 体 f 值 、 围岩 f 值 、 矿体倾角、 矿体厚度、 矿石品位、 矿体赋存深度 矿体埋深 、 地表是否允许陷落。利用 P r o l o g 语言 在具体定 义某 一种 采矿 方法 的规 则 时 ， 要 有 选别 性 地考虑这 些因素 。 维普资讯 第 2期 李 明等 基于分层设计原理的采矿方法选择专家系统的研究 1 5 3不确 定 性推 理 鉴 于采矿方法选择 系统 中涉及许多定性 因素 的 描述 ， 这些都 是 不 精 确 或 是不 完 整 的 资 料 或证 据 。 为了更好地模 拟推理 、 求 解 问题 ， 本系统 采用 了 C F模型定义可信度来表示证据的不确定性 ， 其取值 范围为[一 1 ， 1 ] ， 当可信度取大于零的数值时， 其取 值越大表示相应的证据越接近于“ 真” ； 当可信度 的 取值小 于零时 ， 其取值 越小 表 示相应 的证 据 越接 近 于“ 假” 。可信度求值可按如下规定 1 证据是单一证据时。 I F E THEN H ． ’ ．C F HC F H， E m a x { 0， C F E } 2 证据是多个单一证据的合取时。 I F E1 AND E2 AND⋯ AND E THEN H C F Hmi n{ C F E。 ， C F E ， ⋯C F E } 3 证据 是多个单一证据 的析取时 。 I F E1 OR E2 OR ⋯ OR E THEN H C F Hmax { C F E。 ， C F E ， ⋯C F E } 4 结论不确定性的合成算法 I F E1 T H E N H C F H， E。 I F E 2 T H E N H C F H， E 2 则结论 H 的综 合可信度 可先分别求 出 C F 。 H ， c F H 然后利用公式求出 c F 。 H C F 。 HC F H， E ， ma x { 0， C F E 。 } C F 2 HC F H， E 2 ma x { 0 ， C F E 2 } C F 。 2 H C F 1 HC F 2 H一C F 。 H C F 2 H 若 C F 。 H I0 ， C F 2 H I 0 C F 。 HC F 2 H一C F H C F 2 H 若 C F 。 H 0 ， C F 2 H 0 C F 。 HC F 2 H 1一 mi n { I C F H I ， I C F 2 H l } 若 C F 。 H 与C F H 异号 4采矿 方法选择 的分层设计模型 软件系统的分层体系结构 ， 目前还没有统一的 规定， 不同的应用系统可有不同的分层结构 ， 根据分 层设计 的思想 和原 则 以及便 于解决 问题 的想 法 ， 本 采矿方 法选择 系统 考虑 采 用两 种分层 模 型 ， 即结 构 模 型一和结构模型二进 行 系统设计 。 4 ． 1 分层设计 模型一及概述 模 型结构 如图 2 ， 模 型 中各模块 的定 义如下 1 系统初始化 。设置此 目标 的 目的是系统给用 户提供一些有关程序使用方 面的知识 ， 并且读 入用户 的输入信息， 本模块主要由一系列的目 标 w r i t e 组成。 l选择系统 系统初始化l 识别、 推理、 判断 I 输出结论 l 清除信息 _ l _ 上 ． ． _ 』 _ 上 _ 上 _ _ j _ 显 记 推 显 不 用 输 系 有 户 向 住 出 统 关 输 用 用 理 提 不 自 程 入 户 户 序 信 提 的 判 不 结 动 信 息 问 答 信 7 巴 案 断 息 论 成 息 图 2 系统分 层设计 的结构模 型一 2 识别 、 推理 、 判断。是程序 的主体 目标。在 此 系统 中有 2 1个 规则 对应着 2 1种采矿方法 。系统 根据用户输入的初始信息进行推理 、 判断 ， 如果符合 条件则转入下一步输出结论 ， 若这 2 1 条规则都不适 用 ， 则用第 2 2条规则 ， 即无法判断。 3 输出结论。用来显示和输出已被系统推断 出的结论 ， 该模 块规则 有两种形式 ， 一种用于识别成 功输出 系统确定 的采 矿方 法 ， 一 种用 于识别 失 败告 知用户失败的信息。规则如下 out me s s a g e n o 一 ， n l ， n l ， w r i t e ’ ’ n 1 ． n1 ． w ri t e ’ F a i l u r e ’ ， n l ， n l ， w ri t e ’ I c a n o t i d e n t i t h e m e t h o d ． ’ ， n1 ． n 1 ． out m e s s a g e Mi n i n g me t h o d 一n l ， n l ， w r i t e ’ ’ n l ， n l ， w ri t e ’ T h e m e t h o d i s ’ w r i t e ’ Mi n i n g _ me t h o d ． ’ ， n 1 ． n 1 ． 4 忘记信 息。即系统识别完一种采矿方法 后 ， 在识别另一种之前必须“ 忘记” 同上一个 “ 采矿 方法” 用户 问答时所掌握 的全部事实 ， 这可 以通过 删 除子句来完成 ， 删除形式 为 f o r g e t 一r e t r a c t i s f a c t A t t ri b u t e ， T y p e ， f a i l ． f o r g e t 一r e t r a c t i s n o t A t t ri b u t e ， T y p e ， f a i l ． 以上 4个子 目标还可以继续分别细分为更多个子 目标 ， 一直到可 以方便地用 P r o l o g程序表达出来为止。 下转 第 2 6页 维普资讯 2 6 有 色 金属 矿山部分 第5 6 卷 爆 网路传爆结点的阶数越多时， 复式交叉起爆 网路 较其它起爆网路传爆性能稳定的优点更加明显。 4 结 语 在以导爆管雷管作为传爆元件和起爆元件的导 爆管起爆网路中， 起爆网路的传爆性能与传爆路径 的多少密切相关 ， 传爆路径越多， 起爆 网路的可靠度 越高， 传爆性能越好 。由于复式交叉起爆 网路 的传 爆路径随传爆结点阶数的增加不断增多， 所 以， 复式 交叉起爆网路具有非常稳定 的传爆性能 ， 且优于复 式起爆网路 ， 而复式起爆网路的传爆性能优于单式 起爆 网路 。 参 考 文 献 1 钮强 ， 张敢 生 ．常用 几种 非电起 爆元 件 及传爆 结点 可靠 度 的确 定[ J ] ．爆破器材 ， 1 9 9 1 ， 3 5 ～ 7 2张正宇 ， 张文 煊 ．塑料 导爆 管 接 力起 爆 网 络 的实 用研 究 [ J ] ．爆 破器材， 1 9 9 3 ， 3 2 1 ～ 2 7 U 上接 第 1 5页 图 3 基于用户层／ 服务层 的结构 模型二 4 ． 2分层设计模型二及 概述 该分层设计将一个完整的应用分割成前端的用 户层和后端的服务层 图 3 ， 用户层负责接收和整理 来 自用户的数据、 信息， 并 向后端的服务层发送请求； 而在后端的服务层则等待来 自客户层的请求， 当接收 到请求后 ， 将处理结果发还给用户层 ， 然后 由用户层 显示 给用 户 。其 中的网络层 可 以是真 正的 网络 ， 从而 可以实现系统资源的共享； 或者网络层干脆没有 ， 此 时用 户层 和服务层就融 合为一个计算 机 ， 即在单 机上 实 现用户层／ 服务层 的应用 。 5 系统 的 开发 工具 整个采矿方法 选择 系统 主要 采用 两种开发工具 Vi s u a l P r o l o g 5 ． 0及 V i s u a l B a s i c 6 ． 0实 现 。主要 利 用 P r o l o g 语 言所具有 的强大 的逻 辑推 理功 能 ， 以及对 不 确定性问题所具 有的模 糊处理 能力的特点 ， 根据预先 编制的知识库中的事实和规则来进行推理， 从而获得 满意的答案。 6 结 论 采矿方法选择专家系统的构建可以使采矿方法 的选 择实现智能化 ， 减轻采矿 工程设 计人员繁重 的重 复性的劳动， 也为我国矿业尽早实现全局智能做了一 些铺 垫工作 。分层设 计 的思 想应 用 在矿 山软件 系统 的开发方面具有极大的灵活性和有效性 。便于实现 系统的模块化 ， 使系统开发层次分明， 脉络清楚 ， 易读 易懂 ， 既缩短了开发周期 ， 又节省 了投资且使系统维 护更加方便 。 ’ 参 考 文 献 1 竺伟 ， 李卫国， 周有庆 ． 电力综和仿真实验室 D T S的分层设计 ． 长沙电力学院学报 自然科学版 ， V o L 1 2 N o ． 4 N o v 1 9 9 7 2 刘建 ．分层设计思路在广域网系统中的具体实现 ．计算机辅助 工程 ， N 0 ． 3 S e p t 2 0 01 3 倪劲峰 ， 王克祥， 等 ．利用 X ML和 J a v a S e r v l e t 实现 We b的分层设 计 ．计 算机 工程 ， V o 1 ． 2 7 N o ． 5 Ma y 2 0 0 1 4 孙秋东 ．软件系统的分层设计 ． 计算机工程与应用， 2 0 0 1 7 5 魏一鸣 ， 陈孝华， 童光绪 ． 基于神经网络的采矿方法选择专家系统 的研 究 ． V o 1 ． 1 2 N o ． 6 N o v 1 9 9 4 6苏畅， 蔡京球 ．新一代智能语言 V i s u a l P m l o g 计算机应用研究， 1 9 9 9 8 7 杨冀宏 ， 阚丹锋， 等 ．用 P r o l o g和 T u r b o P r o l o g 语言开发专 家系统 ．1 9 9 0 ， 1 05～ 1 21 8 王永 庆 ．人 工智 能原 理 与 方 法 ．陕 西 西安 交 通 大学 出版 社 ， 1 7 2 ～ l 7 5 9解世俊 ． 金属矿床地下开采 ． 北京 冶金工业出版社 ， 1 3 1 ～1 3 2 、 口 ． 网络层． 维普资讯