计算机技术在采矿工业中应用现状与展望.pdf

《计算机技术在采矿工业中应用现状与展望.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机技术在采矿工业中应用现状与展望.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、计算机技术在采矿工业中应用现状与展望张金山(包头钢铁学院?014010)摘 要 本文在讨论计算机在采矿工业中应用现状的基础上,将着重讨论英国诺丁汉大学采矿系目前正在进行的研究工作,具体内容包括:专家系统、知识归纳法原理、基于实例的推理系统和人工神经网络技术。最后,作为一个智能计算机程序应用例子,简要介绍了矿山锚杆支护设计与选型专家系统。关键词 采矿工程 计算机技术专家系统CURRENT SITUATIONAND PROSPECT OF COMPUTERAPPL ICATIONIN MININGIND USTRYZhang Jinshan(Baotou Instituteof Iron&Stee

2、l Technology)Abstract:Based on discussion about the currentsituation of computer applicationin mining industry,theon2goingresearch projectsofNottinghamUniversityofGreat Britainare mainlydiscussed.These researchprojects includeexpertsystems,knowledgeinductiveprinciple,case2based reasoningandartificia

3、lneuralnetworktechnology.Atlast,the expertsystem fortherock2boltingsupportdesign and type selectionisintroducedbriefly as an example of artificialcomputer program.Keywords:Miningengineering,Computer technology,Expert systems由于微型计算机的成本降低,运算速度加快,并且有图形处理与显示功能,微机的应用广度和深度也日益增加。在采矿工业中计算机应用范围包括:信息数据处理、矿床模型

4、建立、矿山设计与生产计划、矿山设备选型与矿山生产系统分析等。毫无疑问,计算机在采矿工业中的应用几乎涉及到了采矿工程的各个方面,然而,这些应用都是以数据处理、数学运算和图形绘制的方式来解决采矿工程中的问题。众所周知,许多复杂工程问题的解决常常需要涉及到大量的经验知识和对不确定性因素的分析处理,换句话说,就是要用启发式方法(HeuristicMethod)做出决策或判断。采矿工程中所遇到的问题正是属于这一类复杂的工程问题。这一类工程问题的解决有赖于智能计算机软件(或称以知识为基础的计算机软件)的开发与研制。专家们预测,将来的软件是智能计算机软件和传统计算机软件相结合的产物,它们之间可以取长补短,各

5、自的优点都能得到最大的发挥。1 目前在采矿工业中应用的计算机技术5 111 数据库管理信息系统数据库管理信息系统是在采矿工业中应用最早也是最成熟的计算机技术,它的研制与应用使得大量数据能在计算机中进行存储、加工、查询、更新和修改。目前它已被广泛应用于地质勘探、矿山设计、生产管理等日常生产活动。在这些实际应用中,有的是仅仅应用数据库管理信息系统,有的是把数据库管理信息系统与其它应用软件结合起来应用。目前新开发的数据库管理信息系统是智能数据库系统(IDS),这种数据库系统在新的数据加入原数据库后,原数据库可以自动对整个数据进行重新组织或安排,以保证对数据查询和处理的有效性和快速性。112 计算机辅

6、助设计技术6 早期的计算机辅助设计主要是用于绘制工程图和二维图形显示,而今天的CAD 技术可以随意产生三维图形,如三维矿床模型和露天矿边坡稳定性分析三维模型。在采矿工业中,最常用的计算机辅76计算机技术在采矿工业中应用现状与展望助设计开发软件是Auto CAD。另外目前尚有一些CAD 系统开发软件是专为采矿工业研制的,这些软件包括:DA TAM IN E、SURPAC 和 L YNX。在实际应用中,这些系统软件常与Auto CAD 连接使用,这样使它们的图形显示与处理功能大大增加。113 图像分析技术6 图像分析技术主要包括图像的摄取和图像的计算机处理。通过对图像的分析处理,以获得有用的信息和

7、资料,这种技术在采矿工业中具有很大的应用潜力。图 1 是某一露天矿爆破优化的数字图像分析系统示意图。图1 爆堆块度优化图像分析示意图从图 1 可以看出,图像分析技术大致可以分为下列五步:(1)使用摄影技术获取图像;(2)将图像转换成数字信息;(3)计算机图像处理;(4)对求解参数进行衡量和评定;(5)确定图像分析求解的参数与实际的现场实测参数之间的关系(或称确定修正系数);图像分析技术已经用于地质勘探和矿物鉴别。英国诺丁汉大学目前也正在进行图像分析技术在采矿工程中应用的研究工作,他们的研究包括:露天矿爆堆块度分析和露天矿设备位置监控。2 计算机技术在采矿工业中应用展望人工智能(AI)作为一门新

8、兴的前沿学科,专家们预测,下一个世纪将会是人工智能的时代。目前人工智能在各个领域都或多或少有所研究和应用,采矿工业对人工智能的研究仍属起步阶段,几乎还没有什么实际应用,这方面的主要原因是:一是缺乏对人工智能技术的了解和理解;二是把采矿工程问题抽象出来用人工智能技术来解决还有困难;三是缺乏合适的人工智能软、硬件环境。但是,这些问题也只是暂时的,随着人工智能技术的迅猛发展,不久的将来,把人工智能技术应用于采矿工业是必定无疑的。下面着重讨论有关人工智能在采矿工业中的几个可能应用分支。211 专家系统2 4 专家系统(也称为以知识为基础的智能计算机系统)是人工智能的一个重要分支,我们不妨把专家系统做如

9、下定义:“专家系统是一种智能计算机程序,这种程序使用知识、经验和信息进行判断推理,以解决需要大量人类专家才能解决的难题”。它的特点是以启发式方法为基础进行推理。组成系统的基本要素是:事实、经验、不确定因素、知识以及相互间的关系。开发专家系统的工具很多,常用的专家系统开发语言有Lisp 和 Prolog,目前开发专家系统更方便的工具是专家系统框架(Expert System Shell)像 XI2PLUS 等。目前在采矿工业中正在开发研制的专家系统有:露天矿边坡稳定性分析专家系统、矿山设备选型决策支持专家系统,煤层自燃发火预测专家系统、矿山锚杆支护设计与选型专家系统和露天矿爆破专家系统等。212

10、 知识归纳系统知识归纳(或称机器学习)是计算机自动获取知识的过程,它往往是专家系统中不可缺少的一个组成部分,这是因为专家系统是依靠运用知识来解决问题或做出判断的,而知识获取来源于客观世界,要使系统能够不断适应外界环境的变化,提高系统解决问题的能力,显然需要像人类专家那样,能够通过学习积累经验、增长知识,因此,使计算机具有学习能力便成为人工智能领域中重要的研究内容。学习系统是在与环境的相互作用中,不断使知识完善、更新的系统,因此,学习必然要与环境相互作用,根据环境提供的信息级别高低(高级信息一般指比较抽象的信息,而低级的信息一般指比较具体的信息),机器学习方法可分为下列四类:(1)通过“死记硬背

11、”学习(或称机械式学习);(2)通过指导或教授学习;(3)通过实例学习;86中国矿业2000年第9卷第1期(4)通过类比学习。机器学习在采矿工业中最新研究方向是:矿藏勘探机器学习系统和矿藏经济模型机器学习系统。213 基于实例的推理系统这种推理系统以经验和实例为基础。当用这种方法解决某一特定问题时,该系统首先在实例库中搜寻与待解决问题类似的经验和实例,然后根据系统中提供的推理、判断方法做出判断。该系统的最大特点是:可以向人类专家提供大量的与待解决问题相似的实例和经验,这些实例和经验对专家解决问题来说无疑是很有参考价值。关于这方面的研究工作已经在医学和工程领域展开,目前在采矿工业中,这方面的应用

12、研究还很少,据有关文献介绍,采矿界正在进行的研究之一是:地下矿山混凝土结构有效使用期限评估系统,这个系统以大量的经验和实例为评估依据,对新建的和正在使用的地下矿山混凝土结构的使用期限进行预测。214 人工神经网络系统1 人工神经网络系统就是利用计算机模拟技术,来模仿人类大脑神经的活动。在人工神经网络系统中,类 似 大 脑 的 一 个 神 经 单 元 称 为 处 理 元 素(Processingelement),一个神经网络系统就是有许多这样简单的处理元素组成的,这些处理元素的有机结合就形成了一个完整的知识系统,这样的知识系统像人类大脑一样具有学习功能和物体识别功能。每个神经网络系统都是由三个神

13、经原层组成的,即输入层、中间层和输出层。一个人工神经网络系统必须经过反复的测试或检验,并根据检验结构对系统进行调整。在采矿工业中,人工神经网络系统目前的研究工作有:岩体破坏模式的识别、矿床品位分析和生产过程控制等。3 锚杆支护设计与选型专家系统简介4 该专家系统是作者在英国诺丁汉大学学习期间完成的,所选用的专家系统建造工具是一种功能较强的专家系统框架3 XI2PLUS。建立这个专家系统的目的是为锚杆支护设计与选型提供一个实用且经济的方法。组成该系统的知识库有五个,并且还有一个数据库和一个图形库作为系统的两个外部程序。该系统可以从几个主要的设计要点对用户进行咨询。系统的功能包括下列几个方面:(1

14、)决定锚杆形式和锚固方式;(2)给出所选锚杆的设计参数值;(3)给出锚杆的布置方式;(4)给出推荐的锚杆布置图;(5)作为参考,给出在同等条件下,德国和法国锚杆设计参数值。专家系统的核心是知识库的建立,该系统知识库所涉及的知识包括定性的定量的知识,这些知识共用了近两百条规则来表示,知识库间的控制转移如图 2 所示。图2知识库间控制转移图图 2 中,决策层控制判断层的执行,而判断层的执行又需要从原始条件层获得信息和有关数据。该专家系统除了5 个知识库外,还连接运行了两个外部程序:数据库程序和图形库程序。数据库中收集了中国、德国和法国在锚杆设计方面的常用参数,图形库中包含了一些常用的锚杆布置图。系

15、统完成后,用几个现场实例进行检验,系统给出的结果是非常令人满意的。4 结 论计算机技术日新月异的向前发展,并且在采矿工业中的应用潜能巨大,传统的计算机技术和人工智能技术的联合使用将会使过去认为难以解决的采矿工程问题得以解决,这些技术的发展和应用必定大大推动矿山生产和管理的计算机化,采矿工程师们的日常繁重劳动将由计算机取代或部分地取代。参考文献1Dr1B1Denby,NeuralNetworkApplicationsinMiningEngineering19911U K2 Dr1B1Denby and D1Schofield,Introduction to Expert Systemsin th

16、e Minerals Industry19901UK3 INFERENCECO,Xi2Plus Users Guide19901U K96计算机技术在采矿工业中应用现状与展望矿物工程选煤厂生产计划的优化张明明 阮仁满 温建康(北京有色金属研究总院?100088)摘 要 本文根据实际选煤厂的生产计划从数学规划角度对选煤厂煤炭原料的安排及其产品结构进行优化,以获得现行生产条件下的最大经济效益。并结合实例,提出了此类问题的数学模型及其编程求解方法。针对市场经济下选煤厂生产计划的波动,本文亦对模型进行了灵敏度分析,确保了该模型的实用性。关键词 选煤厂 线性规划 最优解 灵敏度分析OPTIMUMIZAT

17、IONOF PROD UCTION PLANFOR COAL2DRESSING PLANTSZhang MingmingRuanRenmanWen Jiankang(BeijingGeneral Reseach Institute for Non2Ferrous Metals)Abstract:Based on practical productionplan of coal2dressing plants,a system optimizationmethod ofproductionconfigurationis established by means of operational re

18、search.Furthermore,through applying it in thecoal2dressing plant,a general mathematicalmodel is proposed.In respect of the fluctuationof priceundermarket economy,the sensitivityanalysis of the model is carried out to ensure its utility.Keywords:Coal2dressing plant,Linear programming,Optimumsolution,

19、Sensitivity analysis1 前 言选煤是整个煤炭工业的组成部分,是对各种原煤进行加工的基础工业,在国民经济发展中占有十分重要的地位。选煤厂从设计、施工到投产,以至正常运行的各个阶段,数学规划的应用范围很广,然而选煤工业在这方面的研究起步较晚,基本上还处于探索和发展阶段。近年来,在选煤厂的设计、煤炭产品结构的优化、煤炭质量掺配、煤炭调运等方面均进行了一定程度的研究,有的已用于生产实践,取得了良好的经济效益。2 问题的提出在选煤企业中,经营管理的中心是提高经济效益。而提高经济效益可以通过两种途径:一是技术方面的各种改进,二是生产组织和计划的改进,即合理安排煤炭原料和产品结构,以获得

20、现行生产条件下的最大经济效益。在选煤厂中,筛选车间可根据原料粒度组成的不同,生产不同等级(价格)的产品,然而具体生产中并不一定全部生产这些等级的产品,因为为了追求最大经济效益,必须合理的编制生产计划。某选煤厂筛选车间的原料煤的粒度组成见表1,根据其产品目录,它可以生产8 种产品,由于制定最优生产计划需要知道各品种煤的价格,该厂根据表 1 中各粒级煤的灰分预测出各品种煤的灰分等级及相应的售价(见表 2)2。4 张金山等,专家系统与开发工具,中国矿业大学出版社,19941125 B1G ibbs,Mining IndustrySoftware19921U K6 J1Raper,3D Applicationin GeographicalInformation Systems(收稿日期1997 年 7 月 12 日)作者简介张金山包头钢铁学院副教授 硕士研究生导师留英访问学者07中国矿业2000年第9卷第1期