爆破專家系統(tǒng)原理及應(yīng)用

　　內(nèi)容簡介本書在詳細(xì)回顧爆破優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹了爆破專家系統(tǒng)的基本原理和方法。較好地將專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其他相關(guān)理論和方法成功地融合為一體，用于開發(fā)爆破專家系統(tǒng)。對系統(tǒng)開發(fā)過程中的知識表示、系統(tǒng)推理、機(jī)器學(xué)習(xí)及爆破計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的實(shí)現(xiàn)做了全面分析介紹，最后結(jié)合一個(gè)應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)介紹了爆破專家系統(tǒng)軟件包的功能和使用方法。本書供從事礦山爆破設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的科技人員參考，也可作為高等院校采礦、爆破、交通、巖土等相關(guān)專業(yè)高年級大學(xué)生或研究生選修課教材或參考書。片斷：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他高新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，礦山爆破研究也進(jìn)入了新的階段，由于礦山爆破的復(fù)雜性和較高的實(shí)際試驗(yàn)費(fèi)用，使計(jì)算機(jī)模擬方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)迅速出現(xiàn)，為礦山企業(yè)帶來了勃勃生機(jī)，BlastingPlanDesigner，Blaspa程序，BlastCAD等都是具有代表性的計(jì)算機(jī)模擬和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序，而這一工作今天仍在進(jìn)一步進(jìn)行著。除了模擬方法和CAD技術(shù)應(yīng)用外，人工智能理論和技術(shù)也正在被應(yīng)用于礦山，而且以智能礦山技術(shù)為目標(biāo)的計(jì)劃也正在進(jìn)行中。智能礦山就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)在全礦范圍實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)采集，雙向通信和實(shí)時(shí)控制等的礦山；爆破這一包含有大量不確定信息的過程無疑為人工智能系統(tǒng)的應(yīng)用提供了廣闊的天地。1.3.2爆破專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的區(qū)別大多數(shù)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，即數(shù)據(jù)十算法＝程序的結(jié)構(gòu)。根據(jù)選定的計(jì)算模型，編制出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，這些模型可能是爆破的物理模型，也可能是爆破的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，都是利用?jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力來尋求滿足爆破質(zhì)量要求的爆破設(shè)計(jì)方案。這里的計(jì)算過程是無懈可擊的，而且計(jì)算結(jié)果也是精確的，只要輸入要求的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)總會(huì)計(jì)算出相應(yīng)的結(jié)果，而不管數(shù)據(jù)與結(jié)果是否符合實(shí)際。遺憾的是這些模型并不可能完全包括爆破工作的全部內(nèi)容，更突出的是這些系統(tǒng)都要求輸入確切的信息，一旦程序中出現(xiàn)某些不確定性因素，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的錯(cuò)誤。而露天礦中不確定性因素和不明確的信息又是大量的、不可避免的。因而在傳統(tǒng)方法中不是忽略了某些不確定因素，就是利用某些假定來代替，其結(jié)果是把某些不明確的因素簡單的數(shù)量化了，把某些復(fù)雜的過程簡單的模型化了，同時(shí)也帶來了不可估量的誤差。專家系統(tǒng)卻能夠根據(jù)所獲得的不完整的或不確切的信息，像人類專家一樣根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)和掌握的知識，通過分析、推斷來得出最佳的結(jié)論，并且還可以通過系統(tǒng)的運(yùn)行，隨所處理的爆破問題的增加，不斷豐富完善系統(tǒng)的知識，增加系統(tǒng)功能。即傳統(tǒng)方法是通過精確的計(jì)算得出計(jì)算結(jié)果，而專家系統(tǒng)是通過嚴(yán)密的推理過程得出結(jié)論。此外，專家系統(tǒng)像人一樣能夠接受經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷積累資料，修正輸出，這一點(diǎn)對爆破是很重要的。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，在露天礦爆破中，各種特殊條件的爆破是屢見不鮮的，比如遇到斷層、破碎帶等，這些特殊情況的處理就要靠專家的經(jīng)驗(yàn)來解決，通常的計(jì)算機(jī)程序很難辦到。如果在專家系統(tǒng)中建立起處理各種可能的特殊情況的特殊知識庫和處理規(guī)則，就能夠完成這一任務(wù)，并且隨著知識的積累，處理特殊情況的功能也不斷加強(qiáng)。此外專家系統(tǒng)的知識庫也區(qū)別于傳統(tǒng)的爆破數(shù)據(jù)庫，傳統(tǒng)的爆破數(shù)據(jù)庫主要完成的是管理功能，包括查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)、打印等；而專家系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫既可以是數(shù)據(jù)庫，又可以是表示成一定規(guī)則的客觀規(guī)律的描述，還可以是網(wǎng)絡(luò)連接的權(quán)值矩陣。知識既可以是理論性的，又可以是經(jīng)驗(yàn)性的，其中經(jīng)驗(yàn)是經(jīng)過推敲分析經(jīng)大多數(shù)專家確認(rèn)的，不是隨機(jī)積累的。知識一旦被裝到知識庫中或融于網(wǎng)絡(luò)中，就可以作為下一次爆破設(shè)計(jì)的依據(jù)，并且知識庫中的知識象人的知識一樣，可以不斷更新、修改和追加，提高知識水平。1.3.3國內(nèi)外爆破專家系統(tǒng)的研制和進(jìn)展專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)較新的研究領(lǐng)域，在采礦中，特別是在礦山爆破方面的應(yīng)用還較少，一些國家在礦山開采和坑道掘進(jìn)工作中應(yīng)用了專家系統(tǒng)，并取得了顯著的進(jìn)步，如美國、英國和加拿大的50多個(gè)礦山應(yīng)用專家系統(tǒng)，經(jīng)過多年開發(fā)與試驗(yàn)，不斷完善。由于采用專家系統(tǒng)，使礦山的鑿巖爆破費(fèi)用明顯降低。本書前言前言爆破優(yōu)化是研究礦山爆破的重要課題。它結(jié)合礦山具體情況，針對特定的巖石條件，選用合適的炸藥，制定最佳的爆破方案，達(dá)到爆破效果良好，生產(chǎn)成本低廉的目的，它是提高礦山生產(chǎn)效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。大量的理論研究和長期的爆破實(shí)踐表明，盡管礦山爆破因條件、環(huán)境的差異會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，但這些結(jié)果同爆破方案和參數(shù)之間存在著內(nèi)在關(guān)系。由于礦山爆破是重復(fù)進(jìn)行的，人們遵循爆破從實(shí)踐到認(rèn)識，再實(shí)踐再認(rèn)識的過程去掌握爆破規(guī)律。對爆破規(guī)律反復(fù)實(shí)踐和加深認(rèn)識的過程，就是調(diào)整爆破參數(shù)、改進(jìn)爆破方法和優(yōu)化爆破的過程。研究開發(fā)爆破專家系統(tǒng)正是利用現(xiàn)代技術(shù)手段更好更快地實(shí)現(xiàn)這一過程。本書從爆破工程的實(shí)際需要出發(fā)，綜合運(yùn)用專家系統(tǒng)原理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、灰色理論、數(shù)據(jù)庫方法、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)和礦山爆破優(yōu)化理論，首次對爆破專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，開發(fā)出了具有實(shí)用價(jià)值的、開放式的礦山爆破神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)（OMBES）。本書是以作者的理論研究和實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)，根據(jù)多位專家的意見修改而成。希望讀者能夠通過本書了解爆破專家系統(tǒng)的基本原理和開發(fā)方法，將書中所介紹的爆破專家系統(tǒng)軟件應(yīng)用于礦山爆破實(shí)踐。用戶除了可以直接應(yīng)用書中提供的軟件之外，還可以利用系統(tǒng)的開放功能，二次開發(fā)具有自己礦山特色的爆破專家系統(tǒng)。本書的完成得到了多位專家學(xué)者的支持和幫助，在此表示誠摯的謝意。本書得到原冶金工業(yè)部人事教育司基礎(chǔ)理論“有償與資助”經(jīng)費(fèi)和鞍山鋼鐵學(xué)院博士啟動(dòng)基金資助，在此表示感謝。由于作者水平有限，書中難免有錯(cuò)誤之處，懇請讀者指正。作者1998.2

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