爆破专家系统原理及应用

　　内容简介本书在详细回顾爆破优化研究的基础上，系统介绍了爆破专家系统的基本原理和方法。较好地将专家系统、人工神经网络及其他相关理论和方法成功地融合为一体，用于开发爆破专家系统。对系统开发过程中的知识表示、系统推理、机器学习及爆破计算机辅助设计（CAD）的实现做了全面分析介绍，最后结合一个应用实例详细介绍了爆破专家系统软件包的功能和使用方法。本书供从事矿山爆破设计、生产的科技人员参考，也可作为高等院校采矿、爆破、交通、岩土等相关专业高年级大学生或研究生选修课教材或参考书。片断：随着计算机技术和其他高新技术的发展和应用，矿山爆破研究也进入了新的阶段，由于矿山爆破的复杂性和较高的实际试验费用，使计算机模拟方法和计算机辅助设计迅速出现，为矿山企业带来了勃勃生机，BlastingPlanDesigner，Blaspa程序，BlastCAD等都是具有代表性的计算机模拟和计算机辅助设计程序，而这一工作今天仍在进一步进行着。除了模拟方法和CAD技术应用外，人工智能理论和技术也正在被应用于矿山，而且以智能矿山技术为目标的计划也正在进行中。智能矿山就是应用计算机技术在全矿范围实现信息和数据采集，双向通信和实时控制等的矿山；爆破这一包含有大量不确定信息的过程无疑为人工智能系统的应用提供了广阔的天地。1.3.2爆破专家系统与传统计算机辅助设计的区别大多数传统的计算机辅助设计系统的基本结构是相同的，即数据十算法＝程序的结构。根据选定的计算模型，编制出相应的计算机程序，这些模型可能是爆破的物理模型，也可能是爆破的经验模型，都是利用计算机的高速计算能力来寻求满足爆破质量要求的爆破设计方案。这里的计算过程是无懈可击的，而且计算结果也是精确的，只要输入要求的数据，计算机总会计算出相应的结果，而不管数据与结果是否符合实际。遗憾的是这些模型并不可能完全包括爆破工作的全部内容，更突出的是这些系统都要求输入确切的信息，一旦程序中出现某些不确定性因素，就会导致计算结果的错误。而露天矿中不确定性因素和不明确的信息又是大量的、不可避免的。因而在传统方法中不是忽略了某些不确定因素，就是利用某些假定来代替，其结果是把某些不明确的因素简单的数量化了，把某些复杂的过程简单的模型化了，同时也带来了不可估量的误差。专家系统却能够根据所获得的不完整的或不确切的信息，像人类专家一样根据积累的经验和掌握的知识，通过分析、推断来得出最佳的结论，并且还可以通过系统的运行，随所处理的爆破问题的增加，不断丰富完善系统的知识，增加系统功能。即传统方法是通过精确的计算得出计算结果，而专家系统是通过严密的推理过程得出结论。此外，专家系统像人一样能够接受经验教训，不断积累资料，修正输出，这一点对爆破是很重要的。由于地质条件的复杂性，在露天矿爆破中，各种特殊条件的爆破是屡见不鲜的，比如遇到断层、破碎带等，这些特殊情况的处理就要靠专家的经验来解决，通常的计算机程序很难办到。如果在专家系统中建立起处理各种可能的特殊情况的特殊知识库和处理规则，就能够完成这一任务，并且随着知识的积累，处理特殊情况的功能也不断加强。此外专家系统的知识库也区别于传统的爆破数据库，传统的爆破数据库主要完成的是管理功能，包括查询、检索、统计、打印等；而专家系统中的数据库既可以是数据库，又可以是表示成一定规则的客观规律的描述，还可以是网络连接的权值矩阵。知识既可以是理论性的，又可以是经验性的，其中经验是经过推敲分析经大多数专家确认的，不是随机积累的。知识一旦被装到知识库中或融于网络中，就可以作为下一次爆破设计的依据，并且知识库中的知识象人的知识一样，可以不断更新、修改和追加，提高知识水平。1.3.3国内外爆破专家系统的研制和进展专家系统和神经网络是一个较新的研究领域，在采矿中，特别是在矿山爆破方面的应用还较少，一些国家在矿山开采和坑道掘进工作中应用了专家系统，并取得了显著的进步，如美国、英国和加拿大的50多个矿山应用专家系统，经过多年开发与试验，不断完善。由于采用专家系统，使矿山的凿岩爆破费用明显降低。本书前言前言爆破优化是研究矿山爆破的重要课题。它结合矿山具体情况，针对特定的岩石条件，选用合适的炸药，制定最佳的爆破方案，达到爆破效果良好，生产成本低廉的目的，它是提高矿山生产效益的关键环节之一。大量的理论研究和长期的爆破实践表明，尽管矿山爆破因条件、环境的差异会产生不同的结果，但这些结果同爆破方案和参数之间存在着内在关系。由于矿山爆破是重复进行的，人们遵循爆破从实践到认识，再实践再认识的过程去掌握爆破规律。对爆破规律反复实践和加深认识的过程，就是调整爆破参数、改进爆破方法和优化爆破的过程。研究开发爆破专家系统正是利用现代技术手段更好更快地实现这一过程。本书从爆破工程的实际需要出发，综合运用专家系统原理、人工神经网络技术、灰色理论、数据库方法、计算机辅助设计（CAD）技术和矿山爆破优化理论，首次对爆破专家系统的结构和相关技术进行了系统研究，开发出了具有实用价值的、开放式的矿山爆破神经网络专家系统（OMBES）。本书是以作者的理论研究和实际应用为基础，根据多位专家的意见修改而成。希望读者能够通过本书了解爆破专家系统的基本原理和开发方法，将书中所介绍的爆破专家系统软件应用于矿山爆破实践。用户除了可以直接应用书中提供的软件之外，还可以利用系统的开放功能，二次开发具有自己矿山特色的爆破专家系统。本书的完成得到了多位专家学者的支持和帮助，在此表示诚挚的谢意。本书得到原冶金工业部人事教育司基础理论“有偿与资助”经费和鞍山钢铁学院博士启动基金资助，在此表示感谢。由于作者水平有限，书中难免有错误之处，恳请读者指正。作者1998.2

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