本文關(guān)鍵詞：面向智慧礦山的智能型克里格儲量估算法研究

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【摘要】：隨著人類社會的向前發(fā)展,地質(zhì)采礦條件越趨復(fù)雜、生產(chǎn)系統(tǒng)日益龐大、采掘環(huán)境復(fù)雜多變,而人們對礦山的包括安全、生產(chǎn)、自動化、監(jiān)測監(jiān)控等方面的要求日益增多,傳統(tǒng)的礦山建設(shè)模式已經(jīng)不能滿足上述要求,亟需全新的實施體系和管理方法,構(gòu)建綠色環(huán)保,智能化理念的智慧礦山,其中也包括儲量估算方法的創(chuàng)新。從目前情況看,傳統(tǒng)的儲量估算方法不能應(yīng)對復(fù)雜海量數(shù)據(jù)背景下的礦山環(huán)境,難以支持“智慧礦山”建設(shè),亟待研究和開發(fā)出高性能、高精度的新一代儲量估算方法�；谶@一認(rèn)識,本文針對復(fù)雜的礦山地質(zhì)條件及其海量數(shù)據(jù)環(huán)境,開展了一系列的探索性研究,嘗試開發(fā)出一套具有智能特征的新型克里格儲量估算方法,并通過實踐檢驗其可行性。本文的研究從傳統(tǒng)克里格儲量估算的概念模型出發(fā),綜合分析了所涉及的數(shù)據(jù)獲取層、模型構(gòu)建層、儲量計算層、結(jié)果輸出層的關(guān)鍵步驟和實施方法,并在此基礎(chǔ)上引入遺傳算法、動態(tài)規(guī)劃和并行GPU計算等前沿技術(shù),構(gòu)建了智能克里格儲量估算概念模型。通過分析智慧礦山的核心特征,以及智慧礦山搭建的三個關(guān)鍵步驟：物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化,將智能克里格儲量估算概念模型融入智慧礦山的三層架構(gòu)中去,形成了面向智慧礦山的智能克里格儲量估算實施方案。在此基礎(chǔ)上,對智能化層所需要的智能過程做了重點論述。首先,針對克里格計算流程中關(guān)鍵的變差計算的智能化問題,采用了通過優(yōu)化搜索的方式對樣品整體并行計算,采用局部輸出的方式來加速實驗變差函數(shù)的計算過程,采用遺傳算法自動擬合的步驟來提高計算結(jié)果的精度；其次,對整個智能儲量估算過程需要用到的諸如三維建模技術(shù)、礦體儲量動態(tài)計算技術(shù)、空間克里格快速插值技術(shù)、最佳邊界品位動態(tài)計算技術(shù),以及估算結(jié)果的三維模型空間切割技術(shù)等做了論述。最后,基于石門寺鎢銅礦區(qū)的數(shù)據(jù)做了系統(tǒng)的應(yīng)用試驗,并對所構(gòu)建的方案做了系統(tǒng)驗證。本文的主要研究內(nèi)容包括：(1)分析智能型克里格儲量估算系統(tǒng)的作用及對于智慧礦山建設(shè)的必要性；研究數(shù)據(jù)處理流程和對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?確定系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)。(2)根據(jù)克里格法的三維儲量估算流程,結(jié)合智慧礦山系統(tǒng)工程的構(gòu)架特點,研究面向智慧礦山的智能型克里格法儲量估算框架及其算法。(3)研究智能型克里格儲量估算法所涉及的智能應(yīng)用問題,并分析其智能算法,建立用于儲量估算的數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用的初步方案。(4)研究智能型克里格儲量估算過程中的變差函數(shù)優(yōu)化算法,分析傳統(tǒng)實驗變差函數(shù)的局限性,對關(guān)鍵計算步驟采用基于GPU的并行計算方案,并重點研究并行方案在實驗變差函數(shù)計算的不足之處,設(shè)計新的求解策略和求解框架。(5)研究智能型克里格儲量估算法的實驗變差函數(shù)理論擬合優(yōu)化算法。在分析擬合過程的特點和性能的基礎(chǔ)上,研究采用智能算法進(jìn)行擬合的結(jié)果優(yōu)化問題。即采用以滯后距倒數(shù)為權(quán)系數(shù)的線性規(guī)劃法建立目標(biāo)函數(shù),再用遺傳算法進(jìn)行自動擬合求解。(6)以石門寺鎢銅礦的鉆孔和地質(zhì)剖面等數(shù)據(jù)為依托,構(gòu)建了該礦區(qū)的三維地質(zhì)模型,探討了三維地質(zhì)建模技術(shù)在智能儲量估算中的作用。(7)設(shè)計并開發(fā)出智能型克里格儲量估算系統(tǒng),并利用石門寺鎢銅礦的實際數(shù)據(jù)進(jìn)行儲量估算實驗,驗證本文理論、方法和技術(shù)的可行性。綜上所述,本文通過理論研究、技術(shù)開發(fā)和實際應(yīng)用,提出了一個面向智慧礦山的智能克里格儲量估算實施方案和軟件系統(tǒng),從儲量估算動態(tài)化、自動化和智能化角度,為智慧礦山建設(shè)提供了技術(shù)支持,并提供了一個全新高效的儲量估算新策略,同時通過應(yīng)用實例,驗證了方法的可行性。綜上所述,本項研究主要的創(chuàng)新點為：(1)將多種自動乃至智能方法進(jìn)行有機(jī)融合,提出一種面向智慧礦山的智能克里格儲量估算方法,該方法可以支持不同環(huán)境和不同礦種的礦產(chǎn)儲量關(guān)于遺傳算法、動態(tài)規(guī)劃等智能計算,從一個特定角度為智慧礦山建設(shè)及應(yīng)用提供了新的途徑。(2)針對來源復(fù)雜且數(shù)據(jù)量大的礦山品位數(shù)據(jù),提出了一套智能變差計算解決方案,包括對實驗變差函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化搜索、以并行計算方式進(jìn)行快速輸出和對輸出結(jié)果采用遺傳算法自動擬合等,克服了傳統(tǒng)的實驗變差函數(shù)計算速度慢且理論擬合高度依賴專家經(jīng)驗的缺點。(3)提出了礦體三維儲量估算成果中的塊體模型空間切割成圖算法,克服了傳統(tǒng)克里格儲量估算結(jié)果單一的弊端,并充分利用了礦體三維塊體模型中的成果信息,為后期的儲量動態(tài)估算及礦山開采提供指引。本文所取得的研發(fā)成果,對實現(xiàn)儲量估算自動化和開展智慧礦山建設(shè)有一定的促進(jìn)作用,目前已經(jīng)被引用到“數(shù)字*礦勘察系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)”項目中的“三維多方法儲量估算子系統(tǒng)”課題中。
【關(guān)鍵詞】：智慧礦山 克里格儲量估算 智能算法 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué) 并行計算
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P624.7
【目錄】：

• 作者簡歷7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-19
• 第一章 緒論19-27
• 1.1 研究的背景和意義19-20
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-22
• 1.2.1 智慧礦山研究現(xiàn)狀21
• 1.2.2 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)儲量估算研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀小結(jié)22
• 1.3 面臨的主要問題22-23
• 1.4 研究內(nèi)容與技術(shù)路線23-26
• 1.4.1 研究內(nèi)容23-24
• 1.4.2 擬解決的關(guān)鍵問題24
• 1.4.3 技術(shù)路線24-26
• 1.5 本章小結(jié)26-27
• 第二章 基于克里格的智能儲量估算27-46
• 2.1 克里格儲量估算模型概念框架27-33
• 2.1.1 數(shù)據(jù)獲取層27-29
• 2.1.2 模型構(gòu)建層29-31
• 2.1.3 儲量計算層31-32
• 2.1.4 結(jié)果輸出層32-33
• 2.2 儲量估算智能算法與并行加速33-38
• 2.2.1 遺傳算法34-35
• 2.2.2 動態(tài)規(guī)劃35-37
• 2.2.3 并行計算與GPU37-38
• 2.3 智能克里格儲量估算38-45
• 2.3.1 常見的空間品位插值技術(shù)比較38-39
• 2.3.2 常規(guī)方法的局限性與智能儲量估算的必要性39-40
• 2.3.3 智能克里格儲量估算概念模型40-45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 第三章 智能克里格與智慧礦山混合架構(gòu)46-57
• 3.1 智慧礦山的系統(tǒng)組成46-51
• 3.1.1 智慧礦山核心特征47-48
• 3.1.2 智慧礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)48-51
• 3.2 基于智能克里格的智慧礦山構(gòu)建51-56
• 3.2.1 智慧礦山與克里格儲量估算融合的概念框架52-53
• 3.2.2 面向智慧礦山的智能型克里格儲量估算實施過程53-56
• 3.3 本章小結(jié)56-57
• 第四章 空間智能變差函數(shù)計算方案設(shè)計與實現(xiàn)57-78
• 4.1 三維空間試驗變差函數(shù)57-61
• 4.1.1 方向約束59-60
• 4.1.2 距離約束60
• 4.1.3 三維穩(wěn)健實驗變差函數(shù)結(jié)果的調(diào)試60-61
• 4.2 GPU加速的并行設(shè)計61-64
• 4.3 整體到局部的優(yōu)化方案64-72
• 4.3.1 約束分析64-65
• 4.3.2 整體計算與新樣品庫設(shè)計65-66
• 4.3.3 局部輸出66-67
• 4.3.4 算法實現(xiàn)67-72
• 4.4 遺傳算法理論擬合72-77
• 4.4.1 遺傳算法擬合背景72
• 4.4.2 遺傳算法的基本原理72-77
• 4.5 本章小結(jié)77-78
• 第五章 智能儲量估算法構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)78-120
• 5.1 礦體儲量動態(tài)計算78-91
• 5.1.1 動態(tài)儲量計算的概念模型79-80
• 5.1.2 三維地質(zhì)模型建立與初始儲量計算80-86
• 5.1.3 礦體采空區(qū)模型動態(tài)更新86-89
• 5.1.4 模型局部動態(tài)更新89-91
• 5.2 網(wǎng)格快速克里格插值技術(shù)91-100
• 5.2.1 空間嵌套網(wǎng)格剖分算法92-94
• 5.2.2 克里格插值矩陣94-96
• 5.2.3 基于嵌套網(wǎng)格的插值算法96-100
• 5.3 最佳邊界品位的動態(tài)計算100-104
• 5.3.1 實施方法介紹100-101
• 5.3.2 具體實施步驟101-104
• 5.4 儲量結(jié)果三維模型空間切割分析104-111
• 5.4.1 切割步驟104-106
• 5.4.2 具體實施方式106-111
• 5.5 智能型克里格儲量計算軟件的系統(tǒng)集成111-118
• 5.5.1 智能克里格的技術(shù)集成113-115
• 5.5.2 智能克里格的數(shù)據(jù)集成115-116
• 5.5.3 智能克里格的應(yīng)用集成116-118
• 5.6 本章小結(jié)118-120
• 第六章 面向智慧礦山的智能儲量估算應(yīng)用120-142
• 6.1 應(yīng)用實例120-141
• 6.1.1 智慧礦山物聯(lián)化-數(shù)據(jù)讀取121-126
• 6.1.2 智慧礦山物聯(lián)化-數(shù)據(jù)分析處理126-128
• 6.1.3 智慧礦山互聯(lián)化128-132
• 6.1.4 智慧礦山智能化-算法比對132-137
• 6.1.5 智慧礦山智能化-結(jié)果輸出137-141
• 6.2 本章小結(jié)141-142
• 第七章 總結(jié)與展望142-146
• 7.1 論文總結(jié)142-143
• 7.2 待進(jìn)一步研究的工作143-144
• 7.3 展望144-146
• 致謝146-148
• 參考文獻(xiàn)148-157

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王莉;杜久升;景海濤;;智慧礦山空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)研究[J];工礦自動化;2014年12期

2 孫豁然;徐帥;;論數(shù)字礦山[J];金屬礦山;2007年02期

3 李德仁,李清泉;一種三維GIS混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究[J];測繪學(xué)報;1997年02期

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本文編號：587212