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1、铀矿床地浸评价专家系统 ESILU 的研制王海峰，易卫平，余芸珍，万利平，张得宽（核工业铀矿开采研究所，湖南 衡阳 421001）摘要：本文通过铀矿床地浸评价专家系统 ESILU 的研制过程，介绍了其领域知识基础、评价模型、产生式知识表示方法、知识库结构与建造、实例验证等，并详细讨论了本系统应用的不精确推理方法关键词：地浸；专家系统；知识库；评价1 问题的提出地浸采铀技术已成熟，但应用它采铀的国家还数量有限，多半限于发达国家，应用此法采铀的发展中国家起步较晚，矿山现代化程度不高。地浸采铀技术在发展中国家的广泛应用取决很多条件，诸如矿床地质条件、水文地质条件、环境条件、政府政策、地浸技术等。除天
2、然条件外，是否掌握地浸技术是能否开展地浸采铀的关键。正是由于一些发展中国家不掌握这项技术，缺乏这方面的专家而对此无法问津。在世界上，由于缺乏人类地浸采铀专家，在评价铀矿床是否适合地浸方法时经常遇到麻烦，常因决策失误造成资金浪费和资源浪费，即便遇到可地浸开采铀矿床，也常因缺乏专家造成错误地选定浸出剂、钻孔结构等使生产经营失败。那么，对于这些国家地浸采铀专家从何而来？引进固然是一种办法，可它受资金、政策等条件的约束，况且，世界上这方面的专家也供不应求。人工智能与计算机技术的发展给这一问题找到了答案-研制专家系统。2 领域知识2.1 评价参数确定应用地浸方法开发疏松砂岩型铀矿床，要求矿床具备一定的地
3、质、水文地质条件。这些条件有很多，但主要有 40 多项，它们大致可分为三大类，即：首要条件、重要条件和其他条件1。首要条件主要指矿床含矿层的渗透性能及能够直接、间接反映渗透性能的因素，如矿层渗透系数，矿石孔隙度等等。重要条件主要指矿层的矿物成分和化学成分，如矿石中碳酸盐含量、SiO2含量等等。这些因素之所以称为重要条件是因为矿层的矿物组成和化学成分不仅是选择浸出剂的主要依据，而且是关系到在地下溶浸能否顺利进行的重要因素。其它条件是指有关的矿床地质、水文地质条件、矿层的浸出性能条件、矿区自然地理方面的条件。这些条件着重反映矿床开发时经济效果的好坏，如矿床平均品位、矿床静水位埋深、圆柱浸出试验浸出
4、率、矿区气候等。2.2 评价参数取值阶段人类在研究和开发矿床的过程中，一般分调查、勘探与补充勘探和开发等阶段。由于在各个阶段上的工作深度不同，它所获得的资料与对矿床的认识亦存在着差异。一般来说，调查阶段能够收集到的资料有限；勘探与补充勘探阶段获得的资料基本上能满足矿山建设的需要；特别是地浸矿床的现场试验资料对矿山的建设非常重要。根据不同阶段的地质资料对矿床进行评价所得到的结果也不同，即使是同一参数由于取值阶段不同其对评价的作用也不同。因为各阶段的精度不一样，在本系统评价中现场试验阶段精度最高而勘探阶段最低。3 矿床地浸评价模型在评价模型设计时，对每一参数 3 个阶段设定 4 个不同的值，用户根
5、据矿床的实际情况选定某阶段的一个值。在应用 Dempster/Shafer 证据理论方法进行判断时，需将各参数赋予 4 个不同的值，将各参数取值的 3 个阶段赋予不同的值。赋值的大小取决于参数对评价矿床地浸可行性的作用大小，例如，矿层渗透系数的 4 个实际值为0.8、0.80.5、0.50.2 和0.2，我们给这些值分别置 10、7、4 和 0。而 3 个不同的阶段，即地质勘探阶段、补充勘探阶段和现场试验阶段分别置 0.7、0.8 和 0.9。表 1 是部分参数的实际值与设定值。表 1 地浸评价参数取值表参数名称值 类值 域实际值1.8 1.82.0 2.02.2 2.2矿石体重设定值 10
6、7 4 1 实际值0.8 0.80.5 0.50.2 0.2矿层渗透系数/m/d设定值 10 7 4 1 实际值5.0 0.51 1.02.0 2.0矿石碳酸盐含量/%设定值 5 4 3 2 实际值0.2 0.20.1 0.10.05 0.05矿床平均品位/%设定值 6.1 4.8 3.5 2.2 实际值10 1050 50100 100矿床静水位埋深/m设定值 6.5 5 3.5 2 实际值5 52 20.3 0.3钻孔抽液量/m3/h设定值 10 7 4 1 实际值 亚热 温暖 寒冷 严寒矿区气候设定值 4 3.5 3 2.5 4 系统构成及功能ESILU 的设计采用当今计算机领域流行的下
7、拉式菜单和弹出式菜单调用模块方式，本系统由三级菜单构成，见图 1。图 1 ESILU 系统结构矿床地浸评价模块为 ESILU 系统的核心。根据用户输入的矿床原始条件参数，本模块判断其矿床是否适宜地浸法开采。在这些参数基础上，以不精确推理方法 Dempster/Shafer证据理论加以判断，输出评价结论。浸出工艺模块以知识库为推理基础，最终向用户建议浸出剂类型，同时为用户提供浸出工艺流程。开采规划模块向用户提供地浸采铀的矿床评价程序步骤及地浸矿山投资、成本构成等资料。在利用矿体坐标模块输入矿体坐标后，矿体三维形状图可由矿体 3D 图模块绘制出来。地下水复原模块可向用户建议在开采完了之后所采用的地
8、下水复原方法。名词术语解释可提示有关铀矿地浸和专家系统方面的名词术语。其他模块可以从字面上得到理解，不再赘述。为了使用户能更好地了解各模块的功能及操作方法，本系统设置跟踪帮助，用 F1 键实现。5 知识表示与知识库建造5.1 ESILU 知识表示方法在 ESILU 系统研制中，主要采用产生式表示知识。浸出剂选择知识库的知识表示方法如下：如果：碳酸盐含量小于或等于 2%(用 CO2表示)并且：可以购到防腐蚀管路和：有浸出液处理专家那么：建议采用硫酸浸出如果：碳酸盐含量大于 2%(用 CO2表示)并且：浸出剂有货源和：有浸出液处理专家那么：建议采用碱法浸出这是典型的产生式知识表示方法2。5.2 E
9、SILU 知识库结构域建造本系统中，涉及到的知识库共分三类：一类是有关地浸技术和专家系统方面的词汇解释及计算方法的文字性说明；第二类是评价矿床地浸可行性的原始条件知识库；第三类是浸出剂选择和地下水复原措施的知识库。浸出剂选择知识库的结构，由一系列规则子句 rule（规则序号、对象类型、结论条件子句编号集合）和一系列条件子句 COND（条件编号、条件特征）组成。rule（1， “浸出剂” ， “建议采用硫酸浸出” ，1，2，3，4）cond(1， “碳酸盐含量（用 CO2表示）小于或等于 2%” ）cond(2， “浸出剂有货源” ）cond(3， “可以购到防腐蚀管路” ）cond(4， “有
10、浸出液处理专家” ）cond(5， “碳酸盐含量（用 CO2表示）大于 2%” ）cond(6， “浸出剂有货源” ）cond(7， “有浸出液处理专家” ）kbname(“esilulixiviant.kb”)topic(“浸出剂”)6 Dempster/Shafer 证据理论方法6.1 为什么考虑不精确推理Dempster/Shafer 证据理论方法由 Dempster 提出，Shafer 发展，已应用到很多领域，特别是在专家系统中用来解决不精确推理发挥了较大作用。这种方法的最大特点是能够区分不确定和不知道的差别，当概率值已知时，该理论即为概率论。因此可以说，概率论是证据理论的特例。当先验
11、概率很难获得时，证据理论就比概率论更合适。在 ESILU 系统中，如何根据实际参数决定矿床是否适合地浸开采也属不精确推理范畴，是模糊的概念。特别是由于铀矿床为天然铀元素的聚集体，它的开采条件受众多因素的影响，因此，要知道它的先验概率十分困难，在这种情况下采用该证据理论方法解决这一问题就比较合适。6.2 证据理论推理模型在应用证据理论解决不精确推理问题时，要先定义证据（包括输入的数据、条件部分和假设部分）的确定性 CER。令 A 是条件部分的命题，在证据 E的条件下，命题 A 与证据 E的匹配程度定义为：若条件部分是几部分的逻辑组合，则整个条件部分的确定性由以下公式求出：1)求条件部分确定性函数
12、若 A=A1A2An则 CER（A)=CER（A1A2An）=minCER(A1)，CER(A2)，CER(An) （2）若 A=A1A2An则 CER（A)=CER（A1A2An）=maxCER(A1)，CER(A2)，CER(An) （3）2)求假设部分确定性函数假设部分的确定性可由下式求出：若有规则 IF E THEN H=（h1，h2，hk）具有可信度CF=(c1，c2，ck)，其基本概率分配函数为：M（h1，h2，hk）=(CER(E)c1，CER(E)c2，CER（E）ck)求信任函数 Bel：求似然函数 PI：=M()+Bel(A)PI()=1-Bel()=1-Bel()=1再根
13、据公式（7）求出类概率函数 f(A)和稳定性。(7)A(Bel-)A(PIA)A(Belf(A)3）处理多条规则支持同一假设状况)aM(Bel(A)A1 ki1i)c)E(CER(1)M()4( 1)(M)aM()Bel(a )5()aM(-1A)Bel(-1PIa)6(对于多条规则支持同一假设的状况可利用公式（4）分别求出： M1（h1，h2，hk）M2（h1，h2，hk）Mn（h1，h2，hk）再用公式M=M1M2Mn (8)6.3 证据理论方法在 ESILU 系统中的应用为了确保评价精度，ESILU 系统共设置 40 多个参数，在推理过程中按属性分组，确定证据条件和假设。下面给出部分推理
14、网络，如图 2 所示。在此网络的基础上，运用证据理论方法按上面讨论的步骤，即可得到最终确定性函数，完成推理判断。7 实例验证结果经国内外 7 个矿床的验证表明，本系统的判断结论与实际情况完全符合，这 7 个矿床中有 5 个已经用地浸法开采，另 2 个正处现场试验和评价阶段。 图 2 推理网络图8 结论该系统可用来评价铀矿床地浸可行性，帮助用户决策，并对选定浸出方法、编制矿山规划、确定地下水复原措施提供建议，既避免了盲目采用地浸方法造成的开采困境，又有助于地浸技术的推广及铀 矿资源的开发利用，是铀矿床地浸评价的基本工具。 采用人工智能的专家系统为用户提供评价铀矿床地浸可行性的方法完全合理、完全可行，且使用方便、灵活、易流通和推广应用。本系统的研究为专家系统在矿业中的应用开辟了新路，并且探讨了矿业领域模糊决策问题的解决方法，使铀矿床地浸评价工作从基于实践与经验上升到理论并反过来指导实践的高度。9 开发环境本系统为国际原子能机构开发，采用为全西文的 Turbo p
