岩爆综合预测集成智能系统研究

摘要

随着大型岩石地下工程向深部开发，高应力条件下的岩爆问题日益突出，相应地，岩爆预测研究成为岩石工程亟待解决的具有挑战性的前沿课题。针对岩爆形成的复杂性和不确定性，单一岩爆判据无法满足工程需要的特点，以及岩爆预测工作的迫切要求，本文以岩爆机理的研究成果和岩爆工程实例分析为基础，明确影响岩爆发生的主要因素，将岩爆机理、智能预测方法、岩爆防治措施三者有机地结合起来，建立地下工程岩爆综合预测集成智能系统，为岩爆预测预报与岩爆防治措施的实施提供理论依据。 本文从系统科学的思想出发，应用人工智能、神经网络、专家系统等前沿科学理论，采用基于“学习”和“模型”结合的智能方法，将逻辑推理、直觉联想、创造性思维有机结合，系统地研究岩爆预测的智能问题。本文的工作主要围绕岩爆机理研究、非线性智能预测研究和专家系统研究三方面进行。在岩爆的机理研究方面，结合传统的理论方法，收集整理国内外众多岩爆实例，对岩爆的发生特点和成因对比分析，采用统计分析与数据挖掘技术相结合的方法，构建岩爆的数据挖掘模型，从定性到定量对影响岩爆的多个指标进行统计分析，然后利用量化关联规则的数据挖掘技术对各个指标进行综合分析，挖掘出岩爆实例数据样本内的潜在的规则和综合判据；在岩爆的非线性智能预测方面，利用基于AdaBoost的集成学习方法，集成多个神经网络，进行样本的学习训练，构建出具有良好性能的岩爆智能预测模型；在专家系统研究方面，构建基于地质信息的岩爆预测专家知识库，采用启发式正向推理的方式，对实际工程进行岩爆的超前预报，最后，利用松耦合的集成方式将以上三个模块有机地结合成为一个岩爆综合预测集成智能系统。在Windows操作系统下采用面向对象编程语言Visual C++6.0及自带MFCDAO数据库进行编程完成集成系统软件的编写。在工程应用阶段，将该系统应用于高应力条件下的拉西瓦地下厂房和锦屏二级水电站引水隧洞群两个大型岩石地下工程的岩爆预测中，进行了验证并取得良好的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究综述

1.2.1岩爆的定义及形成机理研究现状

1.2.2岩爆的烈度分级研究现状

1.2.3岩爆预测预报研究现状

1.3岩体开挖-岩爆系统是开放复杂巨系统

1.4本文研究思路和主要工作

第二章智能方法理论基础

2.1引言

2.2数据挖掘技术理论

2.2.1数据挖掘的一般模型

2.2.2数据挖掘的任务

2.2.3数据挖掘的方法

2.2.4数据挖掘的分类与应用

2.3专家系统理论

2.3.1专家系统的组成

2.3.2专家系统的特点

2.3.3知识库与知识的表示方法

2.3.4推理机

第三章基于统计量化关联规则数据挖掘技术的岩爆判据分析

3.1引言

3.2岩爆实例及成因分析

3.2.1岩爆典型实例分析

3.2.2岩爆成因分析

3.3基于统计量化关联规则数据挖掘技术的岩爆判据分析

3.3.1量化关联规则的数据挖掘技术

3.3.2岩爆实例的统计分析

3.3.3量化关联规则的岩爆判据分析

3.4本章小结

第四章岩爆分类预测的AdaBoost组合学习方法

4.1引言

4.2独立于算法的机器学习

4.3组合学习方法

4.3.1 AdaBoost基本思想及其泛化形式

4.3.2 AdaBoost.M2算法

4.3.3 AB-ANN算法

4.4岩爆等级分类预测模型

4.4.1模型构建

4.4.2算例分析

4.4.3进一步讨论

4.5本章小结

第五章岩爆综合预测集成智能系统研究与软件开发

5.1引言

5.2岩爆综合预测集成智能系统的研究

5.3岩爆综合预测集成智能系统的软件开发与实现

5.3.1集成智能系统编程思想

5.3.2数据库管理模块

5.3.3智能方法模块

5.3.4专家系统模块

5.3.5系统功能实现

5.5本章小结

第六章工程实例应用

6.1引言

6.2应用实例之一—锦屏二级水电站工程

6.2.1工程概况及地质简介

6.2.2地应力及其岩爆条件

6.2.3集成神经网络的岩爆预测

6.3应用实例之二—拉西瓦水电站工程

6.3.1工程概况及地质简介

6.3.2工程实际问题-拱顶掉块

6.3.3掉块成因的岩爆分析

6.4本章小结

第七章结论与展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文与参加的科研项目