基于本体的煤矿底板突水预测知识库的构建与推理研究

发布时间：2020-09-25 08:35

　　煤矿底板突水是导致煤矿灾害的主要因素之一,对煤矿井下的安全开采造成了严重威胁,防治水工作面临着巨大挑战。随着知识工程和人工智能的发展,突水预测领域出现了基于专家系统的知识库,实现了突水预测信息的自动化处理。但是传统的突水专家系统作用单一、可移植性差、缺乏对知识的系统表达,难以实现知识的共享和复用,容易造成知识浪费。本文提出将本体理论引入到底板突水知识库的构建中,不仅能实现突水领域知识的统一形式化描述,还能依据已有知识对事故风险信息进行智能推理,为实现底板突水预测预防提供更好的知识服务。本文总结了底板突水发生的机理,对突水预测知识库构建进行需求分析,提出了知识库的基本模型框架。在分析目前本体构建方法使用的基础上,提出了适用于底板突水预测知识库的本体建模方法。利用条件随机场抽取重要突水概念并归纳出概念间的语义关系;通过本体建模工具Protégé4.3定义了数据属性、对象属性和突水实例,完成了本体知识库的构建;使用自带推理机FaCT++对所构本体进行了一致性检验并将本体存储为OWL文件。根据煤矿突水防治技术和规程要求,分析了自定义规则格式和需求,建立适用于底板突水预测与防治的本体推理规则库;结合时空逻辑,构建了时空约束规则,为预测规则库提供了时空支持;并利用Jena推理机实现了基于规则的知识推理。研究了基于案例推理实现底板突水相似案例检索,提取影响底板突水发生的案例属性特征并计算了属性相似度;采用层次分析法评价属性权重,确定了突水案例相似度检索算法,并通过实验验证了案例推理在底板突水预测中的有效性。开发了突水知识库原型系统,该系统存储了突水本体库、突水案例库和推理规则库,并基于相似案例检索算法实现了案例检索,提供案例推理和规则推理服务。通过底板突水发生的实例,验证该预测知识库的有效性和实用性,结果表明,该知识库对突水实例知识推理的结果与实际评判结果相符,可为智能化分析底板突水并实现预测预防提供知识服务。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP18;TD745.2
【部分图文】：

底板突水,预测方法

一是基于突水机理进行预测，二是基于数学与计算机模型预测法。现将两类研究方法总结如图1-1 所示。图 1-1 底板突水预测方法Figure1-1 The method of floor water inrush prediction基于突水机理进行突水预测是考虑矿山的水文地质、矿井环境、采掘活动等因素的影响来分析矿井发生突水的可能性。匈牙利学者韦格弗伦斯于 20 世纪四五十年代第一次提出了相对隔水层的概念。苏联学者 B.斯列萨列夫结合底板强度理论提出底板安全水压值的计算公式。苏联和南斯拉夫学者同时研究突水发生

框架图,框架,底板突水,成果运用

硕士学位论文(3) 根据对煤矿底板突水知识的推理进行需求分析，开发了基于本体的底板突水预测知识库服务系统。将上述的理论研究成果运用于该系统，实现了对本体库、规则库和案例库的管理和推理服务。通过具体案例应用验证了该知识库系统的实用性和有效性。1.4 研究框架及技术路线(Research Framework and TechnicalRoute)1.4.1 研究框架本文的研究内容是个有机的整体，基于主要研究内容进一步细化确定了本文的研究框架，如图 1-2 所示。

路线图,总体技术,知识库,路线

图 1-3 知识库总体技术实现路线Figure1-3 Overall technical implementation route of knowledge base 论文章节安排(Structures)根据以上研究框架将本文内容章节安排分为六章。第一章绪论。首先介绍了本文的研究背景、选题来源及其研究意义，了煤矿底板突水预测和基于本体的知识库构建与应用研究的国内外现状据研究课题提出了本文的主要研究框架和技术实现路线。第二章本体理论和知识库概述。本章主要介绍了本体理论和知识库关在本体理论中对本体概念和本体分类、本体语言、构建方法和工具、推了主要论述。在知识库小结中对知识表示、知识获取和知识推理进行了和总结，为后续突水预测知识库构建与推理奠定了理论基础。第三章煤矿突水预测知识库本体建模。首先分析面向突水领域的本体求，然后提出了循环获取法与七步法相结合的本体构建方法。运用条件CRF)进行突水领域概念的抽取从而降低本体构建的工作量。然后基于以

【参考文献】