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        數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦山中的應(yīng)用及前景

        2021-11-30 01:27:37劉潤虎
        世界有色金屬 2021年1期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)挖掘遺傳算法

        劉潤虎

        (神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦,陜西 榆林 719315)

        傳統(tǒng)簡單粗獷的勘探和開采方法已經(jīng)不能滿足新形勢的要求。從礦業(yè)開發(fā)公司的需求開始,迫切需要一種新的有效的礦業(yè)勘探和開發(fā)方法。在激烈競爭的礦業(yè)環(huán)境中,更加重視數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦山勘探和開采中的應(yīng)用。國家所需的礦產(chǎn)資源無論是數(shù)量還是種類都大大增加,促進(jìn)了中國礦業(yè)公司的快速發(fā)展。在礦業(yè)公司快速發(fā)展的過程中,如何提高礦山的生產(chǎn)效率和改善礦山生產(chǎn)環(huán)境的安全性能是當(dāng)前各勘采公司重點(diǎn)研究的課題。在解決礦山安全問題的過程中,礦業(yè)公司引進(jìn)了大量先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)人才,不僅提高了礦山的生產(chǎn)效率,而且有效減少了煤礦安全事故的發(fā)生。但是,對(duì)于他們來說,引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)人才還不夠,需要有一種數(shù)據(jù)技術(shù)作為強(qiáng)有力的分析手段。

        1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)簡述

        首先,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦勘探業(yè)是一個(gè)新的概念。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基礎(chǔ)和核心是從大量數(shù)據(jù)資源中挖掘關(guān)鍵有效數(shù)據(jù),從而為決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)基本上是數(shù)據(jù)分析技術(shù)或數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)。它具有廣泛的應(yīng)用范圍,并且可以在幾乎任何行業(yè)的不同層次上應(yīng)用,我們專注于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在采礦勘探和開采中的應(yīng)用。挖掘勘探和挖掘過程會(huì)生成大量物理數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)包括來自采礦各個(gè)方面的數(shù)據(jù),包括地質(zhì),蓄水,礦山巖性特征等。這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了一個(gè)巨大的采礦勘探數(shù)據(jù)庫,這對(duì)礦山勘探和采前安全性評(píng)估計(jì)算很有用,以便制定各種勘探和采礦計(jì)劃的依據(jù)。嚴(yán)格的采礦勘探和采礦決策過程應(yīng)基于這個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫,但是如何在該數(shù)據(jù)庫的海量信息中找到最重要的數(shù)據(jù),或者如何在此數(shù)據(jù)管理中找到最有效的管理,這也可以確保高效,準(zhǔn)確的決策。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)際上是為滿足這些環(huán)境要求而生產(chǎn)的,尤其是礦山勘探和采礦應(yīng)用。例如,在礦山勘探項(xiàng)目的過程中,難以做出正確的決定,因?yàn)楦鞣N勘探數(shù)據(jù)非常復(fù)雜,決策者難以一一分析和計(jì)數(shù)這些數(shù)據(jù)。對(duì)于采礦勘探和采礦人員而言,執(zhí)行此類數(shù)據(jù)分析也是一項(xiàng)艱巨的任務(wù),如果某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)未正確識(shí)別,或是收集到的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確導(dǎo)致整個(gè)勘探和采礦計(jì)劃失效甚至出現(xiàn)安全問題,導(dǎo)致重大的人員和經(jīng)濟(jì)損失。在這種情況下,使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一個(gè)很好的選擇,借助數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),可以從這些海量數(shù)據(jù)中找到關(guān)鍵數(shù)據(jù)。決策者可以根據(jù)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)做出決策,也可以根據(jù)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)創(chuàng)建完整的勘探和開采計(jì)劃。

        2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的技術(shù)流程及操作方法

        2.1 技術(shù)流程

        信息收集:根據(jù)確定的數(shù)據(jù)分析對(duì)象,匯總數(shù)據(jù)分析所需的特征信息,然后選擇適當(dāng)?shù)男畔⑹占椒?,并將收集的信息存?chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。對(duì)于大數(shù)據(jù),選擇合適的數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理至關(guān)重要。數(shù)據(jù)集成:邏輯上或物理上集中來自不同來源,格式和特征的數(shù)據(jù),以為公司提供全面的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)規(guī)范:即使是少量數(shù)據(jù),大多數(shù)數(shù)據(jù)挖掘算法也需要很長時(shí)間才能運(yùn)行,并且在挖掘業(yè)務(wù)運(yùn)營數(shù)據(jù)時(shí),數(shù)據(jù)量通常非常大??梢允褂脭?shù)據(jù)縮減技術(shù)來獲取數(shù)據(jù)集的規(guī)范表示,該數(shù)據(jù)集雖然要小得多,但仍接近保持原始數(shù)據(jù)的完整性,并且可以將數(shù)據(jù)挖掘后的數(shù)據(jù)挖掘出來,規(guī)格與之前的結(jié)果相同或幾乎相同。數(shù)據(jù)清理:數(shù)據(jù)庫中的某些缺少屬性值造成數(shù)據(jù)不完整和不一致,因此,必須進(jìn)行數(shù)據(jù)清理以在數(shù)據(jù)倉庫中存儲(chǔ)完整,正確和一致的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換:通過無縫的數(shù)據(jù)聚合,泛化和標(biāo)準(zhǔn)化,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合數(shù)據(jù)挖掘的格式[1]。對(duì)于某些實(shí)數(shù)數(shù)據(jù),通過分層概念和數(shù)據(jù)離散化轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)也是重要的一步。數(shù)據(jù)挖掘過程:根據(jù)數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)信息,選擇適當(dāng)?shù)姆治龉ぞ?,?yīng)用統(tǒng)計(jì)方法,基于案例的推理,決策樹,基于規(guī)則的推理,遺傳算法來處理信息并獲得有用的信息分析。模型評(píng)估:從業(yè)務(wù)角度來看,行業(yè)專家驗(yàn)證數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        2.2 操作方法

        遺傳算法:遺傳算法是一種基于自然生物學(xué)選擇和遺傳機(jī)制的隨機(jī)搜索算法。具有隱式并行性,與其他模型的輕松集成以及遺傳算法的其他特性使它可用于數(shù)據(jù)挖掘。國外基于遺傳算法的數(shù)據(jù)挖掘工具,利用該工具對(duì)兩次空難的實(shí)際數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶒?yàn),結(jié)果表明,遺傳算法是一種有效的方法用于數(shù)據(jù)信息挖掘。遺傳算法的應(yīng)用還體現(xiàn)在與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),近似集成等技術(shù)的結(jié)合中。例如,遺傳算法用于優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu),并在不增加錯(cuò)誤率的情況下刪除了冗余連接和隱藏驅(qū)動(dòng)器,利用遺傳算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,然后從網(wǎng)絡(luò)中提取規(guī)則。然而,遺傳算法的算法較為復(fù)雜,尚未解決局部極小值的早期收斂問題。決策樹方法:決策樹是預(yù)測建模中常用的算法,可以通過有意對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類來找到有價(jià)值的潛在信息。它的主要優(yōu)點(diǎn)是描述簡單,排序速度快,特別適合于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。最早,最有影響力的決策樹方法是quinlan 提出的眾所周知的基于信息的id3算法。它的主要問題是非增量學(xué)習(xí)算法;決策樹id3 是單變量決策樹,很難表達(dá)復(fù)雜的概念。同性之間的關(guān)系不夠重視。針對(duì)上述問題,出現(xiàn)了許多改進(jìn)的算法。統(tǒng)計(jì)分析方法:在數(shù)據(jù)庫字段項(xiàng)目之間具有兩種關(guān)系:可以由函數(shù)公式表示的確定性功能關(guān)系和不能由公式的公式表示關(guān)聯(lián)關(guān)系函數(shù),但仍然是相關(guān)的確定性關(guān)系??梢允褂媒y(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析,即使用統(tǒng)計(jì)原理來分析數(shù)據(jù)庫中的信息。常用統(tǒng)計(jì)量在大量數(shù)據(jù)中查找最大值,最小值,和,平均值等,回歸分析使用回歸方程式表示變量之間的定量關(guān)系,相關(guān)分析使用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行度量變量之間的相關(guān)性,差異分析從樣本統(tǒng)計(jì)值確定通用參數(shù)之間是否存在差異等。

        3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦業(yè)勘探與開采中的應(yīng)用分析

        (1)建立數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的采礦勘探和應(yīng)用過程中,要做的第一件事是對(duì)采礦勘探準(zhǔn)備和采礦過程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總,然后根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方法將這些數(shù)據(jù)構(gòu)建為采礦數(shù)據(jù)模型,該模型成為整個(gè)礦山勘探和開發(fā)的重要指南。在數(shù)據(jù)模型中,可以找到來自采礦勘探和采礦過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù),例如地質(zhì)結(jié)構(gòu),水流走向,土質(zhì)和巖石特性。還可以分析和處理這些關(guān)鍵數(shù)據(jù),并對(duì)其他挖掘數(shù)據(jù)模型以找到相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行模型預(yù)測。這個(gè)預(yù)測也是采礦勘探和采礦中非常重要的部分,挖掘數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建不僅必不可少,而且對(duì)于勘探團(tuán)隊(duì)來說是迫切需要的。必須總結(jié)過去采礦勘探和采礦過程中生成的數(shù)據(jù),建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型,并為主要礦山建立相應(yīng)的模型,將這些挖掘數(shù)據(jù)模型組合到資源數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行分析和管理可以為將來的挖掘探索和開發(fā)提供重要的數(shù)據(jù)庫,尤其是在數(shù)據(jù)模型預(yù)測方面,這些數(shù)據(jù)模型起著重要作用[2]。例如,礦床的結(jié)構(gòu)和礦物的相關(guān)特性,對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測主要依靠歷史勘探和采礦數(shù)據(jù)。分析這些數(shù)據(jù)的最直觀,有效和準(zhǔn)確的方法是建立該數(shù)據(jù)模型。從某種意義上講,可以說采礦數(shù)據(jù)模型的質(zhì)量與采礦勘探和采礦業(yè)務(wù)直接相關(guān)。

        (2)優(yōu)化并利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)指導(dǎo)勘采。在礦山勘探和開采中的重要應(yīng)用角色是優(yōu)化目標(biāo)并指導(dǎo)勘探和采礦工作,這也是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦山勘探和采礦應(yīng)用中的價(jià)值的體現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以為礦山勘探和開采過程提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)指導(dǎo)。該數(shù)據(jù)指南嵌入在很多方面,并在整個(gè)礦山勘探和采礦過程中實(shí)施。因?yàn)榈V山勘探和開采中的數(shù)據(jù)不是靜態(tài)的,而是隨著時(shí)間的變化而動(dòng)態(tài)變化的,例如天氣,水流量和其他變化因素,并且隨著勘探和開采過程中變動(dòng)。采礦中,一些新的地質(zhì)數(shù)據(jù)會(huì)不斷更新。在這類數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化中,如果按照既定的勘探和開采計(jì)劃進(jìn)行勘探和開采工作,無疑是跟不上節(jié)奏,引入岔路。因此,使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來優(yōu)化整個(gè)勘探和采礦過程尤為重要。同樣,在此優(yōu)化過程中,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模型可以發(fā)揮非常重要的作用。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)最優(yōu)化和指導(dǎo)礦物勘探與開采過程最重要的是如何充分利用現(xiàn)有的礦山數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源是在礦物勘探和開采過程中獲得的,并且正在逐步跟隨變化因素通過計(jì)算機(jī)采集并不斷更新實(shí)時(shí)狀態(tài),該數(shù)據(jù)庫也來自其他相關(guān)礦山的數(shù)據(jù)庫。使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來管理和分析這些數(shù)據(jù)庫并制定最佳目標(biāo)計(jì)劃,對(duì)于確保順利進(jìn)行礦山勘探和開采具有重要作用。

        4 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用前景展望

        作為一種全新的數(shù)據(jù)管理和分析技術(shù),數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金融,審計(jì)和其他高度依賴數(shù)據(jù)的行業(yè),但它仍然是礦產(chǎn)勘探領(lǐng)域的新興者。礦山勘探與開發(fā)是傳統(tǒng)的資源領(lǐng)域,缺乏對(duì)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的重視是阻礙數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在勘探與開發(fā)中應(yīng)用的最重要因素。從一些調(diào)查數(shù)據(jù)中我們還可以知道,在當(dāng)前的中國采礦和礦物勘探領(lǐng)域中,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用鳳毛麟角。主要原因是人們沒有認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在礦物勘探和采礦領(lǐng)域帶來的應(yīng)用價(jià)值,沒有足夠的關(guān)注。為了提高礦物勘探和采礦中的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用,采礦和礦物勘探公司必須自覺地增加對(duì)新技術(shù)的了解和關(guān)注。這項(xiàng)新技術(shù)絕不僅僅指機(jī)械設(shè)備中的新技術(shù),作為一種高效的數(shù)據(jù)管理和分析新技術(shù),數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以在采礦勘探和采礦數(shù)據(jù)管理中發(fā)揮至關(guān)重要的作用,并且對(duì)于確保對(duì)勘探的順利進(jìn)行至關(guān)重要。礦業(yè)勘探和開采公司應(yīng)建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)管理部門,促進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用,并與相應(yīng)的由專職人員組成的部門一起確保數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的實(shí)施,制定數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)導(dǎo)向計(jì)劃。決策者還必須仔細(xì)采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提供的數(shù)據(jù)建議,以做出正確的決策。

        5 結(jié)論

        在現(xiàn)代勘探和采礦中,多種學(xué)科和技術(shù)的應(yīng)用被集成在一起,不僅是設(shè)備中的新技術(shù),還包括數(shù)據(jù)挖掘等其他方面的新技術(shù)。礦山勘探和開采是另一個(gè)將進(jìn)行大量數(shù)據(jù)分析工作的領(lǐng)域。這些數(shù)據(jù)管理和分析工作將極大地影響礦山勘探和采礦工程的運(yùn)營。另一方面,在我國采礦資源日益緊張的情況下,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于確保高效合理的開采和保護(hù)采礦資源也具有重要意義。盡管中國當(dāng)前的采礦勘探和采礦領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)挖掘技術(shù)還沒有給予足夠的重視,但在不久的將來,這種現(xiàn)象肯定會(huì)得到改善,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也將在勘探和采礦中得到更廣泛的應(yīng)用。

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