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地下矿床开拓系统空间优化的粒子群方法

作　者: 梁宵
导　师: 袁艳斌；张晓盼
学　校: 武汉理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 矿床开拓系统 VRP问题 PSO算法 Dijkstra算法
分类号: TD214
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 34次
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内容摘要

矿床开拓系统是矿山建设的灵魂,关系到矿床开采运输和主体井巷布置,开拓系统的空间状态和行为是优化设计的重要内容之一,设计必须综合考虑井巷基建、矿石运输和工程地质环境优劣等多重复杂因素。传统的矿床开拓系统的优化多依靠专家经验定性分析或复杂的技术经济分析。为此,当前国内外展开了应用优化理论方法进行矿床开拓系统的定量评价及优化设计研究。本研究提出将矿石由各采场采出逆向考虑为矿石物流配送问题,转换为车辆路径问题物理模型的研究新思路；基于ARCGIS空间分析平台、Matlab算法平台实现演绎的方法模型,可以解决车辆路径问题等复杂的组合优化问题,为开拓系统优化提供技术支持。对已有的初步设计中提出的几套开拓系统,对其投影叠加形成开拓系统网络图,这样矿石运输在网络图上表现为地表出口至采场配送运输的行为,是典型的车辆路径研究问题。开拓系统优化的目的在于：以开拓系统的掘进费用、支护费用和运输费用为评价因子,在网络图中寻找满足矿石配送任务要求的最优路径组合。定量模型研究方面,车辆路径问题研究包含空间状态和行为两方面,矿床开拓问题研究中,就是对开拓井巷布置和矿石运输路径同时进行优化,涉及状态和行为两种不同的影响因素,传统精确算法无法穷举求解。本研究采用群智能粒子群算法(PSO)搜索车辆路径问题满意解,考虑车辆路径组合时两采场间存在多路径选择问题,引入Dijkstra搜索最短路径实现两采场之间路径单一化,构建解决开拓系统优化车辆路径问题的数学模型。技术实现上,在数学模型构建的基础上,基于GIS平台实现开拓系统网络图矢量化的空间表达,并建立拓扑关系,赋予属性数据；依托Matlab平台开发PSO和Dijkstra混合算法,将数据转换后以数据表格式导入Matlab进行优化计算；优化结果经数据转换后反馈至GIS平台进行空间和属性表达。研究以湖北省某铜矿开拓系统为实例进行试验,优化得到的井巷布置与矿山当前选用设计方案空间布局整体一致,证明优化结果符合开拓实际；通过成本比较,优化后开拓运输成本较设计概预算节约10%。研究表明把矿床开拓系统优化作为车辆路径问题求解是可行的,有研究和实践价值；论文给出了优化算法程序实现流程和代码,对包含多路径选择的复杂车辆路径问题解决有参考价值。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 论文研究背景  9-10
  1.2 研究目的意义  10-11
  1.3 研究内容  11-12
  1.4 国内外研究现状  12-15
    1.4.1 开拓系统优化研究现状  12-14
    1.4.2 粒子群优化算法应用研究  14-15
  1.5 研究方案和技术路线  15-17
    1.5.1 研究方案  15
    1.5.2 技术路线  15-17
第二章地下矿床开拓系统优化分析  17-24
  2.1 地下矿床开拓设计  17-20
    2.1.1 矿床开拓方法分类  17-18
    2.1.2 矿床开拓系统设计内容  18
    2.1.3 地下矿床开拓方案选择  18-20
  2.2 矿床开拓系统空间特性分析  20-22
  2.3 开拓系统空间数据  22-24
    2.3.1 空间数据管理  22
    2.3.2 空间数据转换  22-24
第三章开拓系统优化的数学基础——粒子群算法和Dijkstra算法  24-32
  3.1 粒子群算法起源  24-25
  3.2 粒子群算法模型  25-27
  3.3 粒子群算法流程  27-28
  3.4 粒子编码方式  28-29
  3.5 基于Dijkstra算法的粒子适应度评价  29-32
    3.5.1 适应度函数  29-30
    3.5.2 基于Dijkstra算法的适应度函数改进  30-32
第四章地下矿床开拓系统空间分析优化模型  32-46
  4.1 矿床开拓系统空间优化定义  32-33
    4.1.1 开拓系统空间  32-33
    4.1.2 矿床开拓系统空间优化  33
  4.2 开拓系统空间优化影响因素  33-35
  4.3 影响因子量化计算  35-36
  4.4 开拓系统空间优化模型  36-40
  4.5 开拓系统空间优化的粒子群方法  40-46
    4.5.1 开拓系统空间优化数学模型  40-41
    4.5.2 开拓系统优化的粒子群算法实现  41-46
第五章实例研究  46-58
  5.1 研究矿区介绍  46-47
  5.2 矿床开拓系统设计网络图  47-50
  5.3 矿床开拓系统空间优化参数设定  50-52
    5.3.1 开拓系统定额参数设置  50-51
    5.3.2 车辆路径问题参数设置  51
    5.3.3 粒子群算法参数设置  51-52
  5.4 矿床开拓系统空间优化结果  52-58
    5.4.1 单出口开拓系统空间优化分析  52-56
    5.4.2 开拓系统空间优化结果分析  56-58
第六章结论与展望  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-64
攻读学位期间发表论文和科研情况  64-65
附录:Matlab编程实现PSO和Dijkstra算法源码  65-69

地下矿床开拓系统空间优化的粒子群方法

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