基于粗糙集的隧道施工风险案例推理研究

计 算 机 工 程 第 34 卷 第23期

Vol.34 No.23 Computer Engineering ·工程应用技术与实现·

文章编号：1000—3428(2008)23—0244—03

文献标识码：A

2008年12月

December 2008

中图分类号：U455

基于粗糙集的隧道施工风险案例推理研究

胡 珉，张链翔

(上海大学悉尼工商学院，上海 200072)

摘 要：隧道工程具有复杂性和不确定性，其施工过程存在很大风险。该文调研隧道工程历史案例，从问题、情景描述、求解方法和结果4个方面进行案例库的设计和归纳。根据粗糙集理论，利用差别矩阵实现对案例决策表特征值属性约简和属性权重的学习。与传统方法相比，该方法有利于减少主观影响，提高风险评估准确率和效率，保证了隧道施工的安全性。 关键词：粗糙集；隧道施工；风险；案例推理

Research of Case-based Reasoning for Tunnelling Risk

Using Rough Set

HU Min, ZHANG Lian-xiang

(Sydney Institute of Language and Commerce, Shanghai University, Shanghai 200072)

【Abstract】As the complexity and uncertainty of the tunnel engineering, there is a considerable risk in the entire construction process. Afterinvestigating many history cases, this paper sums up these cases from four aspects, including question, scene, solution and result. To improve theefficiency and accuracy of case retrieving in case-based reasoning, the rough-set theory is introduced to reduce case attributes and get attributeweights. Compared with traditional technique, this technique reduces the subjective effects and improvesrisk assessment of the accuracy andefficiency, and guarantees the safety of the tunnel construction. 【Key words】rough set; tunnelling; risk; case-based reasoning

1 概述

隧道施工期间存在诸多不确定因素，如何有效减少由此带来的工作量成为隧道工程急须解决的问题。文献[1]于 2000年提出“隧道工程的建设过程就是全面的风险管理和风险分担的过程”，如何对隧道工程进行风险分析被越来越多地关注。而隧道工程的复杂性导致风险分析时存在知识结构化程度不高的问题，使规则推理或决策树推理等方法不能完全满足实际工程需求。案例推理的方法模仿人类解决问题和不断学习的方式，充分利用过去的经验处理将要出现的新问题，具有知识获取容易、符合专家思维过程、具有持续不断的学习能力等优点。由于隧道工程具有经验积淀较丰富的特点，使得利用案例推理进行风险分析成为可能。

案例推理工作可以概括为如下5个步骤[2]：

(1)案例描述，对新问题以案例的形式进行描述；

(2)案例检索，计算案例库中案例与新问题的匹配度，获得新问题的相似案例；

(3)案例重用，将相似案例的解决方案重用到新问题，根据领域知识和目标约束条件，修改相似案例的解决方案，使之适用于新问题，作为新问题的建议解输出；

(4)校验修改，对新问题的解进行检验或验证，将验证后的解作为最终解输出；

(5)案例学习，保留获得最终解的新问题，将其存入案例库中，实现案例知识的学习。

案例推理结构如图1所示，其中3个关键点如下： (1)案例库。是CBR系统中的主要知识库，案例库的设计是整个案例推理的基础。 ——244

(2)案例检索环节。是案例推理的关键步骤，最常用的案

例检索策略是最近相邻策略或k近邻算法。如何选择有效的特征属性，并为每个特征属性赋予一个合理权重，客观地反映案例和待解问题的相似度，以提高检索的准确性，是问题的关键。

(3)案例推理中的学习功能。即不断往案例库中增加新的案例。以案例推理为基础的系统需要保持并管理一组数量较大的案例，为了限制案例库的无限膨胀，需要合理的办法来删除冗余案例，限制案例库的大小。

图1 案例推理结构

2 案例描述

案例是一段带有上下文信息的知识，该知识表达了推理

机在达到其目标的过程中能起关键作用的经验。案例一般由3个主要部分组成：问题或情景描述，解决方案和结果。因

作者简介：胡 珉(1970－)，女，副教授、博士，主研方向：人工智能，地下工程信息处理；张链翔，学士

收稿日期：2008-03-08 E-mail：minahu@