專利名稱：地面爆破定位檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及爆破分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地面爆破定位檢測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
地面爆破技術(shù)在水利、礦山、交通、城市建設(shè)等行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，與此同時(shí)，地面爆破誘發(fā)的地震負(fù)效應(yīng)，對周圍設(shè)施和建筑物所造成的危害，也越來越受到重視，特別是爆破誘發(fā)的地面震動(dòng)波(通常簡稱為面波)，其波長大、振幅強(qiáng)，沿地表面向四周傳播，是造成爆破點(diǎn)周圍設(shè)施和建筑物強(qiáng)烈破壞的主要因素。通過研究爆破誘發(fā)的地面震動(dòng)的能量分布特征，可以找到對周圍建筑物和設(shè)施的危害較小的爆破點(diǎn)進(jìn)行爆破，減少財(cái)產(chǎn)損失。但是，由于技術(shù)能力的限制、利益的驅(qū)使等原因，在一些特殊區(qū)域，例如在富有礦產(chǎn)資源的山區(qū)，一些個(gè)人還是會(huì)不顧他人利益私自進(jìn)行地面爆破作業(yè)，這種行為不僅不利于周邊設(shè)施的保護(hù)，還很可能危害到爆破作業(yè)者的人身財(cái)產(chǎn)安全，因此這種違反法規(guī)地面的爆破作業(yè)行為應(yīng)當(dāng)受到嚴(yán)格的監(jiān)管控制。但是，由于目前缺乏有效地檢測手段，監(jiān)管人員很難準(zhǔn)確的獲知在什么時(shí)間、什么地點(diǎn)發(fā)生了地面爆破作業(yè)，從而為違反法規(guī)的地面爆破作業(yè)的查處帶來了極大地困難。如果出現(xiàn)一種有效檢測特定區(qū)域內(nèi)爆破點(diǎn)所在位置的手段，一旦發(fā)生地面爆破作業(yè)，監(jiān)管人員就能夠及時(shí)獲知爆破點(diǎn)位置，從而為違法爆破作業(yè)的查處提供有利的線索。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)難以檢測有限區(qū)域內(nèi)的未知爆破點(diǎn)這一問題，提出一種地面爆破定位檢測系統(tǒng)，以及采用該系統(tǒng)進(jìn)行地面爆破定位檢測的方法，以便于監(jiān)管人員就能夠及時(shí)獲知爆破點(diǎn)位置，為違法地面爆破作業(yè)的查處提供有利的線索。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段
一種地面爆破定位檢測系統(tǒng)，包括檢測中心以及通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與檢測中心通信的數(shù)據(jù)采集終端；檢測區(qū)域內(nèi)的地面分布設(shè)置有N個(gè)面波檢測裝置，N的取值為5 10，且其中任意三個(gè)面波檢測裝置所在位置均能夠構(gòu)成三角形；所述N個(gè)面波檢測裝置的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)采集端連接；數(shù)據(jù)采集終端記錄有檢測區(qū)域內(nèi)各個(gè)面波檢測裝置所在位置的地理坐標(biāo)，且數(shù)據(jù)采集終端實(shí)時(shí)采集各個(gè)面波檢測裝置檢測的面波信號(hào)，并將各個(gè)面波檢測裝置檢測所在位置的地理坐標(biāo)、檢測的面波信號(hào)以及對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間一并發(fā)送給檢測中心；檢測中心根據(jù)各個(gè)面波檢測裝置檢測所在位置的地理坐標(biāo)、檢測的面波信號(hào)以及對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間進(jìn)行定位，確定檢測區(qū)域內(nèi)地面爆破發(fā)生位置的地理坐標(biāo)。一種地面爆破定位檢測方法，采用上述的地面爆破定位檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具體包括如下步驟a)檢測中心預(yù)設(shè)定有面波信號(hào)起震幅度閾值，每當(dāng)一個(gè)面波信號(hào)的幅值由小到大超過面波信號(hào)起震幅度閾值時(shí)所對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間，檢測中心將其判定為檢測該面波信號(hào)的面波檢測裝置檢測到面波的起震時(shí)間；
b)檢測中心記錄檢測區(qū)域內(nèi)N個(gè)面波檢測裝置測到面波的起震時(shí)間，并以每三個(gè)面波檢測裝置為一個(gè)檢測組合，計(jì)算出各個(gè)檢測組合所確定的地面爆破發(fā)生位置的參考地理坐標(biāo)；以一個(gè)檢測組合的三個(gè)面波檢測裝置計(jì)算地面爆破發(fā)生位置的參考地理坐標(biāo)的方法如下
其中，(X1, Y1)、(X2，y2)和(X3，y3)分別表示該檢測組合的三個(gè)面波檢測裝置所在位置的地理坐標(biāo)，UD，yD)表示地面爆破發(fā)生位置的參考地理坐標(biāo)；屯、d2和d3分別表示地面爆破發(fā)生位置與該檢測組合的三個(gè)面波檢測裝置所在位置的距離；ν表示面波在檢測區(qū)域地面的傳播速度；
c)檢測中心對各個(gè)檢測組合所求的地面爆破發(fā)生位置的參考地理坐標(biāo)通過粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化，將優(yōu)化所得的地理坐標(biāo)作為地面爆破發(fā)生位置的實(shí)際地理坐標(biāo)，并以地圖形式加以顯示。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
1、本發(fā)明的地面爆破定位檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對硬件設(shè)備的要求低，易于實(shí)現(xiàn)。2、本發(fā)明的地面爆破定位檢測方法中，通過5 10個(gè)面波檢測裝置聯(lián)合確定檢測區(qū)域內(nèi)地面爆破發(fā)生位置的實(shí)際地理坐標(biāo)，檢測時(shí)先通過分組得到各組的參考地理坐標(biāo)， 在對各組的參考地理坐標(biāo)用粒子群優(yōu)化算法加以優(yōu)化，得到實(shí)際地理坐標(biāo)，從而使得地面爆破發(fā)生位置的定位更加的準(zhǔn)確、可靠。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖1中，標(biāo)號(hào)1表示檢測中心，標(biāo)號(hào)2表示數(shù)據(jù)采集終端，標(biāo)號(hào)3表示檢測區(qū)域，標(biāo)號(hào)4 表示面波檢測裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明借助了面波傳播范圍廣、振幅強(qiáng)、傳播速度相對較慢的特點(diǎn)，通過對檢測區(qū)域內(nèi)不同位置面波起震時(shí)間的檢測，實(shí)現(xiàn)地面爆破發(fā)生位置的定位。如圖1所示的實(shí)施例，在一個(gè)檢測區(qū)域3內(nèi)的地面分布設(shè)置了 8個(gè)面波檢測裝置 4，8個(gè)檢測裝置所在位置各不相同，且其中任意三個(gè)面波檢測裝置所在位置均能夠構(gòu)成三角形這樣設(shè)置是為了便于定位計(jì)算；8個(gè)面波檢測裝置4的號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集終端2的數(shù)據(jù)采集端連接；數(shù)據(jù)采集終端2再通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與檢測中心1通信，從而構(gòu)成了地面爆破定位檢測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集終端記錄有檢測區(qū)域內(nèi)各個(gè)面波檢測裝置所在位置的地理坐標(biāo)，且數(shù)據(jù)采集終端實(shí)時(shí)采集各個(gè)面波檢測裝置檢測的面波信號(hào)，并將各個(gè)面波檢測裝置檢測所在位置的地理坐標(biāo)、檢測的面波信號(hào)以及對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間一并發(fā)送給檢測中心；檢測中心根據(jù)各個(gè)面波檢測裝置檢測所在位置的地理坐標(biāo)、檢測的面波信號(hào)以及對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間進(jìn)行定位，確定檢測區(qū)域內(nèi)地面爆破發(fā)生位置的地理坐標(biāo)。系統(tǒng)中，面波檢測裝置可以采用振動(dòng)傳感器，也可以采用市購的面波儀；數(shù)據(jù)采集終端可采用以單片機(jī)或ARM處理器為核心的集成裝置實(shí)現(xiàn)；檢測中心即可采用連接到無線通信網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對硬件設(shè)備的要求也比較低，易于實(shí)現(xiàn)。 在未檢測到面波時(shí)，面波檢測裝置所檢測到的面波信號(hào)的幅值幾近于零，當(dāng)?shù)孛姹埔l(fā)的面波傳播到面波檢測裝置所在位置時(shí)，面波檢測裝置檢測的面波信號(hào)幅度急劇增大；因此檢測中心通過預(yù)設(shè)定面波信號(hào)起震幅度閾值來確定面波檢測裝置檢測到面波的起震時(shí)間，進(jìn)而運(yùn)算定位地面爆破發(fā)生位置。具體過程如下
a)檢測中心預(yù)設(shè)定有面波信號(hào)起震幅度閾值，每當(dāng)一個(gè)面波信號(hào)的幅值由小到大超過面波信號(hào)起震幅度閾值時(shí)所對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間，檢測中心將其判定為檢測該面波信號(hào)的面波檢測裝置檢測到面波的起震時(shí)間；
b)檢測中心記錄檢測區(qū)域內(nèi)8個(gè)面波檢測裝置測到面波的起震時(shí)間，并以每三個(gè)面波檢測裝置為一個(gè)檢測組合，計(jì)算出各個(gè)檢測組合所確定的地面爆破發(fā)生位置的參考地理坐標(biāo)；以一個(gè)檢測組合的三個(gè)面波檢測裝置計(jì)算地面爆破發(fā)生位置的參考地理坐標(biāo)的方法如下
權(quán)利要求
1.一種地面爆破定位檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括檢測中心以及通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與檢測中心通信的數(shù)據(jù)采集終端；檢測區(qū)域內(nèi)的地面分布設(shè)置有N個(gè)面波檢測裝置，N的取值為5 10，且其中任意三個(gè)面波檢測裝置所在位置均能夠構(gòu)成三角形；所述N個(gè)面波檢測裝置的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)采集端連接；數(shù)據(jù)采集終端記錄有檢測區(qū)域內(nèi)各個(gè)面波檢測裝置所在位置的地理坐標(biāo)，且數(shù)據(jù)采集終端實(shí)時(shí)采集各個(gè)面波檢測裝置檢測的面波信號(hào)，并將各個(gè)面波檢測裝置檢測所在位置的地理坐標(biāo)、檢測的面波信號(hào)以及對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間一并發(fā)送給檢測中心；檢測中心根據(jù)各個(gè)面波檢測裝置檢測所在位置的地理坐標(biāo)、檢測的面波信號(hào)以及對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間進(jìn)行定位，確定檢測區(qū)域內(nèi)地面爆破發(fā)生位置的地理坐標(biāo)。
2.一種地面爆破定位檢測方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述的地面爆破定位檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具體包括如下步驟a)檢測中心預(yù)設(shè)定有面波信號(hào)起震幅度閾值，每當(dāng)一個(gè)面波信號(hào)的幅值由小到大超過面波信號(hào)起震幅度閾值時(shí)所對應(yīng)的信號(hào)采集時(shí)間，檢測中心將其判定為檢測該面波信號(hào)的面波檢測裝置檢測到面波的起震時(shí)間；b)檢測中心記錄檢測區(qū)域內(nèi)N個(gè)面波檢測裝置測到面波的起震時(shí)間，并以每三個(gè)面波檢測裝置為一個(gè)檢測組合，計(jì)算出各個(gè)檢測組合所確定的地面爆破發(fā)生位置的參考地理坐標(biāo)；以一個(gè)檢測組合的三個(gè)面波檢測裝置計(jì)算地面爆破發(fā)生位置的參考地理坐標(biāo)的方法如下
全文摘要
本發(fā)明提供了一種地面爆破定位檢測系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)借助了面波傳播范圍廣、振幅強(qiáng)、傳播速度相對較慢的特點(diǎn)，通過對檢測區(qū)域內(nèi)不同位置面波起震時(shí)間的檢測，實(shí)現(xiàn)地面爆破發(fā)生位置的定位；并且在一個(gè)檢測區(qū)域中，通過5~10個(gè)面波檢測裝置聯(lián)合確定爆破發(fā)生位置的實(shí)際地理坐標(biāo)，檢測時(shí)先通過分組得到各組的參考地理坐標(biāo)，在對各組的參考地理坐標(biāo)用粒子群優(yōu)化算法加以優(yōu)化，得到實(shí)際地理坐標(biāo)，從而使得地面爆破發(fā)生位置的定位更加的準(zhǔn)確、可靠。借助本發(fā)明的地面爆破定位檢測系統(tǒng)，監(jiān)管人員就能夠及時(shí)獲知爆破點(diǎn)位置，為違法地面爆破作業(yè)的查處提供有利的線索。
文檔編號(hào)G01S5/20GK102298136SQ20111013874
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者張慧敏, 甘平, 許磊, 黃揚(yáng)帆 申請人:重慶大學(xué)