本發(fā)明涉及隧道智能爆破孔位設(shè)計，特別是指一種用于智能孔位設(shè)計系統(tǒng)的孔位自適應(yīng)調(diào)整方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、鉆爆法是隧道、巷道高效開挖的重要方法之一。近年來，隧道、巷道開挖難度越來越大，對爆破效果的要求愈發(fā)嚴(yán)苛。爆破設(shè)計及施工質(zhì)量直接影響爆破效果，根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件確定爆破設(shè)計中各項參數(shù)，并嚴(yán)格按照設(shè)計施工，是保證良好爆破效果的前提。

2、隨著機械設(shè)備的自動化、智能化發(fā)展，全電腦鑿巖臺車逐步代替手持鉆孔設(shè)備，按照設(shè)計內(nèi)容精確鉆孔，可有效提高施工質(zhì)量。因此，爆破設(shè)計對爆破效果的影響尤為關(guān)鍵。開發(fā)智能孔位設(shè)計系統(tǒng)是目前的發(fā)展趨勢。

3、然而，在現(xiàn)有的爆破孔位智能設(shè)計方法中，“先設(shè)計方案再智能選擇”和“先設(shè)計方案后對方案開展自適應(yīng)調(diào)整”的本質(zhì)截然不同。區(qū)別在于設(shè)計方案的過程本身是否有智能算法參與。前者在炮孔位置及爆破參數(shù)的確定過程中，完全依據(jù)傳統(tǒng)理論和工程經(jīng)驗，智能僅體現(xiàn)在選擇方案階段。后者在炮孔位置及爆破參數(shù)的確定過程中，增加了自適應(yīng)調(diào)整環(huán)節(jié)，結(jié)果無法人為預(yù)測，但方案可行有效。通過自適應(yīng)調(diào)整炮孔位置，均勻分布炸藥能量，可以提高炸藥能量利用率、達(dá)到巖體充分破碎的目的。本技術(shù)屬于后者，即創(chuàng)新了方案設(shè)計過程，而非方案選擇過程。

4、另外，施工現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)計時通常依托于cad設(shè)計軟件，將斷面輪廓及孔距、排距等設(shè)計參數(shù)在cad設(shè)計軟件中以圖文形式呈現(xiàn)。使用cad設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計時存在以下問題：

5、1.孔位設(shè)計按照經(jīng)驗公式確定孔距、排距等參數(shù)，缺乏理論依據(jù)；

6、2.針對不同作業(yè)條件無法實現(xiàn)自適應(yīng)孔位調(diào)整，需手動調(diào)整局部甚至全部炮孔位置，難以實現(xiàn)炮孔位置的實時優(yōu)化；

7、3.在繪制設(shè)計圖紙時，孔位出現(xiàn)偏差無法及時發(fā)現(xiàn)，不能保證爆破質(zhì)量；

8、4.作為設(shè)計方案圖文形式的呈現(xiàn)載體，需花費大量時間和精力掌握cad繁雜操作工序以達(dá)到一定的熟練度，否則耗時長會影響工作效率；

9、5.cad設(shè)計軟件需配置高性能處理器等硬件設(shè)備，以保證軟件運行速度和工作效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于智能孔位設(shè)計系統(tǒng)的孔位自適應(yīng)調(diào)整方法及裝置，能夠在爆破設(shè)計中自適應(yīng)調(diào)整炮孔的孔口和孔底位置，并可以結(jié)合局部地質(zhì)條件變化，通過調(diào)整采樣點分布密度，得到適應(yīng)地質(zhì)特點的炮孔位置分布，具有高層次智能優(yōu)化的能力。炮孔位置的調(diào)整過程無需人工干預(yù)即可使炮孔分布均勻，調(diào)整結(jié)果在滿足了抵抗線均勻且不超標(biāo)等要求的前提下，可有效減少炮孔數(shù)量。設(shè)計結(jié)果以圖文格式直接導(dǎo)出，并可以與全電腦鑿巖臺車直接對接，大大提高孔位設(shè)計效率，促進(jìn)設(shè)計與施工的高效銜接。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一方面，提供了一種用于智能孔位設(shè)計系統(tǒng)的孔位自適應(yīng)調(diào)整方法，所述方法包括以下步驟：

4、s1、進(jìn)行初始爆破設(shè)計，得到所有崩落孔端部初始坐標(biāo)；

5、s2、設(shè)定需要調(diào)整位置的崩落孔的總孔數(shù)，在崩落孔的兩個端部平面內(nèi)，確定受需要調(diào)整位置的崩落孔影響的區(qū)域，在所述區(qū)域內(nèi)布置采樣點，設(shè)定采樣點簇的數(shù)量等于崩落孔的總孔數(shù)；

6、s3、將各崩落孔的初始位置作為初始簇中心，計算每個采樣點與各崩落孔的距離，將各采樣點分配到距離最近的崩落孔所在的簇中；

7、s4、根據(jù)采樣點分配的結(jié)果，更新各簇的簇中心即崩落孔位置；

8、s5、更新采樣點與簇中心即崩落孔位置的距離，重新分配采樣點，繼續(xù)更新崩落孔位置直至其不再變化。

9、可選地，所述步驟s2中，確定受崩落孔影響的區(qū)域具體包括：

10、建立關(guān)于崩落孔位置和受崩落孔影響的區(qū)域內(nèi)崩落孔孔距、崩落孔排距的區(qū)域邊界函數(shù)，具體為：

11、

12、其中，ω為受需要調(diào)整位置的崩落孔影響的二維平面中的區(qū)域，其邊界由方程f(c0,?s,?r)=0定義，c0為爆破設(shè)計中崩落孔端部初始坐標(biāo)，s為崩落孔孔距，r為崩落孔排距，(x,y)表示區(qū)域ω中任意點位置坐標(biāo)，表示實平面。

13、可選地，所述步驟s2中，布置采樣點時，點集分布密度根據(jù)崩落孔的起爆順序、崩落孔所在的位置、崩落孔抵抗線和崩落孔孔距的預(yù)期尺度選取不同值；總采樣域根據(jù)點集分布密度的不同分為若干子采樣域，具體為：

14、

15、其中，ω為總采樣域，即受崩落孔影響的區(qū)域；m為子采樣域數(shù)量，m為子采樣域編號，ω(m)為子采樣域；x1、x2為ω(m)內(nèi)的任意兩采樣點，且x1、x2之間的距離不小于r(m)；r(m)為表征ω(m)中采樣點點集分布密度的參數(shù)。

16、可選地，所述步驟s4中，各簇的簇中心即崩落孔位置的計算公式，具體為：

17、

18、其中，k為簇編號，c(k)為第k簇的簇中心，n(k)為第k簇內(nèi)采樣點的個數(shù)，xn為第k簇內(nèi)的第n個采樣點。

19、可選地，所述步驟s5中，終止更新崩落孔位置的條件為：迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)上限，或最小平方誤差小于預(yù)設(shè)值，或崩落孔位置的移動量小于閾值；

20、其中，最小平方誤差的形式，具體為：

21、

22、式中，rss為最小平方誤差，k為簇數(shù)，k為簇編號，n(k)為第k簇內(nèi)采樣點的個數(shù)，xn為第k簇內(nèi)的第n個采樣點，c(k)為第k簇的簇中心。

23、另一方面，提供了一種用于智能孔位設(shè)計系統(tǒng)的孔位自適應(yīng)調(diào)整裝置，用于實現(xiàn)上述任一項所述的方法，所述裝置包括：

24、初始設(shè)計模塊，用于進(jìn)行初始爆破設(shè)計，得到所有崩落孔端部初始坐標(biāo)；

25、布置模塊，用于設(shè)定需要調(diào)整位置的崩落孔的總孔數(shù)，在崩落孔的兩個端部平面內(nèi)，確定受需要調(diào)整位置的崩落孔影響的區(qū)域，在所述區(qū)域內(nèi)布置采樣點，設(shè)定采樣點簇的數(shù)量等于崩落孔的總孔數(shù)；

26、分配模塊，用于將各崩落孔的初始位置作為初始簇中心，計算每個采樣點與各崩落孔的距離，將各采樣點分配到距離最近的崩落孔所在的簇中；

27、第一更新模塊，用于根據(jù)采樣點分配的結(jié)果，更新各簇的簇中心即崩落孔位置；

28、第二更新模塊，用于更新采樣點與簇中心即崩落孔位置的距離，重新分配采樣點，繼續(xù)更新崩落孔位置直至其不再變化。

29、另一方面，提供了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：

30、處理器；

31、存儲器，所述存儲器上存儲有計算機可讀指令，所述計算機可讀指令被所述處理器加載并執(zhí)行時，實現(xiàn)如上述用于智能孔位設(shè)計系統(tǒng)的孔位自適應(yīng)調(diào)整方法的步驟。

32、另一方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲有程序代碼，所述程序代碼可被處理器調(diào)用執(zhí)行如上述用于智能孔位設(shè)計系統(tǒng)的孔位自適應(yīng)調(diào)整方法的步驟。

33、本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

34、本發(fā)明實施例中，通過初始爆破設(shè)計得到所有崩落孔端部初始坐標(biāo)；設(shè)定需要調(diào)整位置的崩落孔的總孔數(shù)，在崩落孔的兩個端部平面內(nèi)，確定受崩落孔影響的區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)布置采樣點；將各崩落孔的初始位置作為初始簇中心，計算每個采樣點與各崩落孔的距離，將各采樣點分配到距離最近的崩落孔所在的簇中；根據(jù)采樣點分配的結(jié)果，更新各簇的簇中心即崩落孔位置；更新采樣點與簇中心即崩落孔位置的距離，重新分配采樣點，繼續(xù)更新崩落孔位置直至其不再變化。本發(fā)明基于數(shù)學(xué)算法對崩落孔的端部位置進(jìn)行更新，計算收斂快，可高效地得到各崩落孔的端部位置，尤其是孔口和孔底最終位置，在保證計算誤差的控制要求的基礎(chǔ)上，提高爆破設(shè)計的合理性，提升爆破質(zhì)量。