CN108256253B - 一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法,首先针对目标爆破区域进行三角形网格划分,然后针对目标爆破区域经三角形网格划分后的所有节点,获得目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,最后获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置;整个设计方法,只需要对非规则爆破区域进行简单的二维三角形网格划分,即可构造出Voronoi多边形区域,能够获得合理的炮孔布置方案,在爆破范围内均匀布置炮孔,保证每个炮孔所控制的爆破区域相等,大大提高了炸药爆炸能量的利用率,改善爆破块度的均匀性,以及爆堆的松散度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法,属于岩土工程、爆破工程施工技术领域。
背景技术
在岩土工程施工中,爆破是土石方开挖最直接最有效和使用最为广泛的手段,而爆破中炮孔的布置形式在很大程度上决定了爆破效果的好坏,从而影响着后续一系列生产效率。传统的炮孔位置标定方法是利用采集到的爆破区域的参数,在现场进行炮孔位置标定,由于现场实际条件的有限性及复杂性,传统的炮孔布置方法存在很多弊端,例如:炮孔位置标定更多地凭经验完成,炮孔的间距和深度只能粗略估计等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法,能够获得合理的炮孔布置方案,大大提高了炸药爆炸能量的利用率,改善爆破块度的均匀性,以及爆堆的松散度。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法,用于针对目标爆破区域实现炮孔分布的布置,包括如下步骤:
步骤A.利用二维Delaunay化,按边长为a的正三角形,针对目标爆破区域进行三角形网格划分,然后进入步骤B;
步骤B.针对目标爆破区域经三角形网格划分后的所有节点,由最外围的任意一个节点起,按顺时针方向或逆时针方向依次针对各个节点做如下操作:
针对该节点所在的各个正三角网格区域,将该各个正三角网格区域的中心点位置,按顺时针方向或逆时针方向依次串联,构成Voronoi多边形;
完成针对目标爆破区域内所有节点的操作后,获得目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后进入步骤C;
步骤C.获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤A中,利用二维Delaunay化,按预设边长为a的正三角形,针对目标爆破区域进行三角形网格划分。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤C之后,还包括步骤D如下,执行完步骤C之后,进入步骤D;
步骤D.针对目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,删除其中边数小于4个的Voronoi多边形,更新目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置。
作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤A中,根据目标爆破区域面积S,以及目标爆破区域预设炮孔数目n,按如下公式:
获得针对目标爆破区域进行三角形网格划分中、正三角形的边长a;
所述步骤C之后,还包括步骤D如下,执行完步骤C之后,进入步骤D;
步骤D.针对目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,删除其中边数小于4个的Voronoi多边形,更新目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置。
作为本发明的一种优选技术方案:在获得目标爆破区域中各个炮孔开挖位置后,根据预设炮孔深度H,按如下公式:
获得各个炮孔所对应的岩石爆破体积V0,进而根据V0,获取各个炮孔的炸药填装量。
本发明所述一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明设计的基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法,只需要对非规则爆破区域进行简单的二维三角形网格划分,即可构造出Voronoi多边形区域,能够获得合理的炮孔布置方案,在爆破范围内均匀布置炮孔,保证每个炮孔所控制的爆破区域相等,大大提高了炸药爆炸能量的利用率,改善爆破块度的均匀性,以及爆堆的松散度。
附图说明
图1是爆破区域结构示意图;
图2是利用二维Delaunay化生成Voronoi多边形原理图;
图3是实例中的对爆破区域进行三角形网格划分;
图4是实例中的利用Voronoi网格生成的炮孔均匀布置图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
Voronoi网格技术是19世纪50年代,Dirichlet提出的将空间S分解为一系列Voronoi凸多面体的理论。对于空间S内任意给定点集{Pi},i=1,2,…,k,可将空间S分解为一组凸几何体{Vi},i=1,2,…,k,其中,Vi包含Pi,称之为Pi的领域,Pi称为领域Vi的特征点,凸几何体结构称为Dirichlet镶嵌,又称为Voronoi图。Voronoi图满足如下性质,领域Vi靠近Pi最密切,即:
Vi={P:d(P,Pi)<d(P,Pj),i≠j,P∈S}
其中,d(P,Pi)、d(P,Pj)分别表示P与Pi、P与Pj之间的欧几里得距离。
鉴于此,本发明所设计一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法,能克服传统的炮孔位置布置方法的弊端,在很大程度上改善爆破效果,提高生产效率。
实际应用中,本发明设计了一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法,用于针对目标爆破区域实现炮孔分布的布置,实际应用当中,设定炮孔间、排距大致相等,即要求每个炮孔所控制的平面面积相等;为了保证第一排炮孔爆破时自由面小于间距,将自由面线向已开挖区域法向平移一定距离(炮孔间距的20%),如图1所示。并且就实际应用,具体可以划分为两套方案,其中,第一套方案具体包括如下步骤:
步骤A.利用二维Delaunay化,按预设边长为a的正三角形,针对目标爆破区域进行三角形网格划分,然后进入步骤B。
步骤B.针对目标爆破区域经三角形网格划分后的所有节点,由最外围的任意一个节点起,按顺时针方向或逆时针方向依次针对各个节点做如下操作:
针对该节点所在的各个正三角网格区域,将该各个正三角网格区域的中心点位置,按顺时针方向或逆时针方向依次串联,构成Voronoi多边形;
完成针对目标爆破区域内所有节点的操作后,获得目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后进入步骤C。
步骤C.获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置,然后进入步骤D。
步骤D.针对目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,删除其中边数小于4个的Voronoi多边形,更新目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置。
第二套方案具体包括如下步骤:
步骤A.首先根据目标爆破区域面积S,以及目标爆破区域预设炮孔数目n,按如下公式:
获得针对目标爆破区域进行三角形网格划分中、正三角形的边长a;
然后利用二维Delaunay化,按边长为a的正三角形,针对目标爆破区域进行三角形网格划分,然后进入步骤B。
步骤B.针对目标爆破区域经三角形网格划分后的所有节点,由最外围的任意一个节点起,按顺时针方向或逆时针方向依次针对各个节点做如下操作:
针对该节点所在的各个正三角网格区域,将该各个正三角网格区域的中心点位置,按顺时针方向或逆时针方向依次串联,构成Voronoi多边形;
完成针对目标爆破区域内所有节点的操作后,获得目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后进入步骤C。
步骤C.获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置,然后进入步骤D。
步骤D.针对目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,删除其中边数小于4个的Voronoi多边形,更新目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置。
基于上述分别所设计的两套技术方案,即可获得目标爆破区域中各个炮孔开挖位置,之后根据预设炮孔深度H,按如下公式:
即可获得各个炮孔所对应的岩石爆破体积V0,进而根据V0,获取各个炮孔的炸药填装量,完成针对目标爆破区域的爆破。
将上述所设计第一套方案应用到实际实施例中,如下:
以某露天矿山为例,岩石为白云岩矿石,硬度大,可爆性差,台阶高度12m,孔深14.5m,超深2.5m,炮孔直径170mm作为实施例,测量整个目标爆破区域沿长度方向尺寸为55.2m,沿宽度方向尺寸为36.8m,整个目标爆破区域面积为2031.36m2,设置炮孔间距参数a为2.0m,并以此参数a作为网格划分的单元尺寸。
步骤A.如图2所示,利用二维Delaunay化,按预设边长为a=2.0m的正三角形,针对目标爆破区域进行三角形网格划分,然后进入步骤B。
步骤B.针对目标爆破区域经三角形网格划分后的所有节点,由最外围的任意一个节点起,按顺时针方向或逆时针方向依次针对各个节点做如下操作:
针对该节点所在的各个正三角网格区域,将该各个正三角网格区域的中心点位置,按顺时针方向或逆时针方向依次串联,构成Voronoi多边形;
完成针对目标爆破区域内所有节点的操作后,获得目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后进入步骤C。即如图4所示,计算得到Voronoi多边形的边长为1.4m,Voronoi多边形节点数目np为610、单元数目ne为600,其中三角形单元数目为89、四边形数目为0、五边形数目为20、六边形数目为473、七边形数目为18,并记录每个节点的坐标和每个单元形心坐标。
步骤C.获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置,即如图4所示,Voronoi多边形的中心坐标就是要布置炮孔的位置,然后进入步骤D。
步骤D.针对目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,删除其中边数小于4个的Voronoi多边形,更新目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (1)
1.一种基于Voronoi网格剖分的等面积炮孔布置方法,用于针对目标爆破区域实现炮孔分布的布置,其特征在于,包括如下步骤:
步骤A.根据目标爆破区域面积S,以及目标爆破区域预设炮孔数目n,按如下公式:
获得针对目标爆破区域进行三角形网格划分中、正三角形的边长a;
利用二维Delaunay化,按预设边长为a的正三角形,针对目标爆破区域进行三角形网格划分,然后进入步骤B;
步骤B.针对目标爆破区域经三角形网格划分后的所有节点,由最外围的任意一个节点起,按顺时针方向或逆时针方向依次针对各个节点做如下操作:
针对该节点所在的各个正三角网格区域,将该各个正三角网格区域的中心点位置,按顺时针方向或逆时针方向依次串联,构成Voronoi多边形;
完成针对目标爆破区域内所有节点的操作后,获得目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后针对目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,删除其中边数小于4个的Voronoi多边形,更新目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,并进入步骤C;
步骤C.针对目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,删除其中边数小于4个的Voronoi多边形,更新目标爆破区域中的各个Voronoi多边形,然后获得目标爆破区域中各个Voronoi多边形的中心点位置,即为目标爆破区域中各个炮孔开挖位置;
在获得目标爆破区域中各个炮孔开挖位置后,根据预设炮孔深度H,按如下公式:
获得各个炮孔所对应的岩石爆破体积V0,进而根据V0,获取各个炮孔的炸药填装量。
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