CN110287559A - 一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，包括步骤1.根据料场规划及勘探数据建立包含土料场的三维地形模型、地质勘探模型、料场料性数据、料场物理参数等信息在内的土料场多维信息模型；步骤2.根据坝体填筑计划对确定土料的开采需求；根据坝体填筑进度计划对土料的数量及质量需求，建立土料开采需求计划，根据土料开采需求计划及资源配置，反推出填筑不同阶段土料填筑需求，根据反推得到的土料填筑需求，考虑土料的加工、中转、备料、损耗情况等。本发明可有效提高土料场开采管控的精细化程度，可广泛应用于水电、交通等大型土方挖填工程的施工管理。
Description
技术领域
本发明属于土石坝施工技术领域，尤其涉及一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法。
背景技术
随着我国水电开发的不断推进，心墙堆石坝由于具有就地取材、坝体结构简单、适应地基变形能力强、施工速度快等特点，成为西南地区修建高坝大库的首选坝型。
心墙体是坝体防渗的核心部位，其主要由粘土或掺砾粘土填筑碾压而成，对心墙土料的质量控制要求有严格的标准。土料从料场开挖后直接或简单处理后上坝，对于高心墙坝或特高心墙坝来说，对心墙土料的需求量大，填筑工期紧张，严格控制料场开采质量及提高涂料直接上坝率能有效控制坝体的填筑质量和经济性。
发明内容
受当前土料勘探方法及效率限制，土料场只能通过有限的勘探点及断面来估判土料质量及估算储量，通过这种估判的方式使实际开采与计划无论是在质量还是储量上可能存在较大误差，进而导致开采土料质量不满足要求、开采效率偏低、开采进度无法满足填筑进度等问题，影响大坝填筑的质量与工期。
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，对土料场的开采方式进行精细化管控。
本发明采用如下技术方案：
一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，包括以下步骤：
步骤1.根据料场规划及勘探数据建立包含土料场空间数据(三维地形模型)、地质数据(地质勘探模型)、土料特征数据(料场料性数据)、土料物理(力学)参数数据等信息在内的土料场多维信息模型，该模型可以表示为：
Ω＝{Ω1,Ω2,…，Ωn}(n为包含的信息维度)
其中：
Ω1表示土料场三维空间模型集合，Ω1＝{V1,V2,…,Vm}(m表示空间划分数量)，V＝(id,x,y,z,l,b,h,),
Ω2表示土料场各子空间土料P5(大于5mm的粗粒含量)含量的集合，Ω2＝{P1,P2,…,Pm}，P＝(Vi,value)，P表示
Ω3表示土料场各子空间土料含水量的集合，Ω3＝{W1,W2,…,Wm}，W＝(Vi,wvalue)；
Ω4表示土料场各子空间土料级配数据的集合，Ω4＝{G1,G2,…,Gm}，G＝(Vi,gvalue)；
Ω5表示各土料场子空间土料可开采量的集合，Ω5＝{v1,v2,…,vm}，v＝(Vi,vvalue)；
上述表达式中：V表示三维空间模型数据，P表示P5含量的在Vi空间内的值，W表示在Vi空间内的含水率测值，G表示在Vi空间内的级配测值，v表示在Vi空间内的值可开采量的值，id表示该模型的编号，x表示该模型的x坐标，y表示该模型的y坐标，z表示该模型的z坐标，l，b，h分别表示该模型的长，宽，高，p5value表示P5含量测值，wvalue表示含水率测值，gvalue表示级配测值，vvalue表示该模型的可开采量。
其他维度的信息根据工程需要可以进一步拓展。
所述的步骤(1)还包括以下步骤：
(1).根据土料场规划的开采范围、开采深度、剥离深度等，建立土料场的三维地形模型后，并将土料场三维地形模型根据开采要求划分为若干个子实体模型的集合，可以表示为：Ω1＝{V1,V2,…,Vm}，其中m表示划分子实体模型的个数，V表示其中某个实体的空间信息，该空间信息包含实体的点、线、面信息。
(2).根据土料场的地质分层信息、土料物理力学参数对土料场三维子实体模型进行二次划分成基本体元模型，划分后的模型仅包含同一类地层信息及一致的物理力学参数；
(3).对二次划分后的模型进行编码和信息整理；
步骤2.根据工程填筑过程(坝体填筑进度计划)对土料的数量及质量需求，建立土料场开采顺序规划，确定各个料场的开采时段及开采量(土料开采需求)；
步骤3.根据土料场开采顺序规划，确定各时段开采强度，结合开采机械的有效作业范围及作业效率，确定适合不同时段及土料场的开采的机械配置；
步骤4.根据土料开采需求计划、开采质量要求及机械配置确定各土料场内部的开采顺序及方法；
步骤5.在料场开采过程中，根据土料场开挖揭露的信息对料场形象面貌、土料质量和储量等信息进行采集，根据采集的信息对原多维信息模型进行更新和修正，更新的方法同步骤(1)，再重复步骤(2)-步骤(4)，直至料场全部开采完毕。
更进一步的是，所述的步骤(2)还包括以下步骤：
(1).根据工程填筑计划(坝体填筑进度计划)及资源配置，反推出填筑不同时段土料的数量及质量需求(填筑需求)；
(2).根据反推得到的填筑需求，考虑各土料场的位置、运距、储量、质量等信息，以及土料开采上坝过程中的加工、中转、备料、损耗情况，运用运筹学的方法及结合步骤1中的土料场多维数据模型，规划出各料场的开采顺序规划，规划应包括每个料场开采时段、数量及质量。
更进一步的是，所述的步骤(3)还包括以下步骤：
(1).根据土料场的开采计划及土料场物料特性，选择合适的开采机械及开采方式，开采方式包括平采、立采、混采；
(2).根据各时段的开采强度及料场地形条件根据选定的开采机械及开采方式，确定出每一类机械的作业范围、作业效率及机械配套方式；
(3).根据开采强度计划确定各料场开采机械的配置数量。
更进一步的是，所述的步骤(4)包括以下步骤：
(1).根据开采数量及质量需求，在料场信息模型中搜索确定满足需求的开采区域；
(2).根据确定的机械配置，在开采区域中分配机械布置位置及开采区域；
(3).将分配的开采区域以图示或指令发送到施工方，执行开采。
更进一步的是，所述步骤(5)包括以下步骤：
(1).土料场随着开采过程的开挖形象变化及开挖揭露的土料质量数据，定期对开挖面貌、质量、储量等信息进行采集，采集后的数据进行整理，并在土料场多维信息模型中进行更新和修正；
(2).在下一阶段开挖前再重复进行步骤(2)-(4)，从而提高料场开采管控的精细化水平。
本发明的有益效果：
本发明旨在提供一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，解决现行土料场开挖中由于前期勘测信息不充分导致的土料质量和储量的偏差对工程施工进度和质量控制带来的影响，根据工程开采进程实时更新信息并动态规划开采方案，使工程填筑能够顺利进行。
附图说明
图1为本发明的施工流程图；
图2为本发明的实施例1的AB区离散点数据图；
图3为本发明的实施例1建立的AB区土料开挖三维空间模型图；
图4为本发明的实施例1按照剥离层和有用层进行区分建立的模型；
图5为本发明的实施例1二次划分后建立的模型；
图6为本发明的实施例1料场开采需求规划图；
图7为本发明的开挖后的形貌图Ⅰ；
图8为本发明的开挖后的形貌图Ⅱ。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，包括以下步骤：
步骤1.根据料场规划及勘探数据建立包含土料场空间数据(三维地形模型)、地质数据(地质勘探模型)、土料特征数据(料场料性数据)、土料物理(力学)参数数据等信息在内的土料场多维信息模型，该模型可以表示为：
Ω＝{Ω1,Ω2,…，Ωn}(n为包含的信息维度)
其中：
Ω1表示土料场三维空间模型集合，Ω1＝{V1,V2,…,Vm}(m表示空间划分数量)，V＝(id,x,y,z,l,b,h,),
Ω2表示土料场各子空间土料P5(大于5mm的粗粒含量)含量的集合，Ω2＝{P1,P2,…,Pm}，P＝(Vi,value)；
Ω3表示土料场各子空间土料含水量的集合，Ω3＝{W1,W2,…,Wm}，W＝(Vi,wvalue)；
Ω4表示土料场各子空间土料级配数据的集合，Ω4＝{G1,G2,…,Gm}，G＝(Vi,gvalue)；
Ω5表示各土料场子空间土料可开采量的集合，Ω5＝{v1,v2,…,vm}，v＝(Vi,vvalue)；
上述表达式中：V表示三维空间模型数据，P表示P5含量的在Vi空间内的值，W表示在Vi空间内的含水率测值，G表示在Vi空间内的级配测值，v表示在Vi空间内的值可开采量的值，id表示该模型的编号，x表示该模型的x坐标，y表示该模型的y坐标，z表示该模型的z坐标，l，b，h分别表示该模型的长，宽，高，p5value表示P5含量测值，wvalue表示含水率测值，gvalue表示级配测值，vvalue表示该模型的可开采量。
其他维度的信息根据工程需要可以进一步拓展。
所述的步骤(1)还包括以下步骤：
(1).根据土料场规划的开采范围、开采深度、剥离深度等，建立土料场的三维地形模型后，并将土料场三维地形模型根据开采要求划分为若干个子实体模型的集合，可以表示为：Ω1＝{V1,V2,…,Vm}，其中m表示划分子实体模型的个数，V表示其中某个实体的空间信息，该空间信息包含实体的点、线、面信息。
(2).根据土料场的地质分层信息、土料物理力学参数对土料场三维子实体模型进行二次划分成基本体元模型，划分后的模型仅包含同一类地层信息及一致的物理力学参数；
(3).对二次划分后的模型进行编码和信息整理；
步骤2.根据工程填筑过程(坝体填筑进度计划)对土料的数量及质量需求，建立土料场开采顺序规划，确定各个料场的开采时段及开采量(土料开采需求)；
步骤3.根据土料场开采顺序规划，确定各时段开采强度，结合开采机械的有效作业范围及作业效率，确定适合不同时段及土料场的开采的机械配置；
步骤4.根据土料开采需求计划、开采质量要求及机械配置确定各土料场内部的开采顺序及方法；
步骤5.在料场开采过程中，根据土料场开挖揭露的信息对料场形象面貌、土料质量和储量等信息进行采集，根据采集的信息对原多维信息模型进行更新和修正，更新的方法同步骤(1)，再重复步骤(2)-步骤(4)，直至料场全部开采完毕。
更进一步的是，所述的步骤(2)还包括以下步骤：
(1).根据工程填筑计划(坝体填筑进度计划)及资源配置，反推出填筑不同时段土料的数量及质量需求(填筑需求)；
(2).根据反推得到的填筑需求，考虑各土料场的位置、运距、储量、质量等信息，以及土料开采上坝过程中的加工、中转、备料、损耗情况，运用运筹学的方法及结合步骤1中的土料场多维数据模型，规划出各料场的开采顺序规划，规划应包括每个料场开采时段、数量及质量。
更进一步的是，所述的步骤(3)还包括以下步骤：
(1).根据土料场的开采计划及土料场物料特性，选择合适的开采机械及开采方式，开采方式包括平采、立采、混采；
(2).根据各时段的开采强度及料场地形条件根据选定的开采机械及开采方式，确定出每一类机械的作业范围、作业效率及机械配套方式；
(3).根据开采强度计划确定各料场开采机械的配置数量。
更进一步的是，所述的步骤(4)包括以下步骤：
(1).根据开采数量及质量需求，在料场信息模型中搜索确定满足需求的开采区域；
(2).根据确定的机械配置，在开采区域中分配机械布置位置及开采区域；
(3).将分配的开采区域以图示或指令发送到施工方，执行开采。
更进一步的是，所述步骤(5)包括以下步骤：
(1).土料场随着开采过程的开挖形象变化及开挖揭露的土料质量数据，定期对开挖面貌、质量、储量等信息进行采集，采集后的数据进行整理，并在土料场多维信息模型中进行更新和修正；
(2).在下一阶段开挖前再重复进行步骤(2)-(4)，从而提高料场开采管控的精细化水平。
实施例：
某工程为特高心墙堆石坝，根据设计，心墙填筑方量约450万m3，所需土料需从5个土料场供料，每个土料场根据地形、地质、质量等情况又分成不同的料区，因此，工程共5个土料场，12个料区。料场多维信息模型建模以其中的G料场AB区为例。
根据前期工程测量情况及地勘资料，将G料场AB区原始地形图进行处理，首先删除开挖区以外的地形，然后对等高线进行离散处理，得到AB区离散点数据如图2所示。根据离散点数据及土料场地勘数据(图3)，建立AB区的土料开挖三维地形模型，将三维地形模型按照剥离层和有用层进行区分建模，建立的模型见图4(土料场多维数据模型)。
同时根据勘探数据，对土料场三维地形模型进行二次划分，划分后的模型见图5，划分的最小子空间尺寸为0.5m×0.5m×0.5m，整理得到的AB区含水率，P5含量，级配和可开采量数据形成如表1所示的数据格式。
在工程建设前，根据料场分布高程、地点、土料储量等情况，对料场开挖上坝进行规划，规划得到开采需求规划如图6所示。在G料场的开采过程中，开采顺序规划为B1→A→B2，根据B1区的地形条件，设计开采方式为立采法，机械配置为反铲挖掘机+自卸汽车的配置。
在料场开采过程中，根据开挖揭露的情况，对料场模型开展更新复核工作，并随着开挖的进行，对开挖面貌进行动态采集，图7和图8为两次开挖后的形象面貌。
| id | X | Y | Z | l | b | h | 开采率 | P5含量 | 含水率 |
| 1 | 248127.75 | 3745588.75 | 2783.75 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 53.4998 | 12 |
| 2 | 248131.75 | 3745584.75 | 2781.75 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 50.7329 | 12 |
| 3 | 248129.75 | 3745586.75 | 2782.75 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 51.8685 | 12 |
| 4 | 248129.75 | 3745587.25 | 2782.75 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 51.8685 | 12 |
| 5 | 248128.75 | 3745587.75 | 2783.25 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 51.8685 | 12 |
| 6 | 248129.25 | 3745587.75 | 2783.25 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 51.8685 | 12 |
| 7 | 248129.75 | 3745587.25 | 2783.25 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 51.8685 | 12 |
| 8 | 248129.75 | 3745587.75 | 2783.25 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 51.8685 | 12 |
| 9 | 248129.25 | 3745587.75 | 2783.75 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 51.8685 | 12 |
| 10 | 248129.75 | 3745587.75 | 2783.75 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 51.8685 | 12 |
| 11 | 248130.75 | 3745585.75 | 2782.25 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 50.444 | 12 |
| 12 | 248131.25 | 3745585.75 | 2782.25 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 100 | 50.444 | 12 |
目前，本发明提出的一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法已成功应用于该工程，为土料场科学有序的开采提供了依据。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1).根据料场规划及勘探数据建立包含土料场的三维地形模型、地质勘探模型、料场料性数据、料场物理参数等信息在内的土料场多维信息模型；
该模型可以表示为：
Ω＝{Ω1,Ω2,…，Ωn}(n为包含的信息维度)
其中：
Ω1表示土料场三维空间模型集合，Ω1＝{V1,V2,…,Vm}(m表示空间划分数量)，V＝(id,x,y,z,l,b,h,),
Ω2表示土料场各子空间土料P5含量的集合，Ω2＝{P1,P2,…,Pm}，P＝(id,x,y,z,value)；
Ω3表示土料场各子空间土料含水量的集合，Ω3＝{W1,W2,…,Wm}，W＝(id,x,y,z,wvalue)；
Ω4表示土料场各子空间土料级配数据的集合，Ω4＝{G1,G2,…,Gm}，G＝(id,x,y,z,gvalue)；
Ω5表示各土料场子空间土料可开采量的集合，Ω5＝{v1,v2,…,vm}，v＝(id,x,y,z,vvalue)；
上述表达式中：id表示该模型的编号，x表示该模型的x坐标，y表示该模型的y坐标，z表示该模型的z坐标，l，b，h分别表示该模型的长，宽，高，p5value表示p5含量测值，wvalue表示含水率测值，gvalue表示级配测值，vvalue表示该模型的可开采量；
步骤(2).根据坝体填筑进度计划对土料的数量及质量需求，建立土料开采需求计划，根据土料开采需求计划及资源配置，反推出填筑不同阶段土料填筑需求，根据反推得到的土料填筑需求，考虑土料的加工、中转、备料、损耗情况，在步骤(1)中的土料场多维信息模型中，推算出土料场的开采需求计划，需求计划应包括数量及质量要求；
步骤(3).根据步骤(2)得到的土料开采需求计划，结合开采机械的有效作业范围及作业效率，确定适合不同阶段土料开采的机械配置；
步骤(4).根据土料开采需求计划、开采质量要求及机械配置确定不同阶段土料场的开采顺序及方法；
步骤(5).在料场开采过程中，根据料场揭露的信息对料场信息进行更新，再重复步骤(2)-步骤(4)，直至料场全部开采完毕。
2.根据权利要求1所述的一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，其特征在于，所述步骤(1)中三维地形模型为：
(1).根据土料场规划的开采范围、开采深度、场内道路数据，建立土料场的三维地形模型；
(2).根据土料场的地质分层信息对土料场三维地形模型进行初步划分；
(3).根据土料料性数据、土料物理力学参数数据对土料场三维地形模型进行再次划分，对划分后的模型进行编码和信息整理。
3.根据权利要求1所述的一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：
(1).根据土料场的开采计划及土料场物料特性，选择合适的开采机械及开采方式，开采方式包括平采、立采、混采；
(2).根据选定的开采机械及开采方式，确定出每一类机械的作业范围、作业效率及机械配套方式；
(3).根据开采计划确定开采机械的配置数量。
4.根据权利要求1所述的一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，其特征在于，所述步骤(4)还包括以下步骤：
(1).根据开采数量及质量需求，在料场信息模型中搜索确定满足需求的开采区域；
(2).根据确定的机械配置，在开采区域中分配机械布置位置及开采区域；
(3).将分配的开采区域以图示或指令发送到各开采机械。
5.根据权利要求1所述的一种基于多维信息模型的土料场开采规划方法，其特征在于，所述步骤(5)还包括以下步骤：
(1).土料场随着开采过程的形态变化及开挖揭露的土料数据，分阶段对土料场多维信息模型进行更新；
(2).更新后，在下一阶段开挖前再重复进行步骤(2)-步骤(4)，从而提高料场开采管控的精细化水平。
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