CN110865171B - 基于数字噪音检测的爆破安全分析方法及分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于数字噪音检测的爆破安全分析方法及分析系统，包括采集至少两组检测爆破信息，根据检测爆破信息建立当前检测点声压与爆破药量的关系公式；根据当前检测点声压与爆破药量的关系公式，建立标准爆破噪声模型；爆破启动后，连续采集测量点的实际噪声，使用标准爆破噪声模型对位于爆破延时间隔的实际爆破噪声进行验证，并对验证超标的实际爆破噪声进行报警。本发明无需通过大量计算以及环境、土质等检测，即可通过前期实验准确得到当前环境的变化参数，从而计算爆破强度阈值，将爆破后的实际强度与爆破强度阈值比对，根据比对结果反馈盲炮情况，系统准确推断是否存在盲炮的情况，无需人工扫雷，安全性高，报警及时、高效。

Description

基于数字噪音检测的爆破安全分析方法及分析系统

技术领域

本发明实施例涉及民爆检测技术领域，具体涉及一种基于数字噪音检测的爆破安全分析方法及分析系统。

背景技术

工程爆破一次用药量较大，为达到良好的爆破效果和减小爆破振动，一般分段爆破，并且采取微差延时起爆。在爆破过程中，会因为一些不确定因素，会使得爆破过程中可能会产生盲炮。爆破产生盲炮后容易导致事故，而且传统的盲炮识别方法主要通过工作人员的经验判断，这种方式存在很多漏洞，结果往往很难准确反映实际情况。因此，研究一种实用、快速、可靠的盲炮识别方法，具有重大的现实意义。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种基于数字噪音检测的爆破安全分析方法及分析系统，以解决现有技术中由于人工经验判断盲炮识别而导致很难准确反映实际情况的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，包括以下步骤：

采集至少两组检测爆破信息，根据检测爆破信息建立当前检测点声压与爆破药量的关系公式；

根据当前检测点声压与爆破药量的关系公式，建立标准爆破噪声模型；

爆破启动后，连续采集测量点的实际噪声，采集测量点的实际噪声，根据爆破延时设置使用标准爆破噪声模型对实际爆破噪声进行验证，并对验证超标的实际爆破噪声进行报警。

进一步的，所述建立当前检测点声压与爆破药量的关系公式包括：

在爆破工作面上进行至少两次不同爆破药量的爆破检测实验，所述爆破检测实验包括在爆破工作面上设置检测爆破装置，在距离爆破工作面D距离处设置噪声采集装置，检测爆破后，将采集到的噪声信息P₁与P₂、爆破药量Q₁与Q₂带入式1，即噪声与爆破药量关系公式：

P＝aQⁿ (式1)；

P为检测点声压，N/m2；

Q为一次爆破的总装药量，kg；

a、n为与当前爆破点至检测点之间的地形、地质条件有关的环境系数和衰减指数；

得到式2与式3：

再通过式2与式3结合得到当前a_当与n_当，并带入式1，得到当前检测点声压与爆破药量的关系公式，即式4：

进一步的，所述建立标准爆破噪声模型包括：

调取爆破工艺信息，根据爆破工艺信息计算爆破段的预计噪声阈值，若存在多段延时爆破的情况，则分别计算每段爆破的预计噪声阈值P_预，预计噪声阈值P_预由爆破中预计爆品药量Q_预带入式4而得，即

建立一个时间-预计噪声阈值的信息对序列，得到标准爆破噪声模型，标准爆破噪声模型中时间起始点为起爆时间。

进一步的，起爆之前采集连入起爆网络的实际爆品药量Q_实，将相同延时设置的实际爆品药量Q_实与预计爆品药量Q_预比对验证，若二者不相同，则重新建立标准爆破噪声模型。

进一步的，使用标准爆破噪声模型对位于爆破延时间隔的实际爆破噪声进行验证包括：

接收起爆信号后，按照时间顺序连续记录测量点的实际噪声，生成一组时间-实际噪声强度的信息对序列，得到实际爆破噪声模型；

将标准爆破噪声模型与实际爆破噪声模型中位于爆破延时间隔的信息对进行比对，若实际噪声小于预计噪声阈值的20％，则发出报警，标记异常爆破时间点。

进一步的，将比对时间点扩大到爆破延时间的时间点前后增加爆破延时间隔20％以内的误差时间，得到一个时间区域，将所述时间区域内的最大值作为实际噪声。

进一步的，将报警做程度分级，通过不同颜色报警灯、不同声音进行报警，具体包括：

a、所述实际噪声值小于预计噪声阈值的20-50％，进入三级预警阶段，需要设置警戒范围，撤离相关人员，专人探测盲炮，安装盲炮处理技术标准作业处理；

b、所述实际噪声值小于预计噪声阈值的50-80％，进入二级预警阶段，立即探测确认盲炮存在区域的情况；

c、所述实际噪声值小于预计噪声阈值超过80％，进入一级预警阶段，立即停止一切作业，专门编制措施处理。

一种使用所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法的分析系统，包括分析中心及噪声采集装置，所述分析中心设有微处理器、报警模块、人机交互模块、通讯模块，所述微处理器分别连接报警模块、人机交互模块、通讯模块，所述通讯模块与噪声采集装置之间通讯连接，所述微处理器设有信息处理子模块与标准建立子模块。

进一步的，所述噪声采集装置包括单片机、噪声传感器、临时存储器、通信接口、时钟电路，所述单片机分别连接噪声传感器、临时存储器、通信接口、电源模块、时钟电路。

进一步的，所述噪声采集装置上设有与单片机连接的激光灯，所述激光灯的照射方向与噪声传感器的接收方向同向。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法及分析系统无需通过大量计算以及环境、土质等检测，即可通过前期实验准确得到当前环境的变化参数，从而计算爆破强度阈值，将爆破后的实际强度与爆破强度阈值比对，根据比对结果反馈盲炮情况，系统准确推断是否存在盲炮的情况，无需人工扫雷，安全性高，报警及时、高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种基于数字噪音检测的爆破安全分析方法的方法流程图；

图2为本发明实施例2提供的一种使用本实施例中基于连续数字测振的爆破安全分析方法的分析系统的系统结构图；

图3为图2中数据处理中心的电路原理图；

图4为图2中噪声采集装置的电路原理图。

图中：

1、数据处理中心；2、噪声采集装置；3、信息处理子模块；4、标准建立子模块；5、报警模块；6、人机交互模块；7、通讯模块；8、微处理器；9、单片机；10、噪声传感器；11、临时存储器；12、通信接口；13、时钟电路。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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做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。

实施例一

如图1所示，一种基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，包括以下步骤：

采集至少两组前置爆破信息，根据前置爆破信息建立当前检测点声压与爆破药量的关系公式：

方法1

进行爆破检测实验，建立当前检测点声压与爆破药量的关系公式

在爆破工作面上进行至少两次不同爆破药量的爆破检测实验，所述爆破检测实验包括将如雷管、数码雷管、炸药、二氧化碳爆破管等检测爆破装置设置在爆破工作面上或周围，检测民爆品与当前工程用民爆品规格相同。为了降低检测成本，使前后两次检测民爆品的用量分别为1单位药量与2单位药量，而且能够保证检测数据的精准性，因为第一次检验爆破使用1单位药量，仅存在两个结果，a、1单位药量爆破；b、1单位药量没爆破，检测人员能够直接分辨检测爆破装置是否存在盲炮。第二次检测爆破使用2单位药量，其检测结果有4个，a、第二次声压大于第一次声压，即2单位药量均爆破；b、第二次声压等于第一次声压，即存在1单位药量未爆破；c、第二次声压小于第一次声压，即第二次爆破装置与第一次爆破装置种类不同；d、无声压，2单位药量均未爆破，工作人员能够很容易识别处是否存在盲炮的情况，从而能够保证检测实验数据的正确性，为后续计算提供有力的基础。

在距离爆破工作面D距离处设置噪声采集装置2，如噪音传感器或声级计，产品型号如TZ-2KA型噪音传感器或XL2声级计。进行噪声测量时，要避免气流的影响，若在室外测量，最好选择无风天气，若风速超过4级，则在噪声采集装置2上加上防风罩或一层绸布。在空气动力设备排气口测量时，应避开风口与气流。测量时还应该注意反射影响，尽可能的减少或排除噪声源周围的障碍物，并使噪声采集装置2距离地面一定高度，不低于0.5m，在周围障碍物不能排除时，应注意选择点的位置，尽量抬高噪声采集装置2。用声级计测量时，其传声器取向不同，其测量结果也存在一定的误差，因此，各测点都要保持同样的入射方向，一般以掠射位为宜，避免噪声入射方向垂直于传感器膜片。

检测爆破后，系统将两次爆破检测实验采集的噪声信息P₁与P₂、爆破药量Q₁＝1kg与Q₂＝2kg带入下式：

P＝aQⁿ..................................式1；

P为检测点声压，N/m2；

Q为一次爆破的总装药量，kg；

b、n为与当前爆破点至检测点之间的地形、地质条件有关的环境系数和衰减指数；

得到：

P₁＝a_当........................式2；

再通过式2与式3结合得到当前a_当与n_当，并带入式1，得到当前检测点声压与爆破药量的关系公式，即式4：

方法2

为了降低方法1中建立公式的成本，对于需要超过2次多段延时爆破的项目而言，基于方法1进一步改进，将方法1中的爆破检测实验替换为采集前两段延时爆破的爆破信息，即噪声信息P₃与P₄、爆破药量Q₃与Q₄，建立当前检测点声压与爆破药量的关系公式。本方法的优点是能够提高工作效率，降低成本，但是其缺点是无法识别前两次爆破中是否出现盲炮，从而导致后续数据低于正确数据，因此本方法适用于前2次延时爆破的爆破药量较少、延时分段较多的情况。

c、爆破启动后，系统将前两次延时爆破的噪声信息P₃与P₄、爆破药量Q₃与Q₄分别带入式1，得到：

再通过式5与式6结合得到当前a_当与n_当，并带入式1，得到当前检测点声压与爆破药量的关系公式，即式4。

根据当前检测点声压与爆破药量的关系公式，建立标准爆破噪声模型

调取爆破工艺信息，包括爆破次数、爆破延时间隔、每段爆破药量及品种等主要项目信息，还可录入操作人员信息、地理位置、项目公司等其他信息。系统提前获取项目编码，上传云端系统检验，验证通过后从云端下载爆破工艺信息，实现自动化、智能化。系统还可通过人工录入，同时获取录入人员生物信息，以实现责任到人，提高录入人员的责任心，降低人工错录几率。

包括根据爆破工艺信息计算预计噪声阈值P_预，若存在多段延时爆破的情况，则分别计算每段爆破的预计噪声阈值P_预，预计噪声阈值P_预由爆破中预计爆品药量Q_预带入式4而得，即

从而建立一个时间-预计噪声阈值的信息对序列，即标准爆破噪声模型，标准爆破噪声模型中时间起始点为起爆时间。为了便于查看，标准爆破噪声模型以二维坐标系的形式输出人机交互模块6，如在显示屏上展示，所述二维坐标系的两个坐标轴分别为时间坐标轴与声压坐标轴，本实施例以时间坐标轴作为横轴，根据爆破次数与爆破延时间隔设置时间刻度，声压坐标轴作为纵轴。

起爆之前采集连入起爆网络的实际爆品药量Q_实，计算相同延时设置的实际爆破药量Q_实，将相同延时设置的实际爆品药量Q_实与预计爆品药量Q_预比对验证，可按照延时时间逐渐增加的顺序比对，若二者的爆破药量不相同，即相同延时设置的数量不同，或者延时时间有差异，则根据实际爆品药量Q_实重新建立标准爆破噪声模型。

爆破启动后，根据爆破延时间隔检验实际爆破噪声

爆破启动后，噪声采集装置2连续采集距离爆破工作面D距离处测量点的实际噪声，系统接收起爆信号后，按照时间顺序连续记录测量点的实际噪声，并记录采集时间，得到一组时间-实际噪声强度的信息对序列，即实际爆破噪声模型。系统将标准爆破噪声模型与实际爆破噪声模型中位于爆破延时间隔的信息对进行比对，若实际噪声小于预计噪声阈值的20％，则发出报警，标记异常爆破时间点。由于存在时间误差，因此将比对时间点扩大，扩大到爆破延时间的时间点前后增加爆破延时间隔20％以内的误差时间，得到一个时间区域，取时间区域内的最大值作为实际噪声，如爆破延时间隔为25ms，则第一个时间区域为(25ms x 80％，25ms x 120％)＝(20ms，30ms)。

由于爆破工程过程中的危险性与紧迫性，需要更加准确的发出预警程度信息，供施工人员及时了解当时情况，扩大允许决策时间，可更好的做出盲泡处理决策。将实际噪声与预计噪声阈值的对比做程度分级，进行多层次递进式的预警方式，可通过不同颜色报警灯、不同声音进行报警，具体方式如下：

a、所述实际噪声值小于预计噪声阈值的20-50％，进入三级预警阶段，需要设置警戒范围，撤离相关人员，专人探测盲炮，安装盲炮处理技术标准作业处理。

b、所述实际噪声值小于预计噪声阈值的50-80％，进入二级预警阶段，立即探测确认盲炮存在区域的情况。

c、所述实际噪声值小于预计噪声阈值超过80％，进入一级预警阶段，立即停止一切作业，专门编制措施处理。

实施例二

如图2-4所示，一种使用本实施例中基于连续数字测振的爆破安全分析方法的分析系统，包括分析中心及噪声采集装置2，所述分析中心设有微处理器8、报警模块5、人机交互模块6、通讯模块7，所述微处理器8分别连接报警模块5、人机交互模块6、通讯模块7，所述通讯模块7与噪声采集装置之间通讯连接。

所述微处理器8的产品型号为STM32F103RCT6，所述微处理器8内设有信息处理子模块3与标准建立子模块4，格子模块功能如下：

信息处理子模块3将检验参数传递给标准建立子模块4，标准建立子模块4内设有公式生成子模块与标准生成子模块，公式生成子模块通过实施例一的方法计算生成当前检测点声压与爆破药量的关系公式，并储存。

标准生成子模块根据当前检测点声压与爆破药量的关系公式，建立标准爆破噪声模型。标准生成子模块读取爆破工艺信息，计算每段爆破的预计噪声阈值，即计算每个爆破延时间隔所对应的预计噪声阈值，最终建立一个时间-预计噪声阈值的信息对序列，即标准声压阈值模型，并储存。

信息处理子模块3接收起爆信号后进入检测模式，起爆信号可通过通讯模块7连接起爆器获得。信息处理子模块3连续接收噪声采集装置连续采集的实际噪声，若信号传输出现中断，则待网络恢复后，噪声采集装置连续采集后统一发送上传，噪声采集装置内设有临时存储器11与毫秒时钟电路13，用于采集信息的临时存储与为采集信息增加时间标记。信息处理子模块3调取标准爆破噪声模型，并根据爆破延时间隔对比实际噪声与预计噪声阈值，计算实际爆破速度与预计噪声阈值的差值率，差值率由实际爆破速度与预计噪声阈值做差后占比预计噪声阈值的百分比，若差值率为负值，则说明实际爆破速度低于预计噪声阈值，可能有盲炮出现。

通讯模块7设有与噪声采集装置2之间通过连接的噪声采集装置通讯子模块，有线传输或蓝牙传输等独立信息传输渠道。通讯模块7还包括与云端中心通讯连接的云端通讯子模块，如3G/4G网络、无线网络等，用于上传操作人员信息、或账号密码进行人员验证，或者上传项目编码进行项目验证，并下载对应的爆破参数信息、或上传爆破强度信息等用于记录备案。

人机交互模块6优选为安卓触摸屏，如Y5G15安卓屏，可录入爆破参数信息或操作指令，还可显示标准爆破噪声模型与实际噪声模型，以及二者的叠加显示，以二维坐标系的方式输出，便于观察二者之间的差值关系，对差值率出现负数的信息对进行突出显示。

报警模块5接收信息处理子模块3发出的报警指令，若差值率出现负数，则信息处理子模块3发送报警指令，报警模块5根据报警指令内差值率的大小做分级报警。具体方式如下：

a、所述实际噪声值小于预计噪声阈值的20-50％，进入三级预警阶段，需要设置警戒范围，撤离相关人员，专人探测盲炮，安装盲炮处理技术标准作业处理。

b、所述实际噪声值小于预计噪声阈值的50-80％，进入二级预警阶段，立即探测确认盲炮存在区域的情况。

c、所述实际噪声值小于预计噪声阈值超过80％，进入一级预警阶段，立即停止一切作业，专门编制措施处理。

所述噪声采集装置2包括单片机9、噪声传感器10、临时存储器11、通信接口12、时钟电路13，所述单片机9分别连接噪声传感器10、临时存储器11、通信接口12、电源模块、时钟电路13，还设有无线通信模块及电源模块，无线通信模块可与分析中心无线通讯连接。单片机9的产品型号为AT89S51，噪声传感器10的产品型号为MD-HF扩散硅压力变送器，测量范围0...1600(kPa)，精度等级0.5...0.2..0.15％FS，防爆等级CT6。

所述噪声采集装置2上设有与单片机9连接的激光灯，所述激光灯的照射方向与噪声传感器10的接收方向同向，便于识别噪声传感器10的采集方向，减小采集误差，保证数据的精准性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，其特征在于，包括：

在爆破工作面上进行至少两次不同爆破药量的爆破检测实验，采集至少两组检测爆破信息，根据检测爆破信息建立当前检测点声压与爆破药量的关系公式，所述爆破检测实验包括在爆破工作面上设置检测爆破装置，在距离爆破工作面D距离处设置噪声采集装置，检测爆破后，将采集到的噪声信息P₁与P₂、爆破药量Q₁与Q₂带入式1，即噪声与爆破药量关系公式：

P＝aQⁿ (式1)；

P为检测点声压，N/m2；

Q为一次爆破的总装药量，kg；

a、n为与当前爆破点至检测点之间的地形、地质条件有关的环境系数和衰减指数；

得到式2与式3：

再通过式2与式3结合得到当前a_当与n_当，并带入式1，得到当前检测点声压与爆破药量的关系公式，即式4：

根据当前检测点声压与爆破药量的关系公式，建立标准爆破噪声模型，调取爆破工艺信息，根据爆破工艺信息计算爆破段的预计噪声阈值，若存在多段延时爆破的情况，则分别计算每段爆破的预计噪声阈值P_预，预计噪声阈值P_预由爆破中预计爆品药量Q_预带入式4而得，即

建立一个时间-预计噪声阈值的信息对序列，得到标准爆破噪声模型，标准爆破噪声模型中时间起始点为起爆时间；

采集测量点的实际噪声，根据爆破延时设置使用标准爆破噪声模型对实际爆破噪声进行验证，并对验证超标的实际爆破噪声进行报警。

2.根据权利要求1所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，其特征在于，起爆之前，采集连入起爆网络的实际爆品药量Q_实，将相同延时设置的实际爆品药量Q_实与预计爆品药量Q_预比对验证，若二者不相同，则重新建立标准爆破噪声模型。

3.根据权利要求1所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，其特征在于，使用标准爆破噪声模型对位于爆破延时间隔的实际爆破噪声进行验证包括：

接收起爆信号后，按照时间顺序连续记录测量点的实际噪声，生成一组时间-实际噪声强度的信息对序列，得到实际爆破噪声模型；

将标准爆破噪声模型与实际爆破噪声模型中位于爆破延时间隔的信息对进行比对，若实际噪声小于预计噪声阈值的20％，则发出报警，标记异常爆破时间点。

4.根据权利要求3所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，其特征在于，将比对时间点扩大到爆破延时的时间点前后增加爆破延时间隔20％以内的误差时间，得到一个时间区域，将所述时间区域内的最大值作为实际噪声。

5.根据权利要求3所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，其特征在于，将报警做程度分级，通过不同颜色报警灯、不同声音进行报警，具体包括：

a、所述实际噪声值小于预计噪声阈值的20-50％，进入三级预警阶段，需要设置警戒范围，撤离相关人员，专人探测盲炮，安装盲炮处理技术标准作业处理；

b、所述实际噪声值小于预计噪声阈值的50-80％，进入二级预警阶段，立即探测确认盲炮存在区域的情况；

c、所述实际噪声值小于预计噪声阈值超过80％，进入一级预警阶段，立即停止一切作业，专门编制措施处理。

6.一种使用权利要求1-5中任意一项所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法的分析系统，其特征在于：包括分析中心及噪声采集装置，所述分析中心设有微处理器、报警模块、人机交互模块、通讯模块，所述微处理器分别连接报警模块、人机交互模块、通讯模块，所述通讯模块与噪声采集装置之间通讯连接，所述微处理器设有信息处理子模块与标准建立子模块。

7.根据权利要求6所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，其特征在于：所述噪声采集装置包括单片机、噪声传感器、临时存储器、通信接口、时钟电路，所述单片机分别连接噪声传感器、临时存储器、通信接口、电源模块、时钟电路。

8.根据权利要求7所述的基于数字噪音检测的爆破安全分析方法，其特征在于：所述噪声采集装置上设有与单片机连接的激光灯，所述激光灯的照射方向与噪声传感器的接收方向同向。

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