CN113065250A - 一种水下爆破音影响因素分析方法及装置 - Google Patents

一种水下爆破音影响因素分析方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种水下爆破噪音影响因素分析方法及装置，所述方法包括：根据水域地质条件、海洋环境及施工爆破方式确定影响水下爆破噪音大小的末端影响因素；基于所述末端影响因素构建层次分析模型，建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验；根据校验后的判断矩阵计算各个影响因素的权重，根据权重大小确定各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小；根据各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小确定关键要因，对要因进行分析，并制定相应的对策以减少噪音。本发明将层次分析理论应用到水下爆破噪音分析领域，对水下爆破噪音大小的末端影响因素进行权重量化分析，为水下爆破噪音控制提供参考依据。

Description

一种水下爆破音影响因素分析方法及装置
技术领域
本发明属于水下噪音分析领域，具体涉及一种水下爆破噪音影响因素分析方法及装置。
背景技术
在进行航道施工时往往需要进行水下爆破，当施工区域位于自然保护区附近时，为了满足环保要求，需要将爆破噪音维持在渔业保护水下噪音门限值范围内。而不提高爆破药量，爆破施工进度无法满足现场要求，势必极大的增加爆破施工成本，影响工期。因此如何在施工时使水下爆破产生的噪音达到环保部门的规定要求，又能解决施工进度慢的问，是炸礁工程的核心问题。
实际施工时，影响爆破噪音大小的因素复杂多变，很难确认影响爆破音大小的主要因素。比如某工程施工期最主要的水下强噪声源来自水下钻孔爆破，水下钻爆将在水中产生较强的冲击波噪声，冲击波的强度和传播特性与炸药包大小、水域地质条件、海洋环境及爆破方法等因素有关。但仅仅知道可能的影响因素也无法确定影响爆破音大小的主要因素，因而很难进行爆破音大小的准确控制和估算。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种水下爆破噪音影响因素分析方法及装置，用于解决水下钻孔爆破时难以确定影响爆破音大小的主要因素的问题。
本发明第一方面，公开一种水下爆破噪音影响因素分析方法，所述方法包括：
根据水域地质条件、海洋环境及施工爆破方式确定影响水下爆破噪音大小的末端影响因素；
基于所述末端影响因素构建层次分析模型，建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验；
根据校验后的判断矩阵计算各个影响因素的权重，根据权重大小确定各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小。
优选的，所述影响水下爆破噪音大小的末端影响因素包括一级影响因素和二级影响因素，所述一级影响因素包括人员因素、机械设备因素、施工方法因素、材料因素、环境因素、检测因素。
优选的，所述人员因素的二级影响因素包括装药人员考核情况、对作业人员进行技术交底情况；所述机械设备因素的二级影响因素包括钻爆穿空压机在起爆时的运行状态，所述施工方法因素的二级影响因素包括导爆管延时、堵孔及捅药到底的基本操作规范程度、填药顺序、单次起爆段数和单孔药量；所述材料因素的二级影响因素包括炸药在搬运过程中被挤压变形情况、炸药出厂合格检验、雷管出厂合格检验、施工现场堵塞材料的选取；所述环境因素的二级影响因素包括与周边环境噪音共振情况、钻孔孔间距；所述检测因素的二级影响因素包括炸药雷管进场试水检测结果。
优选的，所述层次分析模型分为目标层、准则层、决策层，其中目标层为爆破噪音影响因素，准则层为一级影响因素，决策层为各一级影响因素下的二级影响因素。
优选的，所述建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验具体为：
通过比较同一层次中不同影响因素的重要性，依据1～9标度法确定判断矩阵中的元素的值，将这些比较结果进行汇总构建比较判断矩阵；
计算判断矩阵的最大特征值和对应的特征向量，通过CR指标对判断矩阵进行一致性校验，
Figure BDA0002999226070000021
λmax为判断矩阵的最大特征值，n为判断矩阵的阶数，RI为平均随机一致性指标值；
采用秃鹰算法对不满足一致性校验的判断矩阵进行优化，使其满足一致性。
优选的，所述采用秃鹰算法对不满足一致性校验的判断矩阵进行优化具体包括：
将判断矩阵的各个元素作为秃鹰个体，组成秃鹰种群，选择搜索空间后，搜索空间猎物和俯冲捕获猎物，对判断矩阵的元素进行优化，优化目标为CR<α且
Figure BDA0002999226070000031
其中aij、bij分别为判断矩阵优化前后对应的元素值，α、δ分别为设定的阈值。
优选的，所述方法还包括：根据各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小确定关键要因，对要因进行分析，并制定相应的对策以减少噪音。
本发明第二方面，公开一种水下爆破噪音影响因素分析装置，所述装置包括：
根据水域地质条件、海洋环境及施工爆破方式确定影响水下爆破噪音大小的末端影响因素；
基于所述末端影响因素构建层次分析模型，建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验；
根据校验后的判断矩阵计算各个影响因素的权重，根据权重大小确定各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小；
根据各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小确定关键要因，对要因进行分析，并制定相应的对策以减少噪音。
本发明第三方面，公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明第一方面所述的方法。
本发明第四方面，公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明第一方面所述的方法。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
1)本发明将层次分析理论应用到水下爆破噪音分析领域，结合实际水域地质条件、海洋环境及爆破方法，对水下爆破噪音大小的末端影响因素进行权重量化分析，为水下爆破噪音控制提供参考依据，使得在保障施工进度的同时控制爆破噪音大小在允许的范围内；
2)利用建立的层次分析模型构造判断矩阵，并通过秃鹰算法进行判断矩阵一致性优化，进而计算各影响因素的权重，进一步保证了影响因素量化结果合理可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的水下爆破噪音影响因素分析方法流程示意图；
图2为本发明层次分析模型示意图；
图3为本发明实施例绘制的影响水下爆破噪音大小的鱼骨图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提出一种水下爆破噪音影响因素分析方法，所述方法包括：
S1、根据水域地质条件、海洋环境及施工爆破方式确定影响水下爆破噪音大小的末端影响因素；
所述影响水下爆破噪音大小的末端影响因素包括一级影响因素和二级影响因素，所述一级影响因素包括人员因素、机械设备因素、施工方法因素、材料因素、环境因素、检测因素。
所述人员因素的二级影响因素包括装药人员考核情况、对作业人员进行技术交底情况；所述机械设备因素的二级影响因素包括钻爆穿空压机在起爆时的运行状态，所述施工方法因素的二级影响因素包括导爆管延时、堵孔及捅药到底的基本操作规范程度、填药顺序及单次起爆段数和单孔药量；所述材料因素的二级影响因素包括炸药在搬运过程中被挤压变形情况、炸药出厂合格检验、雷管出厂合格检验、施工现场堵塞材料的选取；所述环境因素的二级影响因素包括与周边环境噪音共振情况、钻孔孔间距；所述检测因素的二级影响因素包括炸药雷管进场试水检测结果。
S2、基于所述末端影响因素构建层次分析模型，建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验；
请参阅图2，所述层次分析模型分为目标层、准则层、决策层，其中目标层为爆破噪音大小影响因素，准则层为一级影响因素，决策层为各一级影响因素下的二级影响因素。
所述建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验具体为：
通过比较同一层次中不同影响因素的重要性，依据1～9标度法确定判断矩阵中的元素的值，将这些比较结果进行汇总构建比较判断矩阵；
计算判断矩阵的最大特征值和对应的特征向量，通过CR指标对判断矩阵进行一致性校验，
Figure BDA0002999226070000051
λmax为判断矩阵的最大特征值，n为判断矩阵的阶数，RI为平均随机一致性指标值；
采用秃鹰算法对不满足一致性校验的判断矩阵进行优化，使其满足一致性。
具体的，将判断矩阵的各个元素作为秃鹰个体，组成秃鹰种群，选择搜索空间后，搜索空间猎物和俯冲捕获猎物，对判断矩阵的元素进行优化，优化目标为CR<α且
Figure BDA0002999226070000061
其中aij、bij分别为判断矩阵优化前后对应的元素值，α、δ分别为设定的阈值。
S3、根据校验后的判断矩阵计算各个影响因素的权重，根据权重大小确定各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小。
具体的，基于各个判断矩阵的最大特征值计算对应的权重，进行层次单排序和层次总排序，得到各个末端因素的影响权重值，即得到各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小的量化权重值。
S4、根据各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小确定关键要因，对要因进行分析，并制定相应的对策以减少噪音。
将各个末端因素的影响权重值降序排列，选取权重影响值大于预设权重阈值的影响因素作为关键要因，对关键要因进行分析，制定相应的对策，以减少对爆破噪音的影响。
与上述方法实施例相对应，本发明还提出一种水下爆破噪音影响因素分析装置，所述装置包括：
因素确认模块：根据水域地质条件、海洋环境及施工爆破方式确定影响水下爆破噪音大小的末端影响因素；
层次分析模块：基于所述末端影响因素构建层次分析模型，建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验；
权重计算模块：根据校验后的判断矩阵计算各个影响因素的权重，根据权重大小确定各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小；
要因分析模块：根据各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小确定关键要因，对要因进行分析，并制定相应的对策以减少噪音。
接下来以厦门海沧作业区水域的某航道扩建工程为例，对本发明进行进一步说明。该工程位于厦门珍稀海洋物种国家级自然保护区中华白海豚外围保护地带，航道扩建工程须满足环保要求，将爆破噪音维持在渔业保护水下噪音门限值范围内，表1为海洋哺乳动物和鱼类的水下噪声(过渡性)门限值。
表1海洋哺乳动物和鱼类的水下噪声(过渡性)门限值
Figure BDA0002999226070000071
为避免对白海豚造成影响，需降低白海豚栖息地的爆破噪音，按照“避让、减缓、补偿”原则进行生态保护。现场爆破作业前必须实施白海豚驱赶措施，且每次爆破仅能单响作业，每次爆破药量都要遵守主管部门的要求，并采用毫秒微差和深坑填埋爆破工艺。
为加快施工进度，将目标设定为在提高爆破药量的前提下，降低爆破噪音，控制爆破噪音大小在允许的范围内。增加爆破用药至400kg左右，并将驱赶边界处(1500m)爆破噪音仍控制在渔业保护的门限值范围内(160dB)规定。
本工程施工期最主要的水下强噪声源来自水下钻孔爆破，水下钻爆将在水中产生较强的冲击波噪声，冲击波的强度和传播特性与药包大小、水域地质条件、海洋环境及爆破方法等因素有关。从各个方面对“降低白海豚栖息地的爆破噪音”的各个环节进行详细分析和总结，并由此绘制影响水下爆破噪音大小的鱼骨图，如图3所示。
基于图3的鱼骨图，确定影响水下爆破噪音大小的末端影响因素，并构建如图2所示的层次分析模型，建立各个影响因素的两两判断矩阵，计算权重值并进行一致性校验；采用秃鹰算法对不满足一致性校验的判断矩阵进行优化，使其满足一致性。进行层次单排序和层次总排序，计算得到各个末端因素的影响权重值，将权重影响值较大的影响因素作为关键要因，对关键要因进行分析，制定相应的对策，以减少对爆破噪音的影响。
本工程某次爆破确定了两个要因，表2为针对要因进行分析制定的对策表，包括与要因制定的对策、实施目标及对应的具体措施，如此进行细化分析，可针对应的降低对爆破噪音的影响，从而使爆破噪音控制在规定的160dB范围内，避免对白海豚造成影响。
表2对策表
Figure BDA0002999226070000081
本发明还公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明前述的方法。
本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括：U盘、移动硬盘、只议存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的衙要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下爆破噪音影响因素分析方法，其特征在于，所述方法包括：
根据水域地质条件、海洋环境及施工爆破方式确定影响水下爆破噪音大小的末端影响因素；
基于所述末端影响因素构建层次分析模型，建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验；
根据校验后的判断矩阵计算各个影响因素的权重，根据权重大小确定各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小。
2.根据权利要求1所述水下爆破噪音影响因素分析方法，其特征在于，所述影响水下爆破噪音大小的末端影响因素包括一级影响因素和二级影响因素，所述一级影响因素包括人员因素、机械设备因素、施工方法因素、材料因素、环境因素、检测因素。
3.根据权利要求2所述水下爆破噪音影响因素分析方法，其特征在于，所述人员因素的二级影响因素包括装药人员考核情况、对作业人员进行技术交底情况；所述机械设备因素的二级影响因素包括钻爆穿空压机在起爆时的运行状态，所述施工方法因素的二级影响因素包括导爆管延时、堵孔及捅药到底的基本操作规范程度、填药顺序、单次起爆段数和单孔药量；所述材料因素的二级影响因素包括炸药在搬运过程中被挤压变形情况、炸药出厂合格检验、雷管出厂合格检验、施工现场堵塞材料的选取；所述环境因素的二级影响因素包括与周边环境噪音共振情况、钻孔孔间距；所述检测因素的二级影响因素包括炸药雷管进场试水检测结果。
4.根据权利要求3所述水下爆破噪音影响因素分析方法，其特征在于，所述层次分析模型分为目标层、准则层、决策层，其中目标层为爆破噪音大小影响因素，准则层为一级影响因素，决策层为各一级影响因素下的二级影响因素。
5.根据权利要求1所述水下爆破噪音影响因素分析方法，其特征在于，所述建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验具体为：
通过比较同一层次中不同影响因素的重要性，依据1～9标度法确定判断矩阵中的元素的值，将这些比较结果进行汇总构建比较判断矩阵；
计算判断矩阵的最大特征值和对应的特征向量，通过CR指标对判断矩阵进行一致性校验，
Figure FDA0002999226060000021
λmax为判断矩阵的最大特征值，n为判断矩阵的阶数，RI为平均随机一致性指标值；
采用秃鹰算法对不满足一致性校验的判断矩阵进行优化，使其满足一致性。
6.根据权利要求5所述水下爆破噪音影响因素分析方法，其特征在于，所述采用秃鹰算法对不满足一致性校验的判断矩阵进行优化具体包括：
将判断矩阵的各个元素作为秃鹰个体，组成秃鹰种群，选择搜索空间后，搜索空间猎物和俯冲捕获猎物，对判断矩阵的元素进行优化，优化目标为CR<α且
Figure FDA0002999226060000022
其中aij、bij分别为判断矩阵优化前后对应的元素值，α、δ分别为设定的阈值。
7.根据权利要求1所述水下爆破噪音影响因素分析方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小确定关键要因，对要因进行分析，并制定相应的对策以减少噪音。
8.一种水下爆破噪音影响因素分析装置，其特征在于，所述装置包括：
因素确认模块：根据水域地质条件、海洋环境及施工爆破方式确定影响水下爆破噪音大小的末端影响因素；
层次分析模块：基于所述末端影响因素构建层次分析模型，建立各个影响因素的两两判断矩阵，并进行一致性校验；
权重计算模块：根据校验后的判断矩阵计算各个影响因素的权重，根据权重大小确定各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小；
要因分析模块：根据各个末端因素对水下爆破噪音的影响大小确定关键要因，对要因进行分析，并制定相应的对策以减少噪音。
9.一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现权利要求1～7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现权利要求1～7任一项所述的方法。
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