CN116384052A - 一种爆破扰动冲击载荷精准模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于爆破扰动冲击载荷精准模拟技术领域，公开了一种爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置包括：爆破数据采集模块、爆破监控模块、主控模块、爆破冲击测算模块、爆破模拟模块、振动预测模块、评价模块、显示模块。本发明通过振动预测模块利用Matlab程序数值模拟，相比传统的公式加经验的振动预测方法更加有效可靠、准确；同时，通过评价模块将药量距离引入到评价爆破振动对建筑物影响中来，不仅可以计算出建筑物质点峰值振动加加速度是否符合爆破振动安全控制标准，同时利用统计学判断目标爆破区域周围建筑物在不同药量距离范围内所受的影响程度。
Description
技术领域
本发明属于爆破扰动冲击载荷精准模拟技术领域，尤其涉及一种爆破扰动冲击载荷精准模拟装置。
背景技术
爆破(blasting)是利用炸药在空气、水、土石介质或物体中爆炸所产生的压缩、松动、破坏、抛掷及杀伤作用，达到预期目的的一门技术。药包或装药在土石介质或结构物中爆炸时，使土石介质或结构物产生压缩、变形、破坏、松散和抛掷的现象，主要用于土石方工程，以及金属建筑物和构筑物的拆除等。研究的范围包括：炸药、火具的性质和使用方法，装药(药包)在各种介质中的爆炸作用，装药对目标的接触爆破和非接触爆破，各类爆破作业的组织与实施，然而，现有爆破扰动冲击载荷精准模拟装置对爆破振动预测误差较大；同时，不能准确评价爆破对建筑物影响程度。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有爆破扰动冲击载荷精准模拟装置对爆破振动预测误差较大。
(2)不能准确评价爆破对建筑物影响程度。
(3)现有采集的爆破视频不清晰，导致获取爆破数据不准确。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种爆破扰动冲击载荷精准模拟装置。
本发明是这样实现的，一种爆破扰动冲击载荷精准模拟装置包括：
爆破数据采集模块、爆破监控模块、主控模块、爆破冲击测算模块、爆破模拟模块、振动预测模块、评价模块、显示模块；
爆破数据采集模块，与主控模块连接，用于采集爆破数据；
爆破监控模块，与主控模块连接，用于对爆破进行视频监控；并对监控的爆破视频进行增强处理；
所述对监控的爆破视频进行增强处理方法：
通过分割程序对目标爆破视频进行分割；通过提取程序获取待处理爆破视频中的多个爆破视频帧，将每个所述爆破视频帧划分为多个图像块；针对每个所述爆破视频帧，从所述多个爆破视频帧中选取该爆破视频帧的参考帧，并从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块；
将该爆破视频帧中的单个图像块和所述预设数量个目标图像块输入爆破视频处理模型，确定该图像块对应的增强图像块；将每个爆破视频帧中多个图像块各自对应的增强图像块进行拼接，得到该爆破视频帧的增强爆破视频帧，并基于所述多个爆破视频帧各自对应的增强爆破视频帧，确定增强爆破视频；
所述从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块，包括：
通过运动估计从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块；
主控模块，与爆破数据采集模块、爆破监控模块、爆破冲击测算模块、爆破模拟模块、振动预测模块、评价模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；
爆破冲击测算模块，与主控模块连接，用于对爆破冲击进行测算；
爆破模拟模块，与主控模块连接，用于对爆破扰动冲击载荷进行模拟；
振动预测模块，与主控模块连接，用于对爆破振动进行预测；
评价模块，与主控模块连接，用于对爆破振动对建筑物影响程度进行评价；
显示模块，与主控模块连接，用于显示爆破数据、爆破视频、测算结构、模拟信息、振动预测结果、评价结果。
进一步，所述振动预测模块预测方法如下：
(1)通过摄像器监控爆破区域爆破视频；在目标爆破区域的群孔中选择一炮孔作为基准爆破孔；在基准爆破孔外围选取若干测点，并在基准爆破孔和测点的径向方向上布置测振仪；
(2)采集基准爆破孔的振动数据，并记录爆破参数；对采集到的基准爆破孔的振动数据进行分析，输入n分段下群孔爆破的微差时间，预测出测点完整的爆破振动波形及群孔最大爆破振动速度；拟合不同微差时间与质点最大爆破振动速度、降振率的关系曲线。
进一步，所述基准爆破孔为群孔中的末位爆破孔，且该末位爆破孔与相邻的爆破孔爆破的延期时间间隔不小于500ms。
进一步，所述测振仪不少于3台，且所述测振仪布置于基岩或利用测振振子楔入地面。
进一步，所述爆破参数包括炮孔位置、测点距离、孔深、传播介质、单孔药量、孔排距和爆破网络。
进一步，所述完整的爆破振动波形的表达式为：
式中：S(T)为测点总的爆破振动速度，T为爆破振动全过程中某一时刻；Ki为第i个分段的药量系数，当每个分段装药量、炸药品种等爆破参数相同时，取1；S(t-ti)为第i个分段炸药爆炸后产生的质点振动速度；ti为第i个分段炸药爆炸后地震波由震源传到测点的时间；
n为分段数量；δ(t)为单位阶跃信号表达式为：
进一步，所述评价模块评价方法如下：
1)配置监测设备参数，通过监测设备对目标爆破区域周围重点监测建筑物进行监测；对目标爆破区域周围重点监测建筑物布置测点；在监测爆破振动信号前，对爆破振动测振仪器相应参数进行设定，保证所监测数据不被遗漏；
2)将传感器固定在测点，确保传感器与测点之间紧密接触；进行多组爆破试验，并采集测点的水平切向振动峰值加速度、水平径向振动峰值加速度和竖直方向振动峰值加速度；
3)建立不同频率下三向振动峰值加速度与药量、距离之间的数学模型，并根据所测的多组水平切向振动峰值加速度、水平径向振动峰值加速度、竖直方向振动峰值加速度，计算出相应的场地系数；
4)根据区域环境振动标准确定不同建筑物在不同频率下的测点三向振动峰值安全加速度；根据数学模型和三向振动峰值安全加速度，分别计算对应的三向临界距离药量；进行爆破时，将每个测点的实际三向距离药量分别与三向临界距离药量对比，统计测点的实际三向距离药量超过三向临界距离药量的比例，以此评价影响程度。
进一步，所述布置测点的具体要求为：
测点数目不少于3个，且离目标爆破区域越近测点布置的密度越大；
进行测点布置时，将测点布置在同一水平面上，并按射线布置，同时测点布置位置选用刚性基础，避免松散土层以防导致测量结果失准。
进一步，所述对爆破振动测振仪器的内触电平值、采样率、量程和采样时间参数进行设定。
进一步，所述传感器为加速度传感器。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
本发明通过振动预测模块利用Matlab程序数值模拟，采用单孔爆破振动的波形来对群孔爆破振动波形进行预测的方法可以将群孔爆破振动峰值速度误差率控制在16％以内，说明了该方法预测的群孔爆破振动波形与实测爆破振动波形的变化规律基本一致，相比传统的公式加经验的振动预测方法更加有效可靠、准确；同时，通过评价模块将药量距离引入到评价爆破振动对建筑物影响中来，不仅可以计算出建筑物质点峰值振动加加速度是否符合爆破振动安全控制标准，同时利用统计学判断目标爆破区域周围建筑物在不同药量距离范围内所受的影响程度。
本发明通过对监控的爆破视频进行增强处理方法从爆破视频帧的参考帧中选取与爆破视频帧中的图像块匹配的目标图像块，并将爆破视频帧中的图像块以及目标图像块一起输入爆破视频处理模型，可以提取更多与该图像块相关的特征，这样，通过神经网络对更多的特征进行处理，可以提高图像块的增强效果，进而提高爆破视频增强的效果。
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本发明通过振动预测模块利用Matlab程序数值模拟，采用单孔爆破振动的波形来对群孔爆破振动波形进行预测的方法可以将群孔爆破振动峰值速度误差率控制在16％以内，说明了该方法预测的群孔爆破振动波形与实测爆破振动波形的变化规律基本一致，相比传统的公式加经验的振动预测方法更加有效可靠、准确；同时，通过评价模块将药量距离引入到评价爆破振动对建筑物影响中来，不仅可以计算出建筑物质点峰值振动加加速度是否符合爆破振动安全控制标准，同时利用统计学判断目标爆破区域周围建筑物在不同药量距离范围内所受的影响程度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的爆破扰动冲击载荷精准模拟装置结构框图。
图2是本发明实施例提供的振动预测模块预测方法流程图。
图3是本发明实施例提供的评价模块评价方法流程图。
图1中：1、爆破数据采集模块；2、爆破监控模块；3、主控模块；4、爆破冲击测算模块；5、爆破模拟模块；6、振动预测模块；7、评价模块；8、显示模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
如图1所示，本发明实施例提供的爆破扰动冲击载荷精准模拟装置包括：爆破数据采集模块1、爆破监控模块2、主控模块3、爆破冲击测算模块4、爆破模拟模块5、振动预测模块6、评价模块7、显示模块8。
爆破数据采集模块1，与主控模块3连接，用于采集爆破数据；
爆破监控模块2，与主控模块3连接，用于对爆破进行视频监控；并对监控的爆破视频进行增强处理；
所述对监控的爆破视频进行增强处理方法：
通过分割程序对目标爆破视频进行分割；通过提取程序获取待处理爆破视频中的多个爆破视频帧，将每个所述爆破视频帧划分为多个图像块；针对每个所述爆破视频帧，从所述多个爆破视频帧中选取该爆破视频帧的参考帧，并从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块；
将该爆破视频帧中的单个图像块和所述预设数量个目标图像块输入爆破视频处理模型，确定该图像块对应的增强图像块；将每个爆破视频帧中多个图像块各自对应的增强图像块进行拼接，得到该爆破视频帧的增强爆破视频帧，并基于所述多个爆破视频帧各自对应的增强爆破视频帧，确定增强爆破视频；
所述从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块，包括：
通过运动估计从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块；
主控模块3，与爆破数据采集模块1、爆破监控模块2、爆破冲击测算模块4、爆破模拟模块5、振动预测模块6、评价模块7、显示模块8连接，用于控制各个模块正常工作；
爆破冲击测算模块4，与主控模块3连接，用于对爆破冲击进行测算；
爆破模拟模块5，与主控模块3连接，用于对爆破扰动冲击载荷进行模拟；
振动预测模块6，与主控模块3连接，用于对爆破振动进行预测；
评价模块7，与主控模块3连接，用于对爆破振动对建筑物影响程度进行评价；
显示模块8，与主控模块3连接，用于显示爆破数据、爆破视频、测算结构、模拟信息、振动预测结果、评价结果。
如图2所示，本发明提供的振动预测模块预测方法如下：
S101，通过摄像器监控爆破区域爆破视频；在目标爆破区域的群孔中选择一炮孔作为基准爆破孔；在基准爆破孔外围选取若干测点，并在基准爆破孔和测点的径向方向上布置测振仪；
S102，采集基准爆破孔的振动数据，并记录爆破参数；对采集到的基准爆破孔的振动数据进行分析，输入n分段下群孔爆破的微差时间，预测出测点完整的爆破振动波形及群孔最大爆破振动速度；拟合不同微差时间与质点最大爆破振动速度、降振率的关系曲线。
本发明提供的基准爆破孔为群孔中的末位爆破孔，且该末位爆破孔与相邻的爆破孔爆破的延期时间间隔不小于500ms。
本发明提供的测振仪不少于3台，且所述测振仪布置于基岩或利用测振振子楔入地面。
本发明提供的爆破参数包括炮孔位置、测点距离、孔深、传播介质、单孔药量、孔排距和爆破网络。
本发明提供的完整的爆破振动波形的表达式为：
式中：S(T)为测点总的爆破振动速度，T为爆破振动全过程中某一时刻；Ki为第i个分段的药量系数，当每个分段装药量、炸药品种等爆破参数相同时，取1；S(t-ti)为第i个分段炸药爆炸后产生的质点振动速度；ti为第i个分段炸药爆炸后地震波由震源传到测点的时间；
n为分段数量；δ(t)为单位阶跃信号表达式为：
如图3所示，本发明提供的评价模块评价方法如下：
S201，配置监测设备参数，通过监测设备对目标爆破区域周围重点监测建筑物进行监测；对目标爆破区域周围重点监测建筑物布置测点；在监测爆破振动信号前，对爆破振动测振仪器相应参数进行设定，保证所监测数据不被遗漏；
S202，将传感器固定在测点，确保传感器与测点之间紧密接触；进行多组爆破试验，并采集测点的水平切向振动峰值加速度、水平径向振动峰值加速度和竖直方向振动峰值加速度；
S203，建立不同频率下三向振动峰值加速度与药量、距离之间的数学模型，并根据所测的多组水平切向振动峰值加速度、水平径向振动峰值加速度、竖直方向振动峰值加速度，计算出相应的场地系数；
S204，根据区域环境振动标准确定不同建筑物在不同频率下的测点三向振动峰值安全加速度；根据数学模型和三向振动峰值安全加速度，分别计算对应的三向临界距离药量；进行爆破时，将每个测点的实际三向距离药量分别与三向临界距离药量对比，统计测点的实际三向距离药量超过三向临界距离药量的比例，以此评价影响程度。
本发明提供的布置测点的具体要求为：
测点数目不少于3个，且离目标爆破区域越近测点布置的密度越大；
进行测点布置时，将测点布置在同一水平面上，并按射线布置，同时测点布置位置选用刚性基础，避免松散土层以防导致测量结果失准。
本发明提供的对爆破振动测振仪器的内触电平值、采样率、量程和采样时间参数进行设定。
本发明提供的传感器为加速度传感器。
二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
本发明工作时，首先，通过爆破数据采集模块1采集爆破数据；通过爆破监控模块2对爆破进行视频监控；并对监控的爆破视频进行增强处理；其次，主控模块3通过爆破冲击测算模块4对爆破冲击进行测算；通过爆破模拟模块5对爆破扰动冲击载荷进行模拟；通过振动预测模块6对爆破振动进行预测；然后，通过评价模块7对爆破振动对建筑物影响程度进行评价；最后，通过显示模块8显示爆破数据、爆破视频、测算结构、模拟信息、振动预测结果、评价结果。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
本发明通过振动预测模块利用Matlab程序数值模拟，采用单孔爆破振动的波形来对群孔爆破振动波形进行预测的方法可以将群孔爆破振动峰值速度误差率控制在16％以内，说明了该方法预测的群孔爆破振动波形与实测爆破振动波形的变化规律基本一致，相比传统的公式加经验的振动预测方法更加有效可靠、准确；同时，通过评价模块将药量距离引入到评价爆破振动对建筑物影响中来，不仅可以计算出建筑物质点峰值振动加加速度是否符合爆破振动安全控制标准，同时利用统计学判断目标爆破区域周围建筑物在不同药量距离范围内所受的影响程度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置包括：
爆破数据采集模块、爆破监控模块、主控模块、爆破冲击测算模块、爆破模拟模块、振动预测模块、评价模块、显示模块；
爆破数据采集模块，与主控模块连接，用于采集爆破数据；
爆破监控模块，与主控模块连接，用于对爆破进行视频监控；并对监控的爆破视频进行增强处理；
所述对监控的爆破视频进行增强处理方法：
通过分割程序对目标爆破视频进行分割；通过提取程序获取待处理爆破视频中的多个爆破视频帧，将每个所述爆破视频帧划分为多个图像块；针对每个所述爆破视频帧，从所述多个爆破视频帧中选取该爆破视频帧的参考帧，并从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块；
将该爆破视频帧中的单个图像块和所述预设数量个目标图像块输入爆破视频处理模型，确定该图像块对应的增强图像块；将每个爆破视频帧中多个图像块各自对应的增强图像块进行拼接，得到该爆破视频帧的增强爆破视频帧，并基于所述多个爆破视频帧各自对应的增强爆破视频帧，确定增强爆破视频；
所述从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块，包括：
通过运动估计从所述参考帧中选取预设数量个与该爆破视频帧中的单个图像块匹配的目标图像块；
主控模块，与爆破数据采集模块、爆破监控模块、爆破冲击测算模块、爆破模拟模块、振动预测模块、评价模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；
爆破冲击测算模块，与主控模块连接，用于对爆破冲击进行测算；
爆破模拟模块，与主控模块连接，用于对爆破扰动冲击载荷进行模拟；
振动预测模块，与主控模块连接，用于对爆破振动进行预测；
评价模块，与主控模块连接，用于对爆破振动对建筑物影响程度进行评价；
显示模块，与主控模块连接，用于显示爆破数据、爆破视频、测算结构、模拟信息、振动预测结果、评价结果。
2.如权利要求1所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述振动预测模块预测方法如下：
(1)通过摄像器监控爆破区域爆破视频；在目标爆破区域的群孔中选择一炮孔作为基准爆破孔；在基准爆破孔外围选取若干测点，并在基准爆破孔和测点的径向方向上布置测振仪；
(2)采集基准爆破孔的振动数据，并记录爆破参数；对采集到的基准爆破孔的振动数据进行分析，输入n分段下群孔爆破的微差时间，预测出测点完整的爆破振动波形及群孔最大爆破振动速度；拟合不同微差时间与质点最大爆破振动速度、降振率的关系曲线。
3.如权利要求2所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述基准爆破孔为群孔中的末位爆破孔，且该末位爆破孔与相邻的爆破孔爆破的延期时间间隔不小于500ms。
4.如权利要求2所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述测振仪不少于3台，且所述测振仪布置于基岩或利用测振振子楔入地面。
5.如权利要求2所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述爆破参数包括炮孔位置、测点距离、孔深、传播介质、单孔药量、孔排距和爆破网络。
6.如权利要求2所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述完整的爆破振动波形的表达式为：
式中：S(T)为测点总的爆破振动速度，T为爆破振动全过程中某一时刻；Ki为第i个分段的药量系数，当每个分段装药量、炸药品种等爆破参数相同时，取1；S(t-ti)为第i个分段炸药爆炸后产生的质点振动速度；ti为第i个分段炸药爆炸后地震波由震源传到测点的时间；
n为分段数量；δ(t)为单位阶跃信号表达式为：
7.如权利要求1所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述评价模块评价方法如下：
1)配置监测设备参数，通过监测设备对目标爆破区域周围重点监测建筑物进行监测；对目标爆破区域周围重点监测建筑物布置测点；在监测爆破振动信号前，对爆破振动测振仪器相应参数进行设定，保证所监测数据不被遗漏；
2)将传感器固定在测点，确保传感器与测点之间紧密接触；进行多组爆破试验，并采集测点的水平切向振动峰值加速度、水平径向振动峰值加速度和竖直方向振动峰值加速度；
3)建立不同频率下三向振动峰值加速度与药量、距离之间的数学模型，并根据所测的多组水平切向振动峰值加速度、水平径向振动峰值加速度、竖直方向振动峰值加速度，计算出相应的场地系数；
4)根据区域环境振动标准确定不同建筑物在不同频率下的测点三向振动峰值安全加速度；根据数学模型和三向振动峰值安全加速度，分别计算对应的三向临界距离药量；进行爆破时，将每个测点的实际三向距离药量分别与三向临界距离药量对比，统计测点的实际三向距离药量超过三向临界距离药量的比例，以此评价影响程度。
8.如权利要求7所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述布置测点的具体要求为：
测点数目不少于3个，且离目标爆破区域越近测点布置的密度越大；
进行测点布置时，将测点布置在同一水平面上，并按射线布置，同时测点布置位置选用刚性基础，避免松散土层以防导致测量结果失准。
9.如权利要求7所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述对爆破振动测振仪器的内触电平值、采样率、量程和采样时间参数进行设定。
10.如权利要求7所述爆破扰动冲击载荷精准模拟装置，其特征在于，所述传感器为加速度传感器。
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