[发明专利]一种爆破振动预报与控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程爆破领域，具体涉及一种对工程爆破施工的振动进行预报和安全控制的系统及其控制方法。

背景技术

目前，现代工程爆破已经成为国民经济和国防建设不可或缺的特种行业：例如，核电建设中的山体和基坑开挖，交通工程中的隧洞和桩基开挖，以及海域工程中的挤淤等施工过程中，都需要用到爆破技术。而且，很多工程都是分期进行的。以核电基建为例，爆破施工往往贯穿核电建设一期、二期等，即，一期机组发电的同时，可能不远的地方还在进行炸山、基坑开挖工程，这就要求施工单位在确保核电设施安全的前提下，加快爆破施工进度。但是，如果对爆破过程中的振动情况控制不好，就会造成安全事故，甚至造成人员伤亡。

传统的基于经验公式的预报方法，通过段药量和水平距离，高程修正经验公式还考虑高程差，只能求出振动强度，如振动加速度峰值或振动速度峰值，然而经验公式法存在以下缺陷：(1)本质上是基于样本数目趋于无穷大的渐进理论，只有当采样数据趋于无穷时，参数方法的训练结果才趋于真实的模型，显然，爆破振动的实际样本数目有限，很难满足这一前提；(2)只能预报振动强度。现行国家相关标准已经要求同时考虑振动强度和频率；(3)适用范围有限。对爆破形式、场地和地形等外部条件有依赖性，一旦这些条件发生了变化，这些值就会随之改变。虽然现在也存在一些人工智能算法，能够同时对振动强度、主频和持续时间进行预报，如神经网络预报法。但是，目前的神经网络技术通常是从生物学理论和一些学术流派中得到灵感，缺乏统一的数学理论基础，网络参数的选择仍需要借助于经验，而训练样本的匮乏也使得神经网络的泛化能力较差。

爆震预报与控制技术一方面需要采取合适方式对爆破振动参量进行全面、高精度的预报，另一面也需要对众多影响因素进行甄别。传统的甄别方法只能对定量因素进行分析，如段药量、水平距离、总药量、台阶高度等，无法对定性因素如抛掷方向、孔径、炸药类型等进行重要程度分析。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可以对工程爆破的振动进行预报和控制的系统及其控制方法，本发明能够高效、便捷、稳定的输出控制信息，并提供相关报表，综合性高，可以确保工程爆破施工过程的安全性。

技术方案：为实现上述目的，本发明的爆破振动预报与控制系统，包括以下模块：

工程信息采集模块，用于采集爆破信息，爆破信息包括爆破参数和监测属性；重要度分析模块，用于对工程信息采集模块采集的信息进行处理，并输出爆破参数对监测属性的重要度；预报模型模块，用于对工程信息采集模块采集的信息进行处理，并输出爆破振动强度或主频或持续时间。

本发明的爆破振动预报与控制系统的控制方法，包括以下步骤：

a.获取爆破信息：i按照预先设计的爆破参数对受体实施第一次爆破作业并进行现场数据采集，获得此次爆破的监测属性：爆破参数包括炸药类型、孔径、抛掷方向、段药量、总药量、孔深、台阶高度、高程差、水平距离和单耗等，监测属性包括振幅(质点振动加速度或速度峰值)、主频和持续时间；ii更改爆破参数对受体进行第二次爆破作业并进行现场数据采集，获得此次爆破的监测属性；iii继续更改爆破参数对受体进行爆破作业并进行现场数据采集，爆破次数为15～20次，获得每次爆破的监测属性；

b.将步骤a中各次爆破作业的爆破参数和对应的监测属性输入工程信息采集模块，建立工程数据库；

c.重要度分析模块对工程信息采集模块采集的信息进行处理，并输出爆破参数对监测属性的重要度；

d.预报模型模块对工程信息采集模块采集的信息进行处理，并输出爆破振动强度或主频或持续时间；

e.以步骤c或d获得的结果为依据，控制下次爆破作业的爆破参数。

所述步骤c包括以下步骤：

(1)训练数据集的获取：1-1从工程数据库中调出工程编号；1-2选择炮次编号；1-3选择需要分析的爆破参数；1-4输入预警值；

(2)训练数据的预处理：2-1定性参数赋值，如炸药类型(铵油炸药和乳化炸药分别赋值为0和1)，孔径(根据76mm、76/89mm、89mm、89/115mm、115mm、150mm、230mm顺序对实验样本出现的孔径依次赋值为0、1、2、...)，抛掷方向(根据正向、正侧向、侧向、背侧向、背向顺序对实验样本中出现的抛掷方向依次赋值0、1、2、...)；2-2对所有爆破参数和监测属性分别作归一化处理；

(3)训练基于微粒优化的粗糙集甄别装置：

3-1断点个数h在[2，4]中选取，初始值为2；