[发明专利]基于沃罗诺伊图的钻孔布置方案的设计方法和优化方法

说明书

本发明公开了一种基于沃罗诺伊图的钻孔布置方案的设计方法，包括步骤：S1、获取目标场地形状和钻孔数量N；S2、根据目标场地形状和钻孔数量N，于目标场地平面内生成相应的加权质心化沃罗诺伊图；S3、获取沃罗诺伊图各单元格的质心位置，生成钻孔布置方案。依照本发明提供的基于沃罗诺伊图的钻孔布置方案的设计方法设计出的钻孔布置方案，通常具有较好的鲁棒性，可以提高勘探结果的稳定性和可靠性。本发明还公开了一种基于沃罗诺伊图的钻孔布置方案的优化方法。

技术领域

本发明属工程勘察技术领域，尤其涉及钻孔的布置方案及优化方法。

背景技术

土体参数在空间分布不均匀，这种不均匀性来自于土颗粒的尺寸及形态特征、土体形成过程、荷载历史等因素。钻孔是获取目标场地中某点土体参数的直接途径，是工程勘察的重要技术手段。目前，在土木工程领域，钻孔布置方案已有相应的规范。如：《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2010),《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)等。

然而，传统的钻孔布置方案通常是按照一些规则模式设计的，比如结构性网格。这种类型的钻孔布置方案只能适应于特定的钻孔数量，而且较难直接应用于不规则目标场地。比如，对于一个正方形目标场地，传统的钻孔布置方案是6×6(即36个钻孔)或7×7(即49个钻孔)的结构性网格，而当钻孔数量为质数时(如41、43)时则较难设计相应的钻孔布置方案。此外，传统的结构性网格状的钻孔布置方案，采用规则模式设计，由于钻孔数量和位置的限制，通常并不是最优的钻孔布置方案。

有鉴于此，有必要对传统的钻孔布置方案的进行优化，以摆脱对场地形状和钻孔数量的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种目标场地的工程勘察钻孔布置方案的设计方法，以适应不规则形状场地、任意钻孔数量，同时保证勘探结果的可靠性。

本发明的另一目的是提供一种目标场地工程勘察钻孔布置方案的优化方法。

为了实现上述目的，本发明公开了一种基于沃罗诺伊图的钻孔布置方案的设计方法，包括步骤：S1、获取目标场地形状和钻孔数量N；S2、根据目标场地形状和钻孔数量N，于目标场地平面内生成相应的加权质心化沃罗诺伊图；S3、获取沃罗诺伊图各单元格的质心位置，生成钻孔布置方案。

与现有技术相比，本发明提供的基于沃罗诺伊图的钻孔布置方案的设计方法，对于目标场地的形状和钻孔的数量没有限制，可以针对任意形状的目标场地和任意钻孔数量设计出适宜的钻孔布置方案。基于沃罗诺伊图设计布置钻孔点的位置，若干个钻孔点分布均匀、任两相邻的钻孔点之间的位置均大致相同。依照本发明提供的基于沃罗诺伊图的钻孔布置方案的设计方法设计出的钻孔布置方案，通常具有较好的鲁棒性，可以提高勘探结果的稳定性和可靠性。

较佳的，在本发明提供的具体实施例中，所述步骤S2为利用Lloyd算法于目标场地平面内生成加权质心化沃罗诺伊图。当然不以此为限，也可以利用分治法、扫描线算法和Delaunay三角剖分算法于目标场地平面内生成加权质心化沃罗诺伊图。

具体地，所述步骤S2包括：S21、于目标场地平面内随机生成N个样本点作为初始沃罗诺伊种子；S22、根据N个样本点的当前位置计算沃罗诺伊图；S23、对沃罗诺伊图中的每个单元格进行积分，计算出每个单元格的质心；S24、将N个样本点的位置更新至对应沃罗诺伊图单元格的质心处；S25、判断N个样本点的位置是否满足收敛准则，若否则循环重复步骤S22-S24，直至N个样本点的位置满足收敛准则；若是则停止。

更具体地，所述步骤S22包括：在N个样本点中，计算任两相邻的样本点之间连线的中垂线，各中垂线相交形成沃罗诺伊图；添加辅助种子，以计算形成有界沃罗诺伊图。