一种数码延期模块通信方法及系统与流程

本发明涉及电子雷管通信，更具体地说，它涉及一种数码延期模块通信方法及系统。

背景技术：

1、露天矿山矿石采掘主要依靠工程爆破进行初次破碎，数码雷管爆破延期时间的选取对露天矿开采工作具有十分重要的经济意义。

2、而数码电子雷管与数码延期控制模块之间的通信传输稳定性，更是直接影响到实际爆破的效果，延期模块与数码电子雷管之间的通信方式较多，可采用传输在实际应用过程中，对无线传输信号稳定性造成影响的因素较多，如炮孔间距离，如果炮孔间距过近，可能会增加电磁干扰，影响通信质量，岩石介质，不同岩石的电磁波吸收和反射特性不同，可能会影响信号的传播，延期时间间隔，如果延期时间间隔设置过密，可能会增加雷管之间的电磁干扰，雷管数量，同时控制大量雷管会增加系统负载，可能影响通信质量。

3、而在实际设计过程中，炮孔布置参数、延期参数和通信方式的设计并综合三者之间的多重相互影响，因此，导致数码延期模块与大量数码电子雷管之间的通信过程无法达到最优配合效果。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种数码延期模块通信方法及系统。

2、本发明提供了一种数码延期模块通信方法，包括：

3、步骤100、获取目标开采区域的岩石属性数据、设计爆破参数、现场环境数据，基于目标开采区域的岩石属性数据、设计爆破参数、现场环境数据生成炮孔布置方案和起爆延期方案；

4、步骤200、获取目标开采区域的地形测量数据和岩石电磁参数，基于目标开采区域的地形测量数据、岩石电磁参数以及目标开采区域的炮孔布置方案和起爆延期方案，生成最优通信方案；

5、步骤300、构建爆破效果预测模型，将目标开采区域的炮孔布置方案、起爆延期方案以及最优通信方案输入爆破效果预测模型，输出每个通信方案的预测爆破效果数值，选择数值最大的一个通信方案作为适用通信方案。

6、作为本发明的进一步优化方案，所述岩石属性数据包括岩石单位体积重量、岩石抗压强度、岩石韧性指数、岩石节理情况；

7、设计爆破参数包括期望最大振动速度、允许飞石射程、设计炮孔直径、深度、设计药量、装药长度；

8、现场环境数据包括地形起伏及爆破边界限制、重要建筑物安全距离限制、地下管线位置。

9、作为本发明的进一步优化方案，基于目标开采区域的岩石属性数据、设计爆破参数、现场环境数据生成炮孔布置方案和起爆延期方案，具体为：

10、计算最大药量，选择炮孔布置形式后计算炮孔布置参数和起爆延期参数；

11、最大药量计算公式为：

12、；

13、其中，是现场振动常数，是允许的最大振动速度，是爆破振级，是离爆破点的距离，q是设计药量；

14、当选择平行孔阵列形式时，炮孔间距和排距的计算公式如下：

15、炮孔间距b的计算公式为：

16、；

17、其中，m是耦合比，lc是装药长度，bi是岩石韧性指数；

18、炮孔排距s的计算公式为：

19、；

20、其中，n为延期系数，取值范围为1.0-1.2；

21、当选择菱形孔阵列形式时，炮孔间距和排距的计算公式如下：

22、炮孔间距b的计算公式为：

23、；

24、炮孔排距s的计算公式为：

25、；

26、其中，为菱形孔阵列夹角，取值范围为60°-75°；

27、根据已确定的炮孔间距和排距，计算孔间延期时间和排间延期时间的公式如下：；

28、其中，b表示炮孔间距，v表示设计爆破振动速度，为常数，取值为8；；

29、其中，s表示炮孔排距，v表示设计爆破振动速度，为常数，取值为10。

30、作为本发明的进一步优化方案，所述获取目标开采区域的地形测量数据和岩石电磁参数，基于目标开采区域的地形测量数据、岩石电磁参数以及目标开采区域的炮孔布置方案和起爆延期方案，生成最优通信方案，具体为：

31、基于目标开采区域的地形测量数据和岩石电磁参数分别构建三维地形模型和电磁波传播模型，并计算电磁波的路径损耗；

32、收集现场的地形测量数据，包括高程点、断面线，使用三维建模软件将测量数据转化为数字高程模型；

33、对数字高程模型进行网格化处理，生成规则的三维地形网格模型；

34、获取岩石的电磁参数，包括相对介电常数、电导率，将岩石的电磁参数代入maxwell方程组，得到介质中电磁场分布的控制方程；

35、将三维地形模型和介质电磁参数输入射线束育绕算法，射线束育绕算法将电磁波以光束形式发射，追踪光束在环境中的折射、反射、透射过程；

36、根据接收光束的强度，计算出不同位置处的路径损耗值。

37、作为本发明的进一步优化方案，所述获取目标开采区域的地形测量数据和岩石电磁参数，基于目标开采区域的地形测量数据、岩石电磁参数以及目标开采区域的炮孔布置方案和起爆延期方案，生成最优通信方案，还包括：

38、设定决策变量为工作频率、发射功率、天线参数；

39、设定目标函数：

40、目标函数的计算公式为：

41、；

42、；

43、；；

44、其中，为发射功率，为接收功率，为电路功耗，为信号中断概率，l表示路径损耗，表示发射天线的天线增益，接收天线的天线增益，n为码长，y为分组长度，r为数据速率，为比特能量与噪声功率谱密度的比值，q表示高斯q函数；

45、设定约束条件：时延：delay≤delay_max；

46、吞吐量：throughput≥throughput_min；

47、将工作频率、发射功率、天线参数编码为离散值，作为蚂蚁路径的一部分；

48、采用蚁群算法生成最优通信方案，包括以下步骤：

49、1）、确定决策变量及其取值范围；

50、2）、构建蚂蚁路径，每只蚂蚁的路径由多个城市组成，在每个城市，蚂蚁根据信息素浓度选择一个编码值作为路径的一部分；

51、信息素浓度表示路径被选择的期望程度，初始时设置为一个较小的常数值；

52、3）、对每只蚂蚁k，在决策点r，选择下一决策变量的值j，按如下概率：<msub><mi>p</mi><mi>k</mi></msub><mi>(r,j)=[</mi><mi>τ</mi><mi>(r,j)</mi><msup><mi>]</mi><mi>α</mi></msup><mi>*</mi><mi>[</mi><mi>η</mi><mi>(r,j)</mi><msup><mi>]</mi><mi>β</mi></msup><mi>/</mi><mi>∑</mi><mi>[</mi><mi>τ</mi><mi>(r,i)</mi><msup><mi>]</mi><mi>α</mi></msup><mi>*</mi><mi>[</mi><mi>η</mi><mi>(r,i)</mi><msup><mi>]</mi><mi>β</mi></msup>；

53、其中：为(r，j)之间的信息素浓度，，为启发因子，为选择j时的目标函数值，α、β为控制信息素浓度和启发因子的相对重要性的参数；

54、4）、对每只蚂蚁，计算其当前路径的目标函数值，并相应地衰减其路径上的信息素浓度；

55、5）、当所有蚂蚁完成一次迭代后，对于最优解路径，增加其路径上信息素的浓度；

56、6）、重复上述步骤3）-5），直至满足终止条件，如最大迭代次数或目标函数值满足要求，最大迭代次数为30-50，缺省值为40；

57、输出最优通信方案，最优通信方案数量大于一。

58、作为本发明的进一步优化方案，构建爆破效果预测模型，将目标开采区域的炮孔布置方案、起爆延期方案以及最优通信方案输入爆破效果预测模型，输出每个通信方案的预测爆破效果数值，选择数值最大的一个通信方案作为适用通信方案，具体为：

59、构建节点图，节点图包括节点和边，节点表示炮孔、起爆控制器，节点特征包括炮孔位置、延期时间、药量，两个节点之间均有边，边表示节点之间的连接关系；

60、节点特征：炮孔的三维坐标、起爆延期时间、装药量、所属阵列类型、与其他炮孔的距离；

61、边特征：两个炮孔间的欧氏距离、炮孔与起爆控制器之间的欧式距离、两孔之间的平均岩性、电磁参数、路径损耗、两孔连线与水平面夹角；

62、爆破效果预测模型包括输入层、gat层、全连接层和输出层。

63、作为本发明的进一步优化方案，所述gat层的计算公式如下：

64、；

65、其中，表示第i个节点的节点更新特征，表示第i个节点的聚合系数，表示与第i个节点存在边的节点的集合，表示激活函数，表示第二权重，表示第j个节点的节点特征；

66、第i个节点的聚合系数的计算公式如下：

67、；

68、其中，，，和分别表示第i个和j个节点的节点特征，表示第一权重，表示第三权重，t表示转置，表示自然指数函数，leakyrelu表示leakyrelu激活函数，表示与第i个节点存在边的节点的集合。

69、作为本发明的进一步优化方案，对爆破效果预测模型进行训练的方法，包括：

70、收集历史爆破作业数据，包括炮孔布置参数、通信配置、延期时间序列、爆破效果数据并对历史爆破作业数据进行预处理，形成输入的节点图；

71、将预处理后的历史爆破作业数据划分为训练集、验证集和测试集；

72、采用训练集、验证集和测试集对爆破效果预测模型进行训练。

73、一种数码延期模块通信系统，用于执行如上述的一种数码延期模块通信方法，包括：

74、数据获取模块，获取目标开采区域的岩石属性数据、设计爆破参数、现场环境数据、目标开采区域的地形测量数据和岩石电磁参数；

75、数据处理模块，基于目标开采区域的岩石属性数据、设计爆破参数、现场环境数据生成炮孔布置方案和起爆延期方案；

76、通信方案生成模块，基于目标开采区域的地形测量数据、岩石电磁参数以及目标开采区域的炮孔布置方案和起爆延期方案，生成最优通信方案，最优方案数量大于一；

77、爆破效果预测模块，构建爆破效果预测模型，将目标开采区域的炮孔布置方案、起爆延期方案以及最优通信方案输入爆破效果预测模型，输出每个通信方案的预测爆破效果数值，选择爆破效果数值最大的一个通信方案作为适用通信方案。

78、一种存储介质，其存储了非暂时性计算机可读指令，当非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，能够执行如上述的一种数码延期模块通信方法中的步骤。

79、本发明的有益效果在于：本发明在设计通信方案时，结合了炮孔布置方案和起爆延期方案的设计参数，并考虑到信号传输在实际过程中存在的干扰因素来自动化生成多种最优通信方案，并预测每一种通信方案在实际引爆电子雷管时的爆破效果，从而选择一个最适用的通信方案，可有效的提高爆破稳定性。