一种用于智能孔位设计系统的孔位自适应调整方法及装置

本发明涉及隧道智能爆破孔位设计，特别是指一种用于智能孔位设计系统的孔位自适应调整方法及装置。

背景技术：

1、钻爆法是隧道、巷道高效开挖的重要方法之一。近年来，隧道、巷道开挖难度越来越大，对爆破效果的要求愈发严苛。爆破设计及施工质量直接影响爆破效果，根据现场作业条件确定爆破设计中各项参数，并严格按照设计施工，是保证良好爆破效果的前提。

2、随着机械设备的自动化、智能化发展，全电脑凿岩台车逐步代替手持钻孔设备，按照设计内容精确钻孔，可有效提高施工质量。因此，爆破设计对爆破效果的影响尤为关键。开发智能孔位设计系统是目前的发展趋势。

3、然而，在现有的爆破孔位智能设计方法中，“先设计方案再智能选择”和“先设计方案后对方案开展自适应调整”的本质截然不同。区别在于设计方案的过程本身是否有智能算法参与。前者在炮孔位置及爆破参数的确定过程中，完全依据传统理论和工程经验，智能仅体现在选择方案阶段。后者在炮孔位置及爆破参数的确定过程中，增加了自适应调整环节，结果无法人为预测，但方案可行有效。通过自适应调整炮孔位置，均匀分布炸药能量，可以提高炸药能量利用率、达到岩体充分破碎的目的。本技术属于后者，即创新了方案设计过程，而非方案选择过程。

4、另外，施工现场进行设计时通常依托于cad设计软件，将断面轮廓及孔距、排距等设计参数在cad设计软件中以图文形式呈现。使用cad设计软件进行设计时存在以下问题：

5、1.孔位设计按照经验公式确定孔距、排距等参数，缺乏理论依据；

6、2.针对不同作业条件无法实现自适应孔位调整，需手动调整局部甚至全部炮孔位置，难以实现炮孔位置的实时优化；

7、3.在绘制设计图纸时，孔位出现偏差无法及时发现，不能保证爆破质量；

8、4.作为设计方案图文形式的呈现载体，需花费大量时间和精力掌握cad繁杂操作工序以达到一定的熟练度，否则耗时长会影响工作效率；

9、5.cad设计软件需配置高性能处理器等硬件设备，以保证软件运行速度和工作效率。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于智能孔位设计系统的孔位自适应调整方法及装置，能够在爆破设计中自适应调整炮孔的孔口和孔底位置，并可以结合局部地质条件变化，通过调整采样点分布密度，得到适应地质特点的炮孔位置分布，具有高层次智能优化的能力。炮孔位置的调整过程无需人工干预即可使炮孔分布均匀，调整结果在满足了抵抗线均匀且不超标等要求的前提下，可有效减少炮孔数量。设计结果以图文格式直接导出，并可以与全电脑凿岩台车直接对接，大大提高孔位设计效率，促进设计与施工的高效衔接。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一方面，提供了一种用于智能孔位设计系统的孔位自适应调整方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1、进行初始爆破设计，得到所有崩落孔端部初始坐标；

5、s2、设定需要调整位置的崩落孔的总孔数，在崩落孔的两个端部平面内，确定受需要调整位置的崩落孔影响的区域，在所述区域内布置采样点，设定采样点簇的数量等于崩落孔的总孔数；

6、s3、将各崩落孔的初始位置作为初始簇中心，计算每个采样点与各崩落孔的距离，将各采样点分配到距离最近的崩落孔所在的簇中；

7、s4、根据采样点分配的结果，更新各簇的簇中心即崩落孔位置；

8、s5、更新采样点与簇中心即崩落孔位置的距离，重新分配采样点，继续更新崩落孔位置直至其不再变化。

9、可选地，所述步骤s2中，确定受崩落孔影响的区域具体包括：

10、建立关于崩落孔位置和受崩落孔影响的区域内崩落孔孔距、崩落孔排距的区域边界函数，具体为：

11、

12、其中，ω为受需要调整位置的崩落孔影响的二维平面中的区域，其边界由方程f(c0, s, r)=0定义，c0为爆破设计中崩落孔端部初始坐标，s为崩落孔孔距，r为崩落孔排距，(x,y)表示区域ω中任意点位置坐标，表示实平面。

13、可选地，所述步骤s2中，布置采样点时，点集分布密度根据崩落孔的起爆顺序、崩落孔所在的位置、崩落孔抵抗线和崩落孔孔距的预期尺度选取不同值；总采样域根据点集分布密度的不同分为若干子采样域，具体为：

14、

15、其中，ω为总采样域，即受崩落孔影响的区域；m为子采样域数量，m为子采样域编号，ω(m)为子采样域；x1、x2为ω(m)内的任意两采样点，且x1、x2之间的距离不小于r(m)；r(m)为表征ω(m)中采样点点集分布密度的参数。

16、可选地，所述步骤s4中，各簇的簇中心即崩落孔位置的计算公式，具体为：

17、

18、其中，k为簇编号，c(k)为第k簇的簇中心，n(k)为第k簇内采样点的个数，xn为第k簇内的第n个采样点。

19、可选地，所述步骤s5中，终止更新崩落孔位置的条件为：迭代次数达到预设上限，或最小平方误差小于预设值，或崩落孔位置的移动量小于阈值；

20、其中，最小平方误差的形式，具体为：

21、

22、式中，rss为最小平方误差，k为簇数，k为簇编号，n(k)为第k簇内采样点的个数，xn为第k簇内的第n个采样点，c(k)为第k簇的簇中心。

23、另一方面，提供了一种用于智能孔位设计系统的孔位自适应调整装置，用于实现上述任一项所述的方法，所述装置包括：

24、初始设计模块，用于进行初始爆破设计，得到所有崩落孔端部初始坐标；

25、布置模块，用于设定需要调整位置的崩落孔的总孔数，在崩落孔的两个端部平面内，确定受需要调整位置的崩落孔影响的区域，在所述区域内布置采样点，设定采样点簇的数量等于崩落孔的总孔数；

26、分配模块，用于将各崩落孔的初始位置作为初始簇中心，计算每个采样点与各崩落孔的距离，将各采样点分配到距离最近的崩落孔所在的簇中；

27、第一更新模块，用于根据采样点分配的结果，更新各簇的簇中心即崩落孔位置；

28、第二更新模块，用于更新采样点与簇中心即崩落孔位置的距离，重新分配采样点，继续更新崩落孔位置直至其不再变化。

29、另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

30、处理器；

31、存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器加载并执行时，实现如上述用于智能孔位设计系统的孔位自适应调整方法的步骤。

32、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如上述用于智能孔位设计系统的孔位自适应调整方法的步骤。

33、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

34、本发明实施例中，通过初始爆破设计得到所有崩落孔端部初始坐标；设定需要调整位置的崩落孔的总孔数，在崩落孔的两个端部平面内，确定受崩落孔影响的区域，在区域内布置采样点；将各崩落孔的初始位置作为初始簇中心，计算每个采样点与各崩落孔的距离，将各采样点分配到距离最近的崩落孔所在的簇中；根据采样点分配的结果，更新各簇的簇中心即崩落孔位置；更新采样点与簇中心即崩落孔位置的距离，重新分配采样点，继续更新崩落孔位置直至其不再变化。本发明基于数学算法对崩落孔的端部位置进行更新，计算收敛快，可高效地得到各崩落孔的端部位置，尤其是孔口和孔底最终位置，在保证计算误差的控制要求的基础上，提高爆破设计的合理性，提升爆破质量。