基于三维模型的露天矿台阶爆破专家系统的研究-崔寒松

基于三维模型的露天台阶爆破专家系统的研究崔寒松2012年12月中图分类号：O38UDC分类号：622基于三维模型的露天台阶爆破专家系统的研究作者姓名崔寒松学院名称机电学院指导教师杨军教授答辩委员会主席张奇教授申请学位工学硕士学科专业工程力学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2012年12月ResearchonOpen-pitBenchBlastingofExpertSystembasedonThree-DimensionalModelCandidateName：CuiHan-songSchoolorDepartment:SchoolofMechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.YangJunChair,ThesisCommitteeProf.ZhangQiDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：EngineeringMechanicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December，2012基于三维模型的露天台阶爆破专家系统的研究北京理工大学研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解北京理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：北京理工大学硕士学位论文I摘要本论文在三维空间建模基础上对露天台阶爆破设计进行研究，通过将人工智能理论和台阶爆破设计原理相结合，实现爆破参数选取智能化、布孔施工精确化、设计图表规范化，提高了生产爆破的设计质量和设计速度。该系统能够帮助技术人员轻松的进行爆破设计，并通过现场爆破试验，验证了软件的实用性，基本实现了矿山日常爆破设计工作的规范化，提高了矿山生产管理和技术管理水平。本文主要完成了以下几个方面的工作：（1）在建立露天矿三维模型方面：使用四叉树与金字塔模型相结合的地形组织方式以及规则网格地形建模技术，利用地形填充算法、平滑算法以及偏移高程图算法，建立了三维矿山模型。（2）在台阶爆破设计方面：分别对台阶爆破中的布孔设计,装药结构设计与爆破网络设计展开研究，实现了自动布孔、多种装药结构选择、快速网络连线以及爆破文档报表与工程制图的规范设计。（3）GPS在矿山测量中的应用方面：利用GPSRTK技术的快速、易操作、高精度等特点，对矿山地形进行数据采集，并结合爆破设计成果进行GPS精确布孔及验孔操作。（4）将本系统应用于别斯库都克露天煤矿台阶爆破工程。工程实践表明，基于三维模型的露天台阶爆破专家系统能够提高工作效率、减少劳动量，为科学有效地进行爆破设计提供了具体指导和决策依据。关键词：三维模型；台阶爆破设计；全球卫星定位系统；专家系统北京理工大学硕士学位论文IIAbstractInthispaper,studyinopenbenchblastingdesignonthebasisofthree-dimensionalmodeling.Bycombiningartificialintelligencetheoryandbenchblastingdesignprinciples,canachieveblastingparametersofselectingintelligent,arrangementblastholeofconstructionprecise,standardizationofdesigncharts,canimprovethequalityofdesignandspeedofproductionblasting.Thesystemisabletohelptechniciansblastingdesigneasily.Toverifythepracticalityofthesoftwarethroughfieldblastingtest,canbasicallyachievetominedailyblastingthestandardizationofdesignwork,improvethelevelofmineproductionmanagementandtechnicalmanagement.Alltheworksaccomplishedinthearticleareasfollows:Inopenpitthree-dimensionalmodel:useterrainorganizationofquad-treecombiningpyramidmodelandmodelingtechniquesofregulargridterrain,thefillingalgorithmofterrain,smoothingalgorithmandoffsetalgorithmofelevationmap,inordertoestablishathree-dimensionalminemodel.Inbenchblastingdesign:researchondesigningofarrangementblasthole,designingofchargingdynamitestructure,designingofblastingnetworkofbenchblasting,canachieveautomaticofarrangementblasthole,multiplechoiceofchargingdynamitestructure,fastofnetworkconnection,specificationofblastingdocumentstatementsandengineeringdrawing.Inminesurveying:useGPSRTKtechnology,shigh-speed,simpleoperation,high-precisionandothercharacteristicstocollectmine,sterraindata,conductGPSaccuratearrangementblastholeandtestblastholecombiningtheachievementofblastingdesign.PutthissystemintopracticalapplicationinBiesikudukeOpen-pitcoalmine1252benchblastingproject.Engineeringpracticeshows:Open-pitBenchBlastingofExpertSystembasedonThree-DimensionalModelcanimproveworkefficiency,reducetheamountoflaborandprovidespecificguidanceanddecision-makingtoblastingdesignforscientificandeffective.KeyWords:Three-DimensionalModel;BenchBlastingDesign;GlobalPositioningSystem;ExpertSystem北京理工大学硕士学位论文III目录第1章绪论..................................................11.1课题研究背景和意义..............................................11.1.1课题研究背景.............................................11.1.2课题研究意义.............................................11.2国内外研究现状..................................................21.2.1国外现状.................................................21.2.2国内现状.................................................41.3课题涉及的相关技术..............................................51.4研究的主要内容..................................................6第2章露天矿三维建模的理论与算法............................72.1概述............................................................72.2软件开发平台....................................................72.3可视化开发平台..................................................82.4三维地形的组织方式..............................................92.4.1四叉树数据结构...........................................92.4.2四叉树的生成............................................112.4.3金字塔结构..............................................112.5地形生成.......................................................132.5.1地形生成方法............................................132.5.2高程点记录格式..........................................142.5.3地形填充算法............................................152.5.4平滑算法................................................162.5.5偏移高程图算法..........................................172.6GPS在露天矿三维建模中的应用...................................182.6.1GPS概述................................................182.6.2GPS测量误差分析........................................21北京理工大学硕士学位论文IV2.6.3GPS的几个重要功能......................................232.6.4GPS与爆破专家系统结合的可行性..........................27第3章露天矿台阶爆破设计...................................293.1选定爆破