CN109948285A - 一种大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位方法，该方法包括以下步骤：1)选取机构开挖中心候选区域；2)确定影响开挖中心定位的因子；3)初选确定较优开挖中心点平面坐标；4)确定最优高程平面；5)最优高程平面内精确定位获得最优机构开挖中心。本发明通过模拟球冠型构筑物开挖中心在大型喀斯特洼地内的不同位置，以工程总造价为约束条件，求解球冠型机构中心在大型喀斯特洼地内的位置，实现大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心的最优化输出及精确定位，为大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位提供了一种科学、合理的参考方法。

Description

一种大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位方法

技术领域

本发明涉及一种大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位方法。

背景技术

喀斯特洼地是碳酸盐岩地区由于溶蚀作用所形成的一种负地形，洼地底部地形平坦，其直径一般由数百米至数千米不等。对于大型喀斯特洼地尤其是大型圆形喀斯特洼地，尤其适合建造球冠型构筑物。然而，不同球冠型构筑物的开挖中心位置将产生不同的开挖效果，如不同中心位置将产生不同的开挖量、地质危害治理工作量等。总之，开挖效果应在保证球冠型构筑物安全的前提下，满足球冠型构筑物的安装需求，同时考虑球冠型构筑物的整体建造成本，最大限度降低开挖工程量。因此，如何定位球冠型构筑物的最优开挖中心，实现大型喀斯特洼地的合理化开挖，是大型喀斯特洼地球冠型机构建造时必须考虑的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位方法，以解决大型喀斯特洼地开挖工程中，由于不同球冠型构筑物的中心位置将产生不同的开挖效果，需要定位球冠型构筑物的最优开挖中心，实现大型喀斯特洼地的最优化、合理化开挖问题。

本发明采取的技术方案为：一种大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位方法，该方法步骤如下：

1)在大型喀斯特洼地底部中心位置选取一个设定范围的球冠构筑物开挖中心候选区域；

2)确定影响开挖中心定位的影响因子，影响因子包括土石方开挖工程、溶塌巨石混合体治理工程、危岩治理工程、边坡工程、排水工程和球冠构筑物建造成本；

3)初选确定较优开挖中心点平面坐标：在候选区域内以最大影响因子土石方开挖工程为计算对象，通过交互式积分算法，计算开挖中心深度为设定值时的土石方开挖工程量，得到开挖工程量等值线图，初步确定开挖量等值线图的中心点为较优开挖中心点；

4)确定最优高程平面：在各高程平面内，以较优开挖中心平面坐标为假定的开挖中心，通过计算每个影响因子对应的工程造价，计算对应高程平面的工程总造价，以高程为横坐标，工程总造价为纵坐标，确定最优高程平面；

5)最优高程平面内精确定位：在最优高程平面内，以较优开挖中心点为原点，进一步选取一个设定范围的区域，以设定大小的间距，工程总造价等值线分布图，在设定范围的区域内，根据工程总造价等值线图，进一步选取一个设定大小的最优区域，，对该区域内的点进行加密，以设定大小值为间距，计算每个加密点对应的工程总造价，获得最优区域内加密点坐标及对应工程总造价表；

6)选取拟合函数，对最优区域内加密点坐标及对应工程总造价表中工程造价值进行三维空间曲面拟合，以坐标点x、y为自变量，选取工程总造价为因变量Z，构建二元函数，求取函数的极小值，假设函数形状为抛物面，运用待定系数法，构造关于x、y和Z的二元函数形式如下：

Z＝Ax²+Bx+Cy²+Dy+Exy+F

式中，A、B、C、D、E和F为二元函数系数，二元函数系数通过拟合，得到函数如下式所示，相关系数r²＝0.9786：

Z＝90.484x²+459.859x+56.120y²+8.522y-87.460xy+9836.042

式中：x为水平方向，y为竖直方向，对二元函数求取的极小值点即为最优机构开挖中心。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过模拟球冠型构筑物开挖中心在大型喀斯特洼地内的不同位置，综合考虑土石方开挖工程、溶塌巨石混合体治理工程、危岩治理工程、边坡工程、排水工程、球冠构筑物建造成本的多个影响因子，将多个影响因子计算的工程总造价为约束条件，求解球冠型机构中心在大型喀斯特洼地内的位置，实现大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心的最优化输出及精确定位，为大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位提供了一种科学、合理的参考方法。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为初选时开挖工程量等值线分布图。

图3确定最优高程时工程总造价曲线(含各影响因子造价)图。

图4最优高程平面内精确定位时开挖工程总造价等值线图。

图5为最终求解的开挖中心点位置图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-图5所示，一种大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位方法，该方法步骤如下：

1)在洼地底部中心选取一100米×100米的正方形区域：在一大型喀斯特洼地内拟建一球冠构筑物，为此在洼地底部中心区域选取一100米×100米的候选区域，作为球冠型构筑物中心可以任意移动的区域。洼地底部原地面最低高程为841米，通过定性分析，确定开挖深度原则如下：开挖中心深度的下限为13米，即828米；开挖中心深度的上限为5米，即836米。

2)分析并确定影响因子：选取影响球冠构筑物中心选择的因子，包括土石方开挖工程、溶塌巨石混合体治理工程、危岩治理工程、边坡工程、排水工程、球冠构筑物建造成本。

3)初选确定较优开挖中心点平面坐标：在1)所述100米×100米候选区域内以最大影响因子土石方开挖工程为计算对象，通过交互式积分算法，计算开挖中心深度为13米时的土石方开挖工程量，得到开挖工程量等值线图，见附图2，初步确定开挖量等值线图的中心点为较优开挖中心点1。

4)确定最优高程：在828米～836米高程平面内，以较优开挖中心点1为优化原点，考虑所有影响因子，即土石方开挖工程、溶塌巨石混合体治理工程、危岩治理工程、边坡工程、排水工程、球冠构筑物建造成本增量。计算每个影响因子对应的工程造价，得到工程总造价。具体为：以1米为阶梯，逐级抬高开挖中心点1的位置，分别计算828米～836米高程内较优开挖中心点2对应的开挖工程总造价，得到工程总造价曲线图(含各影响因子造价)，见附图3。由附图3可知，在综合考虑所有影响因子的情况下，高程为834米时，工程总造价最低，故最优高程为834米。

5)最优高程平面内精确定位：在最优高程834米内，以较优开挖中心点1为原点，选取一个20米×20米区域2，以2米为间距，得到工程总造价等值线分布图，见附图4。

在前述20米×20米区域2内，根据工程总造价等值线图，进一步选取一个4米×5米的最优区域3，对该区域内的点进行加密，以1米为间距，计算每个加密点对应的工程总造价，如表1所示。

表1最优区域3内加密点坐标及对应工程总造价表

6)选取拟合函数，对表1中工程造价值进行三维空间曲面拟合。表1中，由于x、y为自变量，故选取工程总造价为因变量Z，构建二元函数，求取函数的极小值。假设函数形状为抛物面，运用待定系数法，构造关于x、y和Z的二元函数形式如下：

Z＝Ax²+Bx+Cy²+Dy+Exy+F

通过拟合，得到函数如下式所示(相关系数r²＝0.9786)：

Z＝90.484x²+459.859x+56.120y²+8.522y-87.460xy+9836.042

式中：x为水平方向，y为竖直方向。

对上式求取曲面的极小值，求得最优坐标值为(-4.1349，-3.2866)，该值即为最优开挖中心点4，所处高程为834米，见附图5。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种大型喀斯特洼地球冠型机构开挖中心定位方法，其特征在于：该方法步骤如下：

1)在大型喀斯特洼地底部中心位置选取一个设定范围的球冠构筑物开挖中心候选区域；

2)确定影响开挖中心定位的影响因子，影响因子包括土石方开挖工程、溶塌巨石混合体治理工程、危岩治理工程、边坡工程、排水工程和球冠构筑物建造成本；

3)初选确定较优开挖中心点平面坐标：在候选区域内以最大影响因子土石方开挖工程为计算对象，通过交互式积分算法，计算开挖中心深度为设定值时的土石方开挖工程量，得到开挖工程量等值线图，初步确定开挖量等值线图的中心点为较优开挖中心点；

4)确定最优高程平面：在各高程平面内，以较优开挖中心平面坐标为假定的开挖中心，通过计算每个影响因子对应的工程造价，计算对应高程平面的工程总造价，以高程为横坐标，工程总造价为纵坐标，确定最优高程平面；

5)最优高程平面内精确定位：在最优高程平面内，以较优开挖中心点为原点，进一步选取一个设定范围的区域，以设定大小的间距，工程总造价等值线分布图，在设定范围的区域内，根据工程总造价等值线图，进一步选取一个设定大小的最优区域，对该区域内的点进行加密，以设定大小值为间距，计算每个加密点对应的工程总造价，获得最优区域内加密点坐标及对应工程总造价表；

6)选取拟合函数，对最优区域内加密点坐标及对应工程总造价表中工程造价值进行三维空间曲面拟合，以坐标点x、y为自变量，选取工程总造价为因变量Z，构建二元函数，求取函数的极小值，假设函数形状为抛物面，运用待定系数法，构造关于x、y和Z的二元函数形式如下：

Z＝Ax²+Bx+Cy²+Dy+Exy+F

式中，A、B、C、D、E和F为二元函数系数，二元函数系数通过拟合，得到函数如下式所示，相关系数r²＝0.9786：

Z＝90.484x²+459.859x+56.120y²+8.522y-87.460xy+9836.042

式中：x为水平方向，y为竖直方向，对二元函数求取的极小值点即为最优机构开挖中心。