智能爆破的基本概念与研究内容

于海连

摘要：随着智能化技术的快速发展，智能技术在各行各业中应用广泛，尤其是智能爆破技术。 “智能”并非近年才出现的概念,人们往往对“智能”有一些误解,所以从哲学层面厘清“智能”的含义才能真正理解“智能爆破”的实质。本研究阐明了“智能爆破”的定义,进一步明确了其研究内容,为后续相关研究提供有益参考。

关键词：智能爆破；基本概念；研究内容；人工智能

引言

信息化技术的高度发展，在一定程度上改变了我国经济社会的发展模式，给许多行业带来了新一轮发展契机，特别是在党和政府高度重视数字经济发展、着力建设数字中国的背景下，各类数字化技术和智能化技术开始在越来越广泛的领域发挥积极作用。与此同时，工程爆破施工管理难度较大，稍有不慎就会导致施工现场发生安全事故。目前，智能信息化技术在爆破施工安全管理中的应用效果还不尽如人意，在这种情况下对智能信息化技术在爆破施工安全管理中的具体应用进行研究，具有不可估量的现实价值。

1智能爆破的定义

1.1什么是“智能”

智能是人类个体有目的的行为、合理的思维以及有效适应环境的综合能力。人类个体的智能是一种综合能力，可以包括感知与认识客观事物、客观世界与自我的能力，通过学习取得经验、积累知识的努力,理解知识、运用知识和运用经验分析问题和解决问题的能力，联想、推理、判断、决策的能力，运用语言进行抽象、概括的能力，发现、发明、创造、创新的能力，实时地、迅速地、合理地应对复杂环境的能力，预测、洞察事物发展变化的能力等。人们往往有个误区，是将“人工智能”与“自动化”混为一谈。不可否认，自动化系统有相当多的智能特征，但是自动化是在规定的范围内所做的操作。

1.3　“智能爆破”的定义

根据“智能”的研究范畴：采用5G、人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术，将爆破的设计、施工、管理、服务等各环节生产活动相联结与融合，建立具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能特性的综合集成爆破技术，解决以往需要人类专家才能处理的爆破问题，达到安全、绿色、智能、高效的工程目的，其英文名称为“IntelligentBlasting”，明确了智能爆破的核心是利用新一代信息技术实现爆破的智能化，确定了智能爆破的范畴是爆破的设计、施工、管理、服务等生产活动的各个环节，给出了实现智能爆破的途径是建立具有信息深度自感知、智慧优化自决策以及精准控制自执行等功能特性的综合集成爆破技术，指明了智能爆破的目标是解决人类专家才能处理的爆破问题，达到安全、绿色、智能、高效的工程目的。

2爆破技术的瓶颈

2.1爆破过程的多元异质信息难以获取

炸药爆炸是一种短至10-6~10-5s，十分复杂的瞬态物理、化学反应，需要使用具有极高采样率的仪器进行信息采集，一般的仪器无法满足要求。例如：通过高速摄影机拍摄爆炸过程，分析爆炸产生的物体飞散现象；通过动光弹、动焦散等技术研究模拟爆破试验的应力、应变情况。但是总体来说，爆炸过程的基础数据获取手段目前仍然十分有限。另外，爆破是炸药在岩石、土壤、金属等天然或人造介质中的瞬态作用，这些介质本身千差万别，岩石等介质还具有非均一性，使得工程爆破的信息更加多元、异质，加深了爆破信息的获取难度。

2.2缺乏有效的爆破环境感知技术

根据爆破的对象，爆破作业施工所处的环境各不相同。如：矿山爆破需要了解爆破作业面、邻近巷道的三维信息、矿体地质品位与围岩边界信息。只有充分掌握了爆破环境信息，才能有目的地进行爆破设计，控制矿石的损失和贫化。以往是通过人工测量巷道的二维边界，结合地质勘探获取的地质数据库，粗略感知爆破环境。总体来说，爆破环境是十分复杂的，而我们目前所了解的爆破环境信息仍然十分有限，要真正感知爆破环境的所有信息，并对这些信息进行可视化呈现，不仅需要研发大量智能化传感设备，还要对海量信息运用大数据技术进行处理，目前还有不少的技术障碍。

3智能爆破的主要研究内容

3.1爆破过程多元异质信息采集与挖掘技术

爆破伴随着炸药的爆炸和岩石等介质的物理作用过程，将产生大量的信息，例如爆破振动速度、加速度、频率、岩性参数等。这些信息是多元、异质的，目前所能采集的信息仍然十分有限。因此需要研究这些信息的采集技术，解决爆破信息的全面采集难题，确保大数据的有效性、完整性。采集到的信息对爆破设计、施工是否有用，需要通过数据挖掘技术进行深度分析，最终确定需要采集的信息类型，以提高信息采集效率和针对性。同时，大数据分析得到的结果还将用于爆破参数和爆破方案的优化。

3.2爆破环境的智能感知技术

爆破施工所面临的环境信息千差万别。例如：在矿山爆破过程中，矿体的形状信息；在拆除爆破过程中,建(构)筑物的结构形态、地下管网等信息。这些环境信息的感知对爆破作业成功实施起到重要的支撑作用。目前已有三维激光扫描技术可以获取矿山爆破的表面轮廓、坐标信息。将这些信息与三维爆破设计软件相结合，可以快速、准确地进行爆破设计。在拆除爆破方面，已经有学者通过无人机航拍等手段，将拍摄的二维图片进行三维重建，获取建(构)筑物及周边环境的三维图像，使得爆破环境的感知能力大幅提升。上述尝试只是爆破在向智能化方向迈出的一步，要准确感知爆破环境信息，还需要做大量的工作，将新一代信息技术和传感器技术大量应用到爆破领域，大幅提高爆破环境的感知能力和速度，提高信息感知的质量，才能保证爆破的设计、施工有精确的基础数据。

3.3爆破信息的传输、交互与处理技术

由于信息获取的技术手段有限且信息传输的滞后性等因素，传统爆破信息的孤岛效应十分突出。爆破信息不能实现交互，使得爆破信息利用率不高，爆破的设计、分析、决策等环节可以参考的信息较少，往往造成误判。例如在地下爆破过程中，爆破作业面距离主巷道往往达到数百米，由于现有技术的限制，爆破作业面通常不会布设通信设施，钻孔、装药、连线、起爆等爆破信息无法及时传输到调度中心，使得爆破作业效果分析无法及时开展。5G、可见光通信等技术将为爆破信息的传输提供高速率、低延时的支撑条件。可见光通信技术是利用可见光波段的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信方式。它具有高速率性、无电磁辐射、密度高，成本低、频谱丰富、高保密性等优势。随着5G网络、可见光通信技术的逐渐成熟，今后在地下开展爆破作业时利用新的通信技术，实时传输爆破信息，将爆破相关的信息节点打通，实现信息的实时交互与处理，是实现智能爆破的重要前提条件

结束语

爆破是一门技术科学，不仅需要从爆破工程实践经验中不断总结、提高技术水平，也需要从相关学科领域汲取先进的科学技术，并升华为新的爆破理论，唯有如此才能使爆破始终保持活力，成为历久弥新的学科

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