本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于VB和Matlab的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)投入的增加，爆破技術(shù)作為一種有效的經(jīng)濟(jì)手段現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于交通、礦山、水利、城建等眾多領(lǐng)域。然而工程爆破在大大促進(jìn)施工效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，也引發(fā)了一系列的負(fù)面效應(yīng)，如爆破振動(dòng)、空氣沖擊波、噪音、有毒氣體、飛石等，尤其是爆破振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境及建構(gòu)筑物具有重大的破壞作用，爆破振動(dòng)效應(yīng)問(wèn)題也因此受到普遍的關(guān)注和重視。如何在完成爆破施工的同時(shí)，預(yù)測(cè)和降低爆破的振動(dòng)效應(yīng)，從而采取適當(dāng)?shù)姆乐未胧?，是爆破工程界長(zhǎng)期關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的非線性問(wèn)題。傳統(tǒng)的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)方法，如撒道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式，大多是建立在平坦地形條件下，沒(méi)有反應(yīng)地形高程的影響，而工程爆破絕大多數(shù)是在地形有起伏的場(chǎng)地上進(jìn)行的；在撒道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上提出的拓展式雖體現(xiàn)了高程的影響，但考慮的爆破振動(dòng)影響因素較少，預(yù)測(cè)精度仍有待提高；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和投影尋蹤是近年來(lái)興起的，具有極強(qiáng)非線性處理能力，可用于解決非正態(tài)、非線性高維數(shù)據(jù)的新興統(tǒng)計(jì)、計(jì)算方法，在預(yù)測(cè)爆破振動(dòng)方面具有較高的潛力。然而無(wú)論是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)，還是投影尋蹤預(yù)測(cè)方法，均因其數(shù)值計(jì)算量大、可操作性不強(qiáng)等特點(diǎn)，在實(shí)際工程中應(yīng)用困難。

本研究開(kāi)發(fā)的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)就是為解決這些問(wèn)題應(yīng)運(yùn)而生的，將幾種爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)方法，尤其是新興的復(fù)雜預(yù)測(cè)技術(shù)嵌入該系統(tǒng)，既可以采用不同預(yù)測(cè)方法進(jìn)行爆破振動(dòng)的預(yù)測(cè)，又可以對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而找到適合不同工程的預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明既提高了工程現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)的精度，又實(shí)現(xiàn)了爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)的簡(jiǎn)單、方便和可視化。

在當(dāng)今流行的幾種可視化開(kāi)發(fā)工具中，以Visual C++功能最為強(qiáng)大，它不僅可以進(jìn)行友好界面的設(shè)計(jì)，又具有高效的計(jì)算能力，但Visual C++由于語(yǔ)法規(guī)則復(fù)雜、代碼調(diào)試繁瑣，使得開(kāi)發(fā)難度大、成本高，一般適用于計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)人員使用。但計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)人員一般工程專業(yè)知識(shí)薄弱，開(kāi)發(fā)具有專業(yè)特色的應(yīng)用軟件難以勝任。

Visual Basic(VB)是微軟公司系列可視化開(kāi)發(fā)產(chǎn)品Visual Studio中的新一代面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ?。它既是一種編程語(yǔ)言，同時(shí)也是一個(gè)強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用它可以編制出各種風(fēng)格的軟件產(chǎn)品。它的主要思想是用部件組裝應(yīng)用程序，創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序較為簡(jiǎn)便、快捷，同時(shí)具有易學(xué)易用以及界面可視化等優(yōu)點(diǎn)。

Matlab是Math Work公司于1984年推出的功能強(qiáng)大的大型工程軟件，其科學(xué)計(jì)算功能的強(qiáng)大和開(kāi)放式的開(kāi)發(fā)思想使其成為當(dāng)今最為流行的、最為優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，在數(shù)值分析、科學(xué)計(jì)算、算法開(kāi)發(fā)、建模和仿真等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。特別是在一些常用的復(fù)雜的矩陣運(yùn)算以及仿真運(yùn)算方面優(yōu)勢(shì)明顯。

Matlab、VB在具有諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也難免存在缺點(diǎn)。在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，希望開(kāi)發(fā)周期短，選擇使用Visual Basic作為開(kāi)發(fā)工具的居多，但是當(dāng)應(yīng)用程序中遇到復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，如需要大運(yùn)算量的矩陣計(jì)算及對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)直觀的圖形化顯示時(shí)，應(yīng)用VB進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的工作量大，對(duì)程序設(shè)計(jì)人員要求高，難度也增大很多。另一方面，雖然Matlab具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但Matlab程序不能脫離其環(huán)境運(yùn)行，不便用于開(kāi)發(fā)商用軟件；Matlab程序可以被直接看到程序的源代碼，不利于算法和數(shù)據(jù)的保密性；不能實(shí)現(xiàn)端口操作和實(shí)時(shí)控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于VB和Matlab的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)Matlab和VB的綜合應(yīng)用。

該預(yù)測(cè)系統(tǒng)分為傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法庫(kù)和新興預(yù)測(cè)方法庫(kù)，該預(yù)測(cè)系統(tǒng)首選通過(guò)VB語(yǔ)言的傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法庫(kù)編寫程序，結(jié)果在VB界面上顯示，然后采用新興預(yù)測(cè)方法庫(kù)，在Matlab環(huán)境的M文件中編寫程序，點(diǎn)擊主界面的選項(xiàng)進(jìn)入某一預(yù)測(cè)方法界面，最后用VB調(diào)用Matlab程序，進(jìn)行計(jì)算，從而得出預(yù)測(cè)結(jié)果，并將結(jié)果顯示在VB的窗體界面上。

其中，傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法庫(kù)包括撒道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式和撒道夫斯基拓展式；新興預(yù)測(cè)方法庫(kù)包括BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型和投影尋蹤預(yù)測(cè)模型。

本發(fā)明中VB調(diào)用Matlab的方法具體如下：

利用ActiveX自動(dòng)化技術(shù)，由于VB支持ActiveX控制端協(xié)議，Matlab支持ActiveX服務(wù)器端協(xié)議，在已經(jīng)建立VB應(yīng)用程序和Matlab之間的ActiveX自動(dòng)化連接基礎(chǔ)上，即可通過(guò)VB應(yīng)用程序調(diào)用Matlab的命令、向Matlab傳送或從Matlab接收矩陣數(shù)組。

其中，ActiveX部件是Microsoft公司提供的一種用于模塊集成的新協(xié)議，它是Visual Basic工具箱的擴(kuò)充部分。ActiveX自動(dòng)化(OLE自動(dòng)化)協(xié)議是一種允許一個(gè)應(yīng)用程序(控制端)去控制另一個(gè)應(yīng)用程序(服務(wù)器端)的協(xié)議。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

(1)基于VB和Matlab各自的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了VB與Matlab混合編程技術(shù)，即利用VB作為前端開(kāi)發(fā)工具完成人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)的同時(shí)，將應(yīng)用程序中較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算交由Matlab來(lái)完成，然后采用VB對(duì)Matlab的調(diào)用技術(shù)同時(shí)在人機(jī)交互界面上顯示預(yù)測(cè)結(jié)果。更加方便地實(shí)現(xiàn)爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)。在本發(fā)明中采用VB與Matlab的混合編程可以完成爆破預(yù)測(cè)中數(shù)據(jù)的輸入、傳遞、復(fù)雜計(jì)算及顯示部分的工作。

(2)基于爆破振動(dòng)理論、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和投影尋蹤技術(shù)，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和投影尋蹤的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)模型，連同撒道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式和撒道夫斯基拓展式嵌入爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，既可用于平坦地形爆破振動(dòng)的預(yù)測(cè)，也可預(yù)測(cè)地形起伏地區(qū)的爆破振動(dòng)，還可以對(duì)不同預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，找出適合不同工程的最優(yōu)預(yù)測(cè)方法。經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證，對(duì)于地形起伏地區(qū)，新興預(yù)測(cè)方法優(yōu)于傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法，其中尤以投影尋蹤預(yù)測(cè)方法精度最高。

(3)本發(fā)明提出的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，利用VB的編制界面，調(diào)用matalb編寫的預(yù)測(cè)程序，可將matlab強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能和VB界面開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)便直觀的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)計(jì)算的方便。該預(yù)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際工程中使用方便，操作簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)精度高，人機(jī)交互界面友好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于VB和Matlab的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)登錄界面；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)窗體設(shè)計(jì)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法主界面；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中投影尋蹤法系統(tǒng)具體流程；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中投影尋蹤法主界面；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中薩道夫斯基公式法主界面；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中三種方式預(yù)測(cè)對(duì)比主界面。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種基于VB和Matlab的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)。其登陸界面如圖1所示。

該預(yù)測(cè)系統(tǒng)分為傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法庫(kù)和新興預(yù)測(cè)方法庫(kù)，該預(yù)測(cè)系統(tǒng)首選通過(guò)VB語(yǔ)言的傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法庫(kù)編寫程序，結(jié)果在VB界面上顯示，然后采用新興預(yù)測(cè)方法庫(kù)，在Matlab環(huán)境的M文件中編寫程序，點(diǎn)擊主界面的選項(xiàng)進(jìn)入某一預(yù)測(cè)方法界面，最后用VB調(diào)用Matlab程序，進(jìn)行計(jì)算，從而得出預(yù)測(cè)結(jié)果，并將結(jié)果顯示在VB的窗體界面上。

其中，VB調(diào)用Matlab的方法具體如下：

利用ActiveX自動(dòng)化技術(shù)，由于VB支持ActiveX控制端協(xié)議，Matlab支持ActiveX服務(wù)器端協(xié)議，在已經(jīng)建立VB應(yīng)用程序和Matlab之間的ActiveX自動(dòng)化連接基礎(chǔ)上，即可通過(guò)VB應(yīng)用程序調(diào)用Matlab的命令、向Matlab傳送或從Matlab接收矩陣數(shù)組。

實(shí)施例1：

通過(guò)圖1所示的登錄界面登錄爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算之前需要加載數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)擊BP主界面的“加載數(shù)據(jù)”對(duì)BP數(shù)據(jù)進(jìn)行加載與修改，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)窗體設(shè)計(jì)如圖2所示，加載完數(shù)據(jù)，就可以調(diào)用matlab進(jìn)行計(jì)算了，點(diǎn)擊“運(yùn)行并計(jì)算”，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，并且將計(jì)算的結(jié)果顯示在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法主界面上，如圖3所示，通過(guò)計(jì)算可以得到樣本值，與預(yù)測(cè)值的對(duì)比曲線，可以分析預(yù)測(cè)誤差，來(lái)判斷該方法的準(zhǔn)確性，并且可以準(zhǔn)確顯示預(yù)測(cè)的綜合誤差。

實(shí)施例2：

通過(guò)VB導(dǎo)入數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出投影值以及投影系數(shù)，再對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，系統(tǒng)具體流程如圖4。通過(guò)軟件計(jì)算可以得到投影尋蹤法主界面，如圖5所示。通過(guò)計(jì)算可以得到樣本值，與預(yù)測(cè)值的對(duì)比曲線，可以分析預(yù)測(cè)誤差，來(lái)判斷該方法的準(zhǔn)確性，并且可以準(zhǔn)確顯示預(yù)測(cè)的綜合誤差。

實(shí)施例3：

通過(guò)運(yùn)用最小二乘法將前16組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到薩道夫斯基公式中的K、α值。然后就可以通過(guò)設(shè)置簡(jiǎn)單的控件，輸入單段最大裝藥量以及爆源距，計(jì)算出振速峰值，顯示在如圖6所示的薩道夫斯基公式法主界面上。通過(guò)計(jì)算可以得到樣本值，與預(yù)測(cè)值的對(duì)比曲線，可以分析預(yù)測(cè)誤差，來(lái)判斷該方法的準(zhǔn)確性，并且可以準(zhǔn)確顯示預(yù)測(cè)的綜合誤差。

實(shí)施例4：

將前面幾種實(shí)施方式放在一起集中對(duì)比預(yù)測(cè)，得到不同的預(yù)測(cè)結(jié)果，通過(guò)本界面將前面的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Matlab中進(jìn)行處理可以得到3副對(duì)比圖，其預(yù)測(cè)對(duì)比主界面如圖7所示，分別是實(shí)測(cè)值、投影行蹤預(yù)測(cè)值與另外三種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比的折線圖，分別通過(guò)觀察3副圖，以及上面每種預(yù)測(cè)方法產(chǎn)生的結(jié)果及平均誤差，就可以更準(zhǔn)確的對(duì)4種預(yù)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比與總結(jié)結(jié)論。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。