基于立体视觉的数字图像相关方法在爆破抛掷作用研究中的应用

摘要

爆破抛掷物能否按照设计运动直接决定着爆破工程的成败。为进一步研究爆破抛掷作用过程,量化研究抛掷物运动状态,采用数字图像相关和立体视觉原理,建立爆破抛掷物运动观测系统。应用该系统观测混凝土模型爆破试验过程,通过数字图像相关匹配算法进行抛掷物的跟踪;通过立体视觉技术计算抛掷物3维运动轨迹坐标,进而得到其运动速度。结果表明,抛掷物的运动过程可分为整体加速运动和分散减速运动两个阶段。第1阶段:在爆生气体推动下,抛掷物以一整体做加速运动,此阶段持续时间9 ms,在6.5 ms时抛掷物脱离爆破漏斗,最大速度可达16.63~19.65 m/s。第2阶段:抛掷物逐渐破裂,分散成块,处于不同区域、不同形状的碎块运动状态均不同。表面碎块的速度最大,可达26.24 m/s,是潜在的爆破飞石,其只受到重力和空气阻力作用,做减速运动;中下部碎块在残余气体推动下,同样做减速运动,但减速缓慢,速度为9~16 m/s;薄片状碎块在飞行中不断翻转,消耗自身动能,其中速度最小的仅为5~6 m/s。整体运动阶段简单,而分散运动过程较复杂,除爆破参数、介质自身性质外,抛掷物碎块的形状、所处位置也会影响其运动状态,抛掷物表面碎块速度最大,更易形成爆破飞石。本文为量化研究爆破抛掷作用和预测爆破飞石提供了一种有效的方法。