D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.05.006 第34卷第5期 北京科技大学学报 Vol.34 No.5 2012年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2012 基于Kriging与Closest Point融合算法的边坡岩土层 界面拟合 李健”吴顺川”s 高永涛” 周 喻”邓增兵) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中煤平朔煤业有限责任公司，朔州036006 通信作者，E-mail:wushunchuan(@usth.edu.cm 摘要以先后发生过两次土质滑坡的平朔公司东露天矿边坡为研究背景，针对目前高精度岩土层界面拟合时有效数据不 足和人工评价误差较大的现状，充分利用岩土层界面的地质调查点数据，有效扩充钻孔数据范围，为高精度的岩土层界面拟 合提供有效数据，并利用基于Closest Point算法的结构分析模型进行Kriging插值计算，实现Kriging算法与Closest Point算法 的融合，完成对露天矿边坡各岩土层的三维拟合.现场选取测量点的比对结果表明，基于Kriging与Closest Point融合算法的 界面拟合，与传统的人工经验评价方法相比，能大幅提高拟合精度，且简单易行. 关键词露天开采：边坡稳定：界面：算法：计算机模拟 分类号TD164.1:TP391.9 Rock and soil layer interface fitting method based on a Kriging and Closest Point coupled algorithm LI Jian,WU Shun-chuan,GAO Yong-tao",ZHOU Yu,DENG Zeng-bing? 1)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Pingshuo Coal Industry Co.,Shuozhou 036006,China Corresponding author,E-mail:wushunchuan@ustb.edu.cn ABSTRACT Taking the slope at the East Open Pit Mine of Pingshuo Coal Industry Co.where two soil landslides occurred succes- sively as the research background,in consideration of the current situation that valid data lacks and relatively large error exists in expe- rience evaluation,data of geological survey points in interfaces between rock and soil layers were fully used and the drilling data range was effectively expanded to provide valid data for high-precision interface fitting.A Closest Point algorithm-based structural analysis model was applied to conduct Kriging interpolation calculations,which made the two algorithms coupled.Thus a three-dimensional fit- ting model of all rock and soil layers can be completed.By comparing the data of measuring points selected from the field,the accuracy of the interface fitting method is much higher than the traditional method of human experience KEY WORDS open pit mining:slope stability:interfaces:algorithms:computer simulation 在露天矿山开采设计中，需要对矿山各边帮基 Krige在20世纪50年代提出的Kriging插值算法 础地质条件进行评价，其中最重要的资料是各岩土 应用最广泛.美国Schuenemeyer等回以及国内李晓 层的分布情况.国内传统矿山多依赖有限的钻孔数 军和靳国栋等B-l针对Kriging算法的应用研究都 据人工经验评价，在此基础上绘制的各岩土层顶底 表明，Kriging插值算法在数据表达和地层分布状况 板等高线及等厚线图往往与实际情况相差甚远. 拟合等方面优于普通插值算法.然而，由于露天矿 近年来，随着科学计算可视化研究的不断深入， 各边帮钻孔数据分布离散性强，Kriging插值算法在 图形仿真技术及其插值算法被引入到矿山三维边坡 露天矿的三维边坡岩土层拟合中鲜有成功的实例. 岩土层拟合领域，国内外学者针对不同插值算法展 随着算法综合应用技术的不断发展，两种甚至多种 开了广泛的探索性应用研究，尤其以南非工程师 算法的综合应用在国内外已展开了相关研究5-) 收稿日期：201108-28 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2009AA11Z105):国家自然科学基金资助项目(51074014)：长江学者和创新团队发展计划资助 项目(IRT0950)第 34 卷 第 5 期 2012 年 5 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 5 May 2012 基于 Kriging 与 Closest Point 融合算法的边坡岩土层 界面拟合 李 健1) 吴顺川1) 高永涛1) 周 喻1) 邓增兵2) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 2) 中煤平朔煤业有限责任公司，朔州 036006 通信作者，E-mail: wushunchuan@ ustb． edu． cn 摘 要 以先后发生过两次土质滑坡的平朔公司东露天矿边坡为研究背景，针对目前高精度岩土层界面拟合时有效数据不 足和人工评价误差较大的现状，充分利用岩土层界面的地质调查点数据，有效扩充钻孔数据范围，为高精度的岩土层界面拟 合提供有效数据，并利用基于 Closest Point 算法的结构分析模型进行 Kriging 插值计算，实现 Kriging 算法与 Closest Point 算法 的融合，完成对露天矿边坡各岩土层的三维拟合． 现场选取测量点的比对结果表明，基于 Kriging 与 Closest Point 融合算法的 界面拟合，与传统的人工经验评价方法相比，能大幅提高拟合精度，且简单易行． 关键词 露天开采; 边坡稳定; 界面; 算法; 计算机模拟 分类号 TD164 + . 1; TP391. 9 Rock and soil layer interface fitting method based on a Kriging and Closest Point coupled algorithm LI Jian1) ，WU Shun-chuan1) ，GAO Yong-tao 1) ，ZHOU Yu1) ，DENG Zeng-bing2) 1) School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Pingshuo Coal Industry Co． ，Shuozhou 036006，China Corresponding author，E-mail: wushunchuan@ ustb． edu． cn ABSTRACT Taking the slope at the East Open Pit Mine of Pingshuo Coal Industry Co． where two soil landslides occurred succes￾sively as the research background，in consideration of the current situation that valid data lacks and relatively large error exists in expe￾rience evaluation，data of geological survey points in interfaces between rock and soil layers were fully used and the drilling data range was effectively expanded to provide valid data for high-precision interface fitting． A Closest Point algorithm-based structural analysis model was applied to conduct Kriging interpolation calculations，which made the two algorithms coupled． Thus a three-dimensional fit￾ting model of all rock and soil layers can be completed． By comparing the data of measuring points selected from the field，the accuracy of the interface fitting method is much higher than the traditional method of human experience． KEY WORDS open pit mining; slope stability; interfaces; algorithms; computer simulation 收稿日期: 2011--08--28 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助项目( 2009AA11Z105) ; 国家自然科学基金资助项目( 51074014) ; 长江学者和创新团队发展计划资助 项目( IRT0950) 在露天矿山开采设计中，需要对矿山各边帮基 础地质条件进行评价，其中最重要的资料是各岩土 层的分布情况． 国内传统矿山多依赖有限的钻孔数 据人工经验评价，在此基础上绘制的各岩土层顶底 板等高线及等厚线图往往与实际情况相差甚远． 近年来，随着科学计算可视化研究的不断深入， 图形仿真技术及其插值算法被引入到矿山三维边坡 岩土层拟合领域，国内外学者针对不同插值算法展 开了广泛的探索性应用研究，尤其以南非工程师 Krige ［1］在 20 世纪 50 年代提出的 Kriging 插值算法 应用最广泛． 美国 Schuenemeyer 等［2］以及国内李晓 军和靳国栋等［3--4］针对 Kriging 算法的应用研究都 表明，Kriging 插值算法在数据表达和地层分布状况 拟合等方面优于普通插值算法． 然而，由于露天矿 各边帮钻孔数据分布离散性强，Kriging 插值算法在 露天矿的三维边坡岩土层拟合中鲜有成功的实例． 随着算法综合应用技术的不断发展，两种甚至多种 算法的综合应用在国内外已展开了相关研究［5--9］． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.006