一种基于煤矿塌陷区的生态修复方法及系统与流程

本发明涉及斜坡角度计算，具体是涉及一种基于煤矿塌陷区的生态修复方法及系统。

背景技术：

1、煤矿塌陷区：煤矿采煤之后留下的下陷的地域。

2、现有的煤矿塌陷区的修复方式没有对塌陷区的斜坡角度进行计算，导致塌陷区部分斜坡的角度过大，使工人对塌陷区进行修复时产生一定的危险，因此，需要对塌陷区的斜坡角度进行计算，根据角度计算结果计算填充体积，通过填充物对计算角度过大的斜坡进行填充，使工人工作时更加安全。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种基于煤矿塌陷区的生态修复方法及系统，本技术方案解决了上述背景技术中提出的现有的煤矿塌陷区的修复方式没有对塌陷区的斜坡角度进行计算，导致塌陷区部分斜坡的角度过大，使工人对塌陷区进行修复时产生一定的危险，因此，需要对塌陷区的斜坡角度进行计算，根据角度计算结果计算填充体积，通过填充物对计算角度过大的斜坡进行填充，使工人工作时更加安全的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于煤矿塌陷区的生态修复方法，包括：

4、通过脉冲雷达对煤矿塌陷区进行轮廓扫描，获取塌陷区实时轮廓；

5、基于塌陷区实时轮廓进行特征分析，确定多组斜坡轮廓和多组平地轮廓，对多组斜坡轮廓和多组平地轮廓进行编号处理，获取编号斜坡和编号平地；

6、基于编号斜坡进行角度分析，确定待修复编号斜坡；

7、根据待修复编号斜坡进行角度计算处理，获取斜坡填充物体积；

8、基于斑点检测算法对待修复编号斜坡的斜坡面进行特征提取，确定凸起信息和凹陷信息，其中，所述凸起信息包括凸起轮廓和凸起数量，所述凹陷信息包括凹陷轮廓和凹陷数量；

9、根据凸起信息和凹陷信息对斜坡填充物体积进行修正，获取填充物修正体积；

10、通过无人机对编号斜坡和编号平地进行图像采集，获取编号斜坡图像和编号平地图像；

11、获取煤矿塌陷区的历史信息，其中，所述历史信息包括斜坡历史信息、平地历史图像，所述斜坡历史信息包括斜坡历史图像、斜坡历史角度；

12、基于编号斜坡图像、斜坡历史图像和编号平地图像、平地历史图像进行特征提取，确定修复用植株类型，所述修复用植株类型包括斜坡修复用植株和平地修复用植株；

13、基于斜坡历史角度、编号斜坡进行角度变化分析，确定角度变化速率，根据角度变化速率设计斜坡维护方案；

14、获取多组灌溉水源位置，根据多组灌溉水源位置和煤矿塌陷区进行距离计算，确定多组灌溉通道；

15、基于多组灌溉通道进行障碍物分析，确定最佳灌溉通道。

16、优选的，所述基于塌陷区实时轮廓进行特征分析，确定多组斜坡轮廓和多组平地轮廓具体包括如下步骤：

17、选取煤矿塌陷区附近区域的水平地面作为参考基准面；

18、通过参考基准面对塌陷区实时轮廓的不同区域进行角度测量，获取不同区域的角度数据；

19、对不同区域的角度数据进行判断；

20、若角度数据大于或等于设定第一阈值，输出斜坡轮廓；

21、若角度数据小于设定第一阈值，输出平地轮廓。

22、优选的，所述基于编号斜坡进行角度分析，确定待修复编号斜坡具体包括如下步骤：

23、对编号斜坡的角度数据和设定第二阈值进行判断；

24、若编号斜坡的角度数据大于或等于设定第二阈值，输出待修复编号斜坡；

25、若编号斜坡的角度数据小于设定第二阈值，输出该编号斜坡无需修复。

26、优选的，所述根据待修复编号斜坡进行计算处理，获取斜坡填充物体积具体包括如下步骤：

27、构建标准斜坡模型；

28、基于标准斜坡模型和待修复编号斜坡进行角度计算，确定填充角度；

29、根据填充角度和待修复编号斜坡的斜坡面所围成的立体区域构建填充函数；

30、根据填充角度和待修复编号斜坡的斜坡面所围成的立体区域的边界对填充函数进行体积计算，获取斜坡填充物体积；

31、其中，所述获取斜坡填充物体积的具体计算公式为：

32、

33、式中，为斜坡填充物体积；为填充角度和待修复编号斜坡的斜坡面所围成的立体区域的边界；为填充函数。

34、优选的，所述根据凸起信息和凹陷信息对斜坡填充物体积进行修正，获取填充物修正体积具体包括如下步骤：

35、根据凹陷轮廓和待修复编号斜坡的斜坡面所围成的立体区域构建凹陷函数；

36、根据凸起轮廓和待修复编号斜坡的斜坡面所围成的立体区域构建凸起函数；

37、分别根据凹陷函数、凹陷轮廓和凸起函数、凸起轮廓进行体积计算，获取凹陷体积和凸起体积；

38、基于凹陷体积和凸起体积对斜坡填充物体积进行体积修正，获取填充物修正体积。

39、优选的，所述获取填充物修正体积的具体计算公式为：

40、

41、式中，为填充物修正体积；为斜坡填充物体积；j为凸起数量；为凸起轮廓；为凸起函数；i为凹陷数量；为凹陷轮廓；为凹陷函数。

42、优选的，所述基于编号斜坡图像、斜坡历史图像和编号平地图像、平地历史图像进行特征提取，确定修复用植株类型具体包括如下步骤：

43、分别对斜坡历史图像和编号斜坡图像进行特征提取，确定斜坡历史生存植株种类和斜坡实时生存植株种类；

44、对斜坡历史生存植株种类和斜坡实时生存植株种类进行交集计算，确定斜坡生存植株种类；

45、分别对编号平地图像和平地历史图像进行特征提取，确定平地历史生存植株种类和平地实时生存植株种类；

46、对平地历史生存植株种类和平地实时生存植株种类进行交集计算，确定平地生存植株种类；

47、分别对斜坡生存植株种类和平地生存植株种类进行分析，获取斜坡修复用植株和平地修复用植株；

48、其中，所述获取斜坡修复用植株和平地修复用植株的具体分析模型为：

49、

50、式中，为斜坡修复用植株；为斜坡生存植株种类对应的数量；为斜坡生存植株种类；为平地修复用植株；为平地生存植株种类对应的数量；为平地生存植株种类。

51、优选的，所述基于斜坡历史角度、编号斜坡进行角度变化分析，确定角度变化速率，根据角度变化速率设计斜坡维护方案具体包括如下步骤：

52、获取斜坡角度变化时间；

53、根据斜坡历史角度和编号斜坡角度进行角度计算，获取角度差；

54、根据斜坡角度变化时间和角度差进行计算处理，获取斜坡角度变化速率；

55、根据斜坡角度变化速率进行分析，设计斜坡维护方案；

56、其中，所述获取斜坡角度变化速率的具体计算公式为：

57、

58、式中，为斜坡角度变化速率；为斜坡历史角度；为编号斜坡角度；为斜坡角度变化时间。

59、优选的，所述基于多组灌溉通道进行障碍物分析，确定最佳灌溉通道具体包括如下步骤：

60、通过无人机对多组灌溉通道的两侧进行图像采集，获取多张灌溉通道图像；

61、对多张灌溉通道图像进行图像分析，确定障碍物类型；

62、根据障碍物类型对灌溉通道的施工难度进行分析，确定最佳灌溉通道。

63、进一步的，提出一种基于煤矿塌陷区的生态修复系统，用于实现如上述的一种基于煤矿塌陷区的生态修复方法，包括：

64、无人机，所述无人机用于对编号斜坡、编号平地和灌溉通道进行图像采集，获取编号斜坡图像、编号平地图像和灌溉通道图像；

65、脉冲雷达，所述脉冲雷达用于对煤矿塌陷区进行轮廓扫描，获取塌陷区实时轮廓；

66、特征提取模块，所述特征提取模块用于提取待修复编号斜坡的斜坡面的凸起信息和凹陷信息；

67、计算模块，所述计算模块用于计算填充角度、斜坡填充物体积、凹陷体积、凸起体积、填充物修正体积和斜坡角度变化速率；

68、判断模块，所述判断模块根据不同区域的角度数据和设定第一阈值进行判断，确定斜坡轮廓和平地轮廓，所述判断模块根据编号斜坡的角度数据和设定第二阈值进行判断，确定待修复编号斜坡；

69、分析模块，所述分析模块分别对斜坡生存植株种类和平地生存植株种类进行分析，获取斜坡修复用植株和平地修复用植株，所述分析模块根据斜坡角度变化速率进行分析，设计斜坡维护方案，所述分析模块根据障碍物类型对灌溉通道的施工难度进行分析，确定最佳灌溉通道；

70、函数构建模块，所述函数构建模块用于构建填充函数、凹陷函数和凸起函数；

71、数据存储模块，所述数据存储模块用于存储煤矿塌陷区的历史信息；

72、控制模块，所述控制模块用于对各个模块的控制，实现各个模块之间的信息交流、数据交互。

73、与现有技术相比，本发明提供了一种基于煤矿塌陷区的生态修复方法及系统，具备以下有益效果：

74、本发明通过对煤矿塌陷区的斜坡的角度进行计算分析，确定填充角度，根据填充角度对较为陡峭的斜坡进行填充，使斜坡的角度变小，更方便工作人员对斜坡和坡底进行修复，此外，由于环境因素的影响，斜坡角度也会发生变化，通过计算斜坡角度变化速率，设计斜坡维护方案，最后，选定修复用植株类型后，根据水源位置铺设灌溉通道，并对灌溉通道的两侧障碍物进行分析，确定最容易铺设的灌溉通道，将其作为最佳灌溉通道，最佳灌溉通道铺设完成后，能够加快煤矿塌陷区的修复速度，使修复用植株更容易成活。