一种采煤塌陷区土壤结构受损分区方法及系统

本公开涉及土壤结构受损程度评价，具体涉及了一种采煤塌陷区土壤结构受损分区方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、许多矿区地层构造复杂，煤层开采厚度大，倾角变化大，经矿区开采后，地表呈现典型的塌陷盆地，往往呈现数量繁多的裂隙和孔隙，对矿区土壤的连续性和完整性具有较大影响。因此，采煤塌陷区土壤结构受损分区的确定，对矿区土壤结构恢复选用合理的生物治理措施，保障矿区土地资源的可持续利用，以及对解决采煤塌陷区塌陷恢复时间长，无法实现采煤塌陷区快速有效生态修复等问题都具有重要的科学研究意义和应用价值。

3、采煤塌陷区土壤结构受损分区受复杂地形和土壤条件影响，具有不确定性强、对时空分辨率高、缺乏统一的评估标准以及分区成本高的特点，采煤塌陷区土壤结构受损分区难度较大，往往出现受损分区结果与实际情况不符，其对后续的生态治理影响较大，从而直接制约了采煤塌陷区的快速生态修复过程。当前采煤塌陷区土壤结构受损分区研究往往集中于：（1）运用遥感、gis、gps、探地雷达等现代土壤检测技术对采煤塌陷区实行时空检测，结合大量观测结果对采煤塌陷区土壤结构进行受损分区；（2）采煤塌陷区土壤结构受损分区方法往往基于某一被地区和部门广泛认可的分区标准，上述研究虽然取得较为丰富的研究成果，在一定程度上实现了采煤塌陷区土壤结构受损分区。但仍存在以下不足：（1）尽管当前已运用现代化技术如遥感、gis、gps、探底雷达等在采煤塌陷区土壤结构受损分区取得了一定的成果，但在实际操作中仍存在技术限制，如数据精度等，这限制了采煤塌陷区土壤结构受损分区的准确性和有效性。（2）采煤塌陷区土壤结构受损分区方法往往基于某一被地区和部门广泛认可的分区标准，但目前仍未形成一套系统的完整的多技术融合的采煤塌陷区土壤结构受损分区方法及系统。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本公开提出了一种采煤塌陷区土壤结构受损分区方法及系统，能够实现采煤塌陷区土壤结构受损分区，并基于分区结果采用相应治理措施实现人工干预，克服了采煤塌陷区塌陷恢复时间长，无法实现采煤塌陷区快速有效生态修复的问题。

2、为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

3、本公开第一方面提供了一种采煤塌陷区土壤结构受损分区方法，包括以下步骤：

4、对待测采煤塌陷区和正常恢复的采煤塌陷区的土壤进行不同区域不同恢复时间的原位取样；

5、获取原位取样试样的孔隙率和裂隙率，建立第一损伤变量和孔隙率以及第二损伤变量和裂隙率之间的关系式，获得第一损伤变量和孔隙率以及第二损伤变量和裂隙率之间的相关系数，基于相关系数、第一损伤变量和第二损伤变量，计算采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量；

6、获取正常恢复的采煤塌陷区不同恢复阶段的包气带孔隙与裂隙结构损伤变量阈值范围，并根据此阈值范围判断待测采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量值是否异常，实现采煤塌陷区土壤结构受损分区。

7、作为进一步的实现方式，获取原位取样试样的孔隙率和裂隙率，具体为：

8、对获取的原位取样试样开展ct扫描实验，获取ct扫描实验数据，基于ct扫描实验数据获取采煤塌陷区原位取样试样的孔隙率和裂隙率。

9、作为进一步的实现方式，所述第一损伤变量为以孔隙表征定义的损伤变量；

10、所述第二损伤变量以裂隙表征定义的损伤变量。

11、作为进一步的实现方式，第一损伤变量和孔隙率之间的关系式为：

12、

13、其中， emax表示采煤塌陷恢复阶段取样获取的最大孔隙率， emin表示采煤塌陷恢复阶段取样获取的最小孔隙率， ei表示采煤塌陷恢复某阶段取样获取的孔隙率。

14、作为进一步的实现方式，第二损伤变量和裂隙率之间的关系式为：

15、

16、其中， cmax表示采煤塌陷恢复阶段取样获取的最大裂隙率， cmin表示采煤塌陷恢复阶段取样获取的最小裂隙率， ci表示采煤塌陷恢复某阶段取样获取的裂隙率。

17、作为进一步的实现方式，计算采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量的计算公式为：

18、

19、其中， de和 dc分别表示第一损伤变量和第二损伤变量， a和 b分别表示损伤变量 de 、 dc与采煤塌陷恢复某阶段取样获取的孔隙率 ei、裂隙率 ci之间的相关系数。

20、作为进一步的实现方式，根据正常恢复的采煤塌陷区不同恢复阶段的包气带孔隙与裂隙结构损伤变量阈值范围，判断待测采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量值是否异常，实现采煤塌陷区土壤结构受损分区，具体为：

21、若待测采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量值位于正常阈值范围内，则让其自然恢复，无需人工干预；

22、否则，取| d- de|和| d- dc|中的较小值作为判断采煤塌陷区土壤结构受损程度的依据；

23、若| d- de|值较小，则表明取样区孔隙对土壤结构影响较大，若| d- dc|值较小，则表明取样区裂隙对土壤结构影响较大，实现采煤塌陷区土壤结构受损分区。

24、本公开第二方面提供了一种采煤塌陷区土壤结构受损分区系统，包括：

25、数据获取模块，被配置为：对待测采煤塌陷区和正常恢复的采煤塌陷区的土壤进行不同区域不同恢复时间的原位取样；

26、计算模块，被配置为：获取原位取样试样的孔隙率和裂隙率，建立第一损伤变量和孔隙率以及第二损伤变量和裂隙率之间的关系式，获得第一损伤变量和孔隙率以及第二损伤变量和裂隙率之间的相关系数，基于相关系数、第一损伤变量和第二损伤变量，计算采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量；

27、土壤分区模块，被配置为：获取正常恢复的采煤塌陷区不同恢复阶段的包气带孔隙与裂隙结构损伤变量阈值范围，并根据此阈值范围判断待测采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量值是否异常，实现采煤塌陷区土壤结构受损分区。

28、本公开第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现本公开第一方面所述的一种采煤塌陷区土壤结构受损分区方法中的步骤。

29、本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现本公开第一方面所述的一种采煤塌陷区土壤结构受损分区方法中的步骤。

30、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

31、本公开提出的一种采煤塌陷区土壤结构受损分区方法及系统，根据孔隙率和裂隙率，计算待测采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量值，依据正常恢复的采煤塌陷区不同恢复阶段的包气带孔隙与裂隙结构损伤变量阈值范围，判断待测采煤塌陷区包气带孔隙与裂隙结构损伤变量值是否异常，能够实现采煤塌陷区土壤结构受损分区，并基于分区结果采用相应治理措施实现人工干预。克服了采煤塌陷区塌陷恢复时间长，无法实现采煤塌陷区快速有效生态修复等缺点，对矿区土壤结构恢复选用合理的生物治理措施，保障矿区土地资源的可持续利用都具有重要的科学研究意义和应用价值。

32、本公开提出的一种采煤塌陷区土壤结构受损分区方法及系统，基于ct扫描实验数据及avizo软件分别获取采煤塌陷区原位取样试样的孔隙率和裂隙率，具体包括利用interactive top-hat模块区分孔裂隙和基质，label analysis模块自定义分析属性，analysis filter模块选用shape_va3d区分孔隙和裂隙，volume fraction模块获取孔隙率和裂隙率 ，能够较为精准的区分出孔隙和裂隙，从而为更好的分区服务。

33、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。