一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法及系統(tǒng)，該方法包括：獲取地面空間數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形和采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)；將地面空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，形成預(yù)設(shè)分辨率的格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)；對(duì)格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形、采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定開采下沉影響區(qū)域，構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型；利用構(gòu)建的元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)地表下沉過程進(jìn)行仿真。該方法能夠仿真較為復(fù)雜地質(zhì)采礦條件下的礦產(chǎn)開采引起的下沉過程，動(dòng)態(tài)模擬開采沉陷的開采影響范圍、下沉活躍的強(qiáng)度和面積等，并且得到接近真實(shí)情況的地表下沉結(jié)果，從而在很大程度上提高了對(duì)復(fù)雜地質(zhì)采礦條件下礦產(chǎn)開采時(shí)的地表沉陷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
【專利說明】—種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及工業(yè)監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大規(guī)模礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用，給人類帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)，也對(duì)人類生存的環(huán)境帶來了巨大的破壞影響。由于地下礦產(chǎn)資源在開采過程中，開采礦層的上覆巖層將出現(xiàn)位移和變形，引起的開采沉陷可導(dǎo)致一系列環(huán)境問題，甚至引發(fā)重大的地質(zhì)災(zāi)害事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及嚴(yán)重的社會(huì)問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國自20世紀(jì)90年代以來，因煤炭開采形成的地表塌陷每年約2.2萬hm2，到本世紀(jì)初，我國的采礦業(yè)每年占用和破壞的土地達(dá)3.4萬hm2。
[0003]而開采沉陷涉及到地質(zhì)、采礦等多種因素，是一種復(fù)雜的三維、時(shí)空動(dòng)態(tài)過程，地表移動(dòng)是巖層移動(dòng)傳播到地表的沉陷現(xiàn)象，反映了巖層移動(dòng)的傳播方式和移動(dòng)狀況。因此，在開采前就對(duì)可能引起的開采沉陷狀況進(jìn)行一個(gè)合理的預(yù)測(cè)，并在開采過程中，實(shí)時(shí)對(duì)引起的沉陷過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣才便于對(duì)安全生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)。
[0004]目前，對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)分析以及沉陷過程的監(jiān)測(cè)僅是借鑒地面觀測(cè)站的監(jiān)測(cè)與預(yù)計(jì)研究成果。由于其利用的數(shù)據(jù)資料是位于觀測(cè)線上離散點(diǎn)集數(shù)據(jù)，即只利用了地面沉降觀測(cè)站布設(shè)的觀測(cè)線上的有限觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此所得的預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性差，從而導(dǎo)致開采時(shí)地表沉陷的無法準(zhǔn)確預(yù)知，造成環(huán)境的破壞以及經(jīng)濟(jì)的巨大損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法及系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)采礦條件下礦產(chǎn)開采時(shí)的地表沉陷更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下:
[0007]一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法，包括:
[0008]獲取地面空間數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形和采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)；
[0009]將所述地面空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，形成預(yù)設(shè)分辨率的格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)；
[0010]對(duì)所述格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形、采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定開采下沉影響區(qū)域，構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型；
[0011]利用構(gòu)建的所述元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)地表下沉過程進(jìn)行仿真。
[0012]優(yōu)選的，所述地面空間數(shù)據(jù)包括:地面三維激光掃描采集的數(shù)據(jù)和/或攝影測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)以及沉降觀測(cè)站采集的數(shù)據(jù)。
[0013]優(yōu)選的，所述構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型包括:
[0014]A、將所述開采下沉影響區(qū)域進(jìn)行劃分，以構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型運(yùn)行的元胞空間，并確定所述元胞空間中的每個(gè)元胞的鄰居結(jié)構(gòu)；
[0015]B、根據(jù)經(jīng)典預(yù)計(jì)方法和/或地面觀測(cè)站布置情形，在觀測(cè)線上確定初始失穩(wěn)點(diǎn)，將所述初始失穩(wěn)點(diǎn)所在的元胞加入失穩(wěn)元胞集合；
[0016]C、判斷所述失穩(wěn)元胞集合中各元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若所述失穩(wěn)元胞集合中的元胞沒有達(dá)到下沉停止?fàn)顟B(tài)，則更新該元胞的下沉狀態(tài)，并將該元胞的鄰居結(jié)構(gòu)中沒有被引起失穩(wěn)的元胞加入影響元胞集合中；
[0017]D、判斷所述影響元胞集合中的高危失穩(wěn)元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若所述高危失穩(wěn)元胞的失穩(wěn)概率大于設(shè)定閾值，則更新所述高危失穩(wěn)元胞的下沉狀態(tài)，并將該元胞加入所述失穩(wěn)元胞集合；
[0018]E、迭代執(zhí)行上述步驟C?D，直到所述失穩(wěn)元胞集合為空。
[0019]優(yōu)選的，所述鄰居結(jié)構(gòu)具體為Moore型的鄰居結(jié)構(gòu)。
[0020]優(yōu)選的，還包括:繪制所述仿真結(jié)果對(duì)應(yīng)的地面三維模型圖和/或下沉等值線圖和/或三維剖面圖。
[0021]一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真系統(tǒng)，包括:獲取單元、空間插值單元、分析單元、構(gòu)建單元以及仿真單元，其中:
[0022]所述獲取單元，用于獲取地面空間數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形和采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)；
[0023]與所述獲取單元相連的所述空間插值單元，用于將所述地面空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，形成預(yù)設(shè)分辨率的格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)；
[0024]與所述獲取單元、空間插值單元相連的所述分析單元，用于對(duì)所述格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形、采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定開采下沉影響區(qū)域；
[0025]與所述分析單元相連的所述構(gòu)建單元，用于根據(jù)所述分析單元確定的開采下沉影響區(qū)域構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型；
[0026]與所述構(gòu)建單元相連的所述仿真單元，用于利用構(gòu)建的所述元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)地表下沉過程進(jìn)行仿真。
[0027]優(yōu)選的，所述地面空間數(shù)據(jù)包括:地面三維激光掃描采集的數(shù)據(jù)和/或攝影測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)以及沉降觀測(cè)站采集的數(shù)據(jù)。
[0028]優(yōu)選的，所述構(gòu)建單元包括:劃分單元、確定單元、失穩(wěn)元胞集合判斷單元、影響元胞集合判斷單元以及迭代單元，其中:
[0029]所述劃分單元，用于將所述開采下沉影響區(qū)域進(jìn)行劃分，以構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型運(yùn)行的元胞空間，并確定所述元胞空間中的每個(gè)元胞的鄰居結(jié)構(gòu)；
[0030]與所述劃分單元相連的所述確定單元，用于根據(jù)經(jīng)典預(yù)計(jì)方法和/或地面觀測(cè)站布置情形，在觀測(cè)線上確定初始失穩(wěn)點(diǎn)，將所述初始失穩(wěn)點(diǎn)所在的元胞加入失穩(wěn)元胞集合；
[0031]與所述確定單元相連的所述失穩(wěn)元胞集合判斷單元，用于判斷所述失穩(wěn)元胞集合中各元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若所述失穩(wěn)元胞集合中的元胞沒有達(dá)到下沉停止?fàn)顟B(tài)，則更新該元胞的下沉狀態(tài)，并將該元胞的鄰居結(jié)構(gòu)中沒有被引起失穩(wěn)的元胞加入影響元胞集合中；
[0032]與所述失穩(wěn)元胞集合判斷單元相連的所述影響元胞集合判斷單元，用于判斷所述影響元胞集合中的高危失穩(wěn)元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若所述高危失穩(wěn)元胞的失穩(wěn)概率大于設(shè)定閾值，則更新所述高危失穩(wěn)元胞的下沉狀態(tài)，并將該元胞加入所述失穩(wěn)元胞集合；
[0033]與所述失穩(wěn)元胞集合判斷單元、影響元胞集合判斷單元相連的所述迭代單元，用于控制所述失穩(wěn)元胞集合判斷單元以及所述影響元胞集合判斷單元迭代執(zhí)行判斷過程，直到所述失穩(wěn)元胞集合為空。
[0034]優(yōu)選的，所述鄰居結(jié)構(gòu)具體為Moore型的鄰居結(jié)構(gòu)。
[0035]優(yōu)選的，還包括:繪制單元，用于繪制所述仿真單元輸出的仿真結(jié)果所對(duì)應(yīng)的地面三維模型圖和/或下沉等值線圖和/或三維剖面圖。
[0036]從上述的技術(shù)方案可以看出，本申請(qǐng)公開了一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法及系統(tǒng)，該方法通過獲取地面空間數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形和采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)，并對(duì)地面空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，形成預(yù)設(shè)分辨率的格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)，然后對(duì)格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形、采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定開采下沉影響區(qū)域，從而構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型，以對(duì)地表下沉過程進(jìn)行仿真。該方法能夠仿真較為復(fù)雜地質(zhì)采礦條件下的礦產(chǎn)開采引起的下沉過程，動(dòng)態(tài)模擬開采沉陷的開采影響范圍、下沉活躍的強(qiáng)度和面積等，并且得到接近真實(shí)情況的地表下沉結(jié)果，從而在很大程度上提高了對(duì)復(fù)雜地質(zhì)采礦條件下礦產(chǎn)開采時(shí)的地表沉陷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，而且能夠更加精細(xì)的刻畫地表某一時(shí)刻下沉盆地的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0038]圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例一公開的一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法的流程圖；
[0039]圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例一公開的一種構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型的流程圖；
[0040]圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例二公開的一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法的流程圖；
[0041]圖4(a)為本申請(qǐng)實(shí)施例二公開的一種元胞自動(dòng)機(jī)模型繪制的下沉等值線圖；
[0042]圖4(bl)為本申請(qǐng)實(shí)施例二公開的一種元胞自動(dòng)機(jī)模型仿真模擬的沉陷區(qū)三維模型圖；
[0043]圖4(b2)為本申請(qǐng)實(shí)施例二所仿真模擬繪制的三維沉陷區(qū)模型圖對(duì)應(yīng)的同期地面三維激光掃描獲取的真實(shí)的沉陷區(qū)三維模型圖；
[0044]圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例三公開的一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例三公開的一種構(gòu)建單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例四公開的一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖,對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0048]由于現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)分析以及沉陷過程的監(jiān)測(cè)僅是借鑒地面觀測(cè)站的監(jiān)測(cè)與預(yù)計(jì)研究成果，其利用的數(shù)據(jù)資料是位于觀測(cè)線上離散點(diǎn)集數(shù)據(jù)，即只利用了地面沉降觀測(cè)站布設(shè)的觀測(cè)線上的有限觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此所得的預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性差，從而導(dǎo)致開采時(shí)地表沉陷的無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，造成環(huán)境的破壞以及經(jīng)濟(jì)的巨大損失。因此，本發(fā)明公開了一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)采礦條件下礦產(chǎn)開采時(shí)的地表沉陷更加準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)，以避免環(huán)境的破壞以及經(jīng)濟(jì)的損失。
[0049]實(shí)施例一
[0050]請(qǐng)參閱附圖1，為本申請(qǐng)實(shí)施例一公開的一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法的流程圖，主要包括以下步驟:
[0051]SlOl:獲取地面空間數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形和采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)。
[0052]本步驟中，獲取的地面空間數(shù)據(jù)包括:地面三維激光掃描采集的數(shù)據(jù)和/或攝影測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)以及沉降觀測(cè)站采集的數(shù)據(jù)。
[0053]開采工作面布置情形可包括:埋藏的幾何條件、構(gòu)造因素等自然地質(zhì)因素，采區(qū)幾何因素以及技術(shù)因素等，
[0054]確定地質(zhì)采礦條件的相關(guān)數(shù)據(jù)，如下山開采邊界采深Hl、上山開采邊界采深H2、平均采深H和采厚m等，其中，采深是指礦埋藏深度，采厚是指采出的礦產(chǎn)的厚度。選定參數(shù):邊界角βρ Ytl，下沉系數(shù)q，拐點(diǎn)偏距Sl。
[0055]其中，開采工作面布置情形以及采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)均是從收集到的采礦沉陷區(qū)資料獲取的。
[0056]S102:將地面空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，形成預(yù)設(shè)分辨率的格網(wǎng)DEM (DigitalElevation Model,數(shù)字高程模型)面域數(shù)據(jù)。
[0057]預(yù)設(shè)分辨率可以為米級(jí):5m*5m、lm*lm等，也可以為其他分辨率，在此不作限制，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
[0058]S103:對(duì)格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形、采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定開采下沉影響區(qū)域，構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型。
[0059]根據(jù)預(yù)測(cè)影響區(qū)域的格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)和開采工作面布置情形及采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用合適方法，如概率積分法、典型曲線法、樣條函數(shù)法等初步預(yù)計(jì)開采影響范圍，劃分確定的下沉影響區(qū)域，構(gòu)建模型運(yùn)行的元胞空間，并分別建立影響元胞集合和失穩(wěn)元胞集合。其中，需要說明的是，元胞是指元胞自動(dòng)機(jī)模型中演化的單元，本發(fā)明中是指地面劃分的格網(wǎng)，影響元胞集合是指地面受到下沉影響區(qū)域劃分的格網(wǎng)中所有格網(wǎng)的集合，失穩(wěn)元胞指的是處于地面下沉期的格網(wǎng)單元，是由它周圍格網(wǎng)單元的狀態(tài)決定。
[0060]在本步驟中，如圖2所示，圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例一公開的一種構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型的流程圖，具體步驟如下:
[0061]S201:將開采下沉影響區(qū)域進(jìn)行劃分，并確定元胞的鄰居結(jié)構(gòu)。
[0062]本步驟中，將開采下沉影響區(qū)域進(jìn)行劃分，以構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型運(yùn)行的元胞空間，并確定所述元胞空間中的元胞的鄰居結(jié)構(gòu)。
[0063]對(duì)開采下沉影響區(qū)域進(jìn)行劃分的結(jié)果是NxN的二維空間模型，以NxN的二維空間作為初始模型。其中:N為整數(shù)，代表一維上的格子個(gè)數(shù)。根據(jù)預(yù)測(cè)影響區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)和開采工作面布置情形及采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用概率積分法或其它方法初步預(yù)計(jì)開采影響范圍，取其邊界條件固定為零狀態(tài)，屬于虛擬格子，除去邊界，狀態(tài)空間上格子均勻分布，每個(gè)格子代表一個(gè)元胞，同時(shí)構(gòu)建模型運(yùn)行的元胞空間，并分別建立影響元胞集合和失穩(wěn)元胞集合。
[0064]其中，該鄰居結(jié)構(gòu)具體為Moore型的鄰居結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)中心元胞，即要演化的地面元胞以及位于中心元胞東、西、南、北、東北、西北、東南、西南8個(gè)方位并鄰近中心元胞的8個(gè)元胞組成。中心元胞在演化過程中與其本身和鄰居的8個(gè)元胞的狀態(tài)有關(guān)，即中心元胞的下一時(shí)刻的狀態(tài)由當(dāng)前時(shí)刻自身的狀態(tài)和八個(gè)鄰居元胞的狀態(tài)來確定:
[0065]NMoore = IVi = (Vix, Viy) I I Vix-V0J ≤ 1，I Viy-Voy ≤ 1}
[0066]其中，Vix，Viy代表鄰居元胞行列坐標(biāo)值，Vox, Voy代表中心元胞的行列坐標(biāo)值。
[0067]S202:確定初始失穩(wěn)點(diǎn)，將初始失穩(wěn)點(diǎn)所在的元胞加入失穩(wěn)元胞集合。
[0068]在本步驟中,根據(jù)礦層走向與傾向確定相應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)Χ0Υ,依據(jù)經(jīng)典預(yù)計(jì)方法和/或地面觀測(cè)站布置情形，在觀測(cè)線上，即走向與傾向主斷面上確定初始失穩(wěn)點(diǎn)，將初始失穩(wěn)點(diǎn)所在的元胞加入失穩(wěn)元胞集合。其中，經(jīng)典預(yù)計(jì)方法包括:概率積分法、典型曲線法、樣條函數(shù)法等。
[0069]初始失穩(wěn)點(diǎn)由礦層的地質(zhì)條件及地表的采動(dòng)程度確定，其中地表的采動(dòng)程度是根據(jù)采區(qū)尺寸大小作出判斷，用傾斜方向采動(dòng)系數(shù)Ii1,走向方向采動(dòng)系數(shù)n3表示:
[0070]gni〈l，n3〈l，則走向和傾向均為非充分采動(dòng)；
[0071]若n,I, n3>I,則走向達(dá)到超充分采動(dòng),傾向未達(dá)充分采動(dòng)；
[0072]Sn1Mj3U,則走向上為非充分采動(dòng)，傾向上為超充分動(dòng)；
[0073]若叫=I, n3 = I,則走向和傾向均為充分采動(dòng)；
[0074]若η1>1, η3>1,則走向與傾向均達(dá)到超充分采動(dòng)。
[0075]此外，當(dāng)采動(dòng)程度較小時(shí)，可以根據(jù)工作面尺寸來判斷地表移動(dòng)盆地范圍，而達(dá)到充分采動(dòng)后，工作面尺寸對(duì)地表移動(dòng)變形值無影響。
[0076]S203:將失穩(wěn)元胞集合中的未達(dá)下沉停止?fàn)顟B(tài)的元胞的鄰居結(jié)構(gòu)中沒有被引起失穩(wěn)的元胞加入影響元胞集合中。
[0077]本步驟中，判斷失穩(wěn)元胞集合中各元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若失穩(wěn)元胞集合中的元胞沒有達(dá)到下沉停止?fàn)顟B(tài)或達(dá)到最大下沉值的1.2倍,則更新該元胞的下沉狀態(tài),并將該元胞的鄰居結(jié)構(gòu)中沒有被引起失穩(wěn)的元胞加入影響元胞集合中。
[0078]最大下沉值的計(jì)算方法采用概率積分法預(yù)計(jì)方法，單元開采引起地表下沉值為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真方法，其特征在于，包括: 獲取地面空間數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形和采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)； 將所述地面空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，形成預(yù)設(shè)分辨率的格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)； 對(duì)所述格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形、采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定開采下沉影響區(qū)域，構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型； 利用構(gòu)建的所述元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)地表下沉過程進(jìn)行仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表下沉仿真方法，其特征在于，所述地面空間數(shù)據(jù)包括:地面三維激光掃描采集的數(shù)據(jù)和/或攝影測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)以及沉降觀測(cè)站采集的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表下沉仿真方法，其特征在于，所述構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型包括: A、將所述開采下沉影響區(qū)域進(jìn)行劃分，以構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型運(yùn)行的元胞空間，并確定所述元胞空間中的每個(gè)元胞的鄰居結(jié)構(gòu)； B、根據(jù)經(jīng)典預(yù)計(jì)方法和/或地面觀測(cè)站布置情形，在觀測(cè)線上確定初始失穩(wěn)點(diǎn)，將所述初始失穩(wěn)點(diǎn)所在的元胞加入失穩(wěn)元胞集合； C、判斷所述失穩(wěn)元胞集合中各元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若所述失穩(wěn)元胞集合中的元胞沒有達(dá)到下沉停止?fàn)顟B(tài)，則更新該元胞的下沉狀態(tài)，并將該元胞的鄰居結(jié)構(gòu)中沒有被引起失穩(wěn)的元胞加入影響元胞集合中； D、判斷所述影響元胞集合中的高危失穩(wěn)元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若所述高危失穩(wěn)元胞的失穩(wěn)概率大于設(shè)定閾值，則更新所述高危失穩(wěn)元胞的下沉狀態(tài)，并將該元胞加入所述失穩(wěn)元胞集合; E、迭代執(zhí)行上述步驟C~D，直到所述失穩(wěn)元胞集合為空。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地表下沉仿真方法，其特征在于，所述鄰居結(jié)構(gòu)具體為Moore型的鄰居結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地表下沉仿真方法，其特征在于，還包括:繪制所述仿真模結(jié)果對(duì)應(yīng)的地面三維模型圖和/或下沉等值線圖和/或三維剖面圖。
6.一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的地表下沉仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括:獲取單元、空間插值單元、分析單元、構(gòu)建單元以及仿真單元，其中: 所述獲取單元，用于獲取地面空間數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形和采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)；與所述獲取單元相連的所述空間插值單元，用于將所述地面空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，形成預(yù)設(shè)分辨率的格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)； 與所述獲取單元、空間插值單元相連的所述分析單元，用于對(duì)所述格網(wǎng)DEM面域數(shù)據(jù)以及開采工作面布置情形、采礦地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定開采下沉影響區(qū)域； 與所述分析單元相連的所述構(gòu)建單元，用于根據(jù)所述分析單元確定的開采下沉影響區(qū)域構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型； 與所述構(gòu)建單元相連的所述仿真單元，用于利用構(gòu)建的所述元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)地表下沉過程進(jìn)行仿真。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地表下沉仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述地面空間數(shù)據(jù)包括:地面三維激光掃描采集的數(shù)據(jù)和/或攝影測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)以及沉降觀測(cè)站采集的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地表下沉仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)建單元包括:劃分單元、確定單元、失穩(wěn)元胞集合判斷單元、影響元胞集合判斷單元以及迭代單元，其中: 所述劃分單元，用于將所述開采下沉影響區(qū)域進(jìn)行劃分，以構(gòu)建元胞自動(dòng)機(jī)模型運(yùn)行的元胞空間，并確定所述元胞空間中的每個(gè)元胞的鄰居結(jié)構(gòu)； 與所述劃分單元相連的所述確定單元，用于根據(jù)經(jīng)典預(yù)計(jì)方法和/或地面觀測(cè)站布置情形，在觀測(cè)線上確定初始失穩(wěn)點(diǎn)，將所述初始失穩(wěn)點(diǎn)所在的元胞加入失穩(wěn)元胞集合； 與所述確定單元相連的所述失穩(wěn)元胞集合判斷單元，用于判斷所述失穩(wěn)元胞集合中各元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若所述失穩(wěn)元胞集合中的元胞沒有達(dá)到下沉停止?fàn)顟B(tài)，則更新該元胞的下沉狀態(tài)，并將該元胞的鄰居結(jié)構(gòu)中沒有被引起失穩(wěn)的元胞加入影響元胞集合中； 與所述失穩(wěn)元胞集合判斷單元相連的所述影響元胞集合判斷單元，用于判斷所述影響元胞集合中的高危失穩(wěn)元胞的穩(wěn)定狀態(tài)，若所述高危失穩(wěn)元胞的失穩(wěn)概率大于設(shè)定閾值，則更新所述高危失穩(wěn)元胞的下沉狀態(tài)，并將該元胞加入所述失穩(wěn)元胞集合； 與所述失穩(wěn)元胞集合判斷單元、影響元胞集合判斷單元相連的所述迭代單元，用于控制所述失穩(wěn)元胞集合判斷單元以及所述影響元胞集合判斷單元迭代執(zhí)行判斷過程，直到所述失穩(wěn)元胞集合為空。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的地表下沉仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述鄰居結(jié)構(gòu)具體為Moore型的鄰居結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地表下沉仿真系統(tǒng)，其特征在于，還包括:繪制單元，用于繪制所述仿真單元輸出的仿 真結(jié)果所對(duì)應(yīng)的地面三維模型圖和/或下沉等值線圖和/或三維剖面圖。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103984839SQ201410244722
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】葛小三, 丁安民, 張彥, 付治河, 王石巖, 拓海燕 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)