一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统的制作方法

技术特征：
1.一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，其特征在于：包括：中央处理器，用于控制岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统的操作指令与数据流向，所述中央处理器采用stm32f芯片，所述stm32f芯片包括锁相环电路、复位电路、电压检测电路、调压器和rc振荡器，stm32f芯片结合usb2.0接口从外部存储器读取、解码和输出信号，stm32f芯片使用25mhz晶振向整个微控制器提供时钟频率；数据处理模块，通过blrm算法建立有权无向图映射整个环境，利用岩溶塌陷的数据和链路的集合描述函数分析岩溶塌陷数据；动作命令识别模块，获取由kinect深度传感器采集过程中生成的控制指令码，动作命令识别模块将动作控制命令数据库内的原始控制指令码采用winmerge软件进行对比，将对比结果输出至中央处理器；人机操作模块，用于用户登录，实现用户操作控制命令和外接应用数据的输入；岩溶塌陷检测模块，通过kinect深度传感器进行岩溶塌陷数据获取，所述kinect深度传感器采用ps1080芯片控制kinect深度传感器识别岩溶塌陷红外点，将岩溶塌陷红外点的状态信息转换成深度值，从kinect深度传感器投射出红外点阵图案进行检测；告警显示模块，用于根据岩溶塌陷检测模块分析出的数据信息并通过数据信号转换光声信号发出告警显示，以实时提醒岩溶塌陷的告警消息；远程无线通讯接口，通过cdma无线通信技术包交换将数据包装成许多独立的包，然后将这些包传输至远程监控终端；三维模拟模块，用于进行岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟实验，所述三维模拟模块包括水土耦合作用模块、降维处理模块和改进型卷积分神经网络算法计算模块；水土耦合作用模块，用于描述岩溶塌陷区域进行水资源与土地资源的相互联系；降维处理模块，通过kica算法将三维岩溶塌陷数据降维处理得到一维岩溶塌陷数据；改进型卷积分神经网络算法计算模块，用于构建u个层次的神经网络进行样本学习，对一维岩溶塌陷数据进行分类调优处理；其中，中央处理器分别与数据处理模块、动作命令识别模块、人机操作模块、岩溶塌陷检测模块、三维模拟模块和远程无线通信接口相互连接，远程无线通信接口与远程监控终端连接，岩溶塌陷检测模块与告警显示模块连接。2.根据权利要求1所述的一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，其特征在于：所述blrm算法包括以下步骤：步骤一，在岩溶塌陷仿真环境中，以blrm算法映射出岩溶塌陷模拟数据，根据设立的虚拟链路找到三维模拟路径预测方案，使模拟用户满足模拟要求，约束条件为： (式1)(式1)中，b(l1)表示三维模拟系统方案预测需求，r(l2)表示三维模拟系统实际模拟需求，m(l2)表示虚拟岩溶塌陷环境承载量，ph表示模拟人员对虚拟化环境的影响度，l1表示模拟系统预定人员数量，l2表示实际模拟数量；预测模拟结束后模拟结果显示为： (式2)(式2)中，b’(l1)表示三维模拟系统常规模拟方案下模拟人员；
步骤二，根据三维模拟系统预测结果，对实际岩溶塌陷环境进行映射，将模拟数据输入到映射环境中，根据运行动态演示的有权无向图为： (式3)(式3)中，ph’表示模拟操作时在虚拟环境下的变化，null表示虚拟环境显示在有权无向岩溶塌陷的模拟结果；根据有权无向图的演示结果分析模拟用户操作过程中出现的偏差，对模拟存在偏差的操作进行校正并反馈，得到反馈函数为： (式4)(式4)中，s(g)表示演示校正系统反馈函数，g表示演示图像输入数据，α表示经过校正的虚拟环境变化效果，n1表示模拟人员操作显示结果，n表示模拟人员输入的指令数据，n2表示系统校正后的显示效果，g表示系统校正的指令数据，β表示系统预测模拟校正参数；步骤三，经过校正后系统反馈结果显示模拟效果，在模拟过程中岩溶塌陷虚拟环境承载力变化量为：
ꢀꢀ
(式5)(式5)中，τ
ij
(t)表示模拟期间岩溶塌陷虚拟环境承载力变化量，i与j均表示数据序号，λ表示模拟前后三维模拟系统变化参数，t表示模拟次数，
△
表示三维模拟系统对岩溶塌陷模拟的预测值；在整个三维模拟过程中，根据模拟人员模拟岩溶塌陷过程产生的虚拟环境承载力变化量进行推算，由此得到岩溶塌陷模拟的预测值为： (式6)(式6)中，z(p)表示进行模拟变化量进行推算值，p表示模拟变化数据，σ表示模拟用户对现实岩溶塌陷的人为影响参数；采用blrm算法根据模拟人员运动轨迹演示为有权无向图，对模拟操作进行校正，使模拟人员操作手法更为符合标准，根据模拟前后反馈数据推算出岩溶塌陷预测值。3.根据权利要求1所述的一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，其特征在于：所述数据处理模块的工作步骤中包括向风险评估服务接口发送评估请求，所述数据处理模块的工作步骤包括：s1：风险评估接口调用风险评估服务，获取所需的岩溶塌陷观测数据、预报数据和基础数据，代入评估模式进行风险评估，获得评估结果；s2：风险评估服务根据评估结果生成评估报告文档；s3：风险评估服务将评估结果提交给数据共享系统，供应用系统及相关应急联动部门参考；s4：风险评估服务通过接口向前端返回评估结果及评估报表，由人机操作模块呈现。4.根据权利要求1所述的一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，其特征在于：所述kinect深度传感器包括红外cmos摄像头，红外cmos摄像头负责接收信号，深度数据
的获取采用primesensor的光编码方法，通过激光光源对待测空间进行光学编码；通过kinect深度传感器获取岩溶塌陷深度信息过程如下：首先通过红外发射器发射点光源，红外 cmos 摄像头负责接收红外发射器发射的信息；然后利用反射信息计算出每个像素的深度值；在空间中不同位置的目标物离kinect深度传感器的距离不同，则反射回红外cmos摄像头得到的结果与发射时的模版不同，kinect深度传感器通过匹配存储在ps1080 芯片的模版从而计算出在kinect深度传感器视野范围内的深度值。5.根据权利要求1所述的一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，其特征在于：所述三维模拟模块包括污染模拟过程，步骤如下：s11：采用地下探测仪探测岩溶塌陷事故点坐标、污染物类型、泄漏源强和气象条件扩散参数；s12：以扩散参数为依据初步判断最大可能污染扩散区域，构造污染扩散区域的三维网格；s13：按设定的采样时间间隔，根据大气扩散模型，计算三维网格上各顶点的浓度值；s14：利用 marching cubes 算法构造三维等值面，用三维等值面来表达污染物的浓度分布，坐标转换后在三维环境中以三维动态的方式显示扩散的过程。6.根据权利要求1所述的一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，其特征在于：所述水土耦合作用模块包括水资源与土地生态系统的循环利用模块、水资源工程模型、土资源工程模型和碳排放模块，其中水资源工程模型与土资源工程模型进行水土耦合作用，水资源工程模型与碳排放模块进行环境反馈交互，土资源工程模型与碳排放模块进行生态发展交互。7.根据权利要求1所述的一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，其特征在于：改进型卷积分神经网络算法计算模块处理岩溶塌陷数据过程为：假设输入的待岩溶塌陷数据样本集合经过数字化处理后的数据为：{x1,x2,
…
,x
n
}，数据量为w*，岩溶塌陷数据管理函数f(w*x
i
)*x
i
与岩溶塌陷水土耦合作用输出方程y
i
为逼近关系，f在整个函数中作为启发函数使用，输入的岩溶塌陷数据集合为：（式7）(式7)中，h表示输入的岩溶塌陷数据集合，θ表示岩溶塌陷数据权重参数，x表示岩溶塌陷数据自变量，y表示岩溶塌陷数据因变量，k为待岩溶塌陷数据的种类；采用的张量卷积自编码神经网络将岩溶塌陷二维数据信息转换为一维数字化数据信息，函数表示为：（式8）(式8)中，j表示为岩溶塌陷水土耦合作用数据信息的目标函数，i和f分别表示为张量
卷积自编码神经网络重的变量值；然后对岩溶塌陷水土耦合作用数据信息进行故障诊断，设置岩溶塌陷水土耦合作用故障诊断神经网络迭代次数，最后输出的误差函数表示为：（式9）(式9)中，m为输入的所有岩溶塌陷数据，m表示为通过改进型神经网络模型中参数数据信息的权重惩罚因子，输出的误差函数表示为：（式10）(式10)中，e表示最小误差值，x
i
表示岩溶塌陷测量参数值，x
i
*表示岩溶塌陷模拟参数值，通过下降梯度v表示为：（式11）(式11)中，w表示调整权重矩阵；通过设置15次迭代次数，对岩溶塌陷数据进行训练，实现了岩溶塌陷数据处理误差优化。8.根据权利要求1所述的一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，其特征在于：所述三维模拟模块将岩溶塌陷区域空间进行网格化划分，将网格点位置存储在模拟数据库中，模拟过程中，三维模拟模块先读取网格点坐标，按照设定的时间间隔计算各时刻网格点岩溶塌陷模拟参数值。

技术总结
本发明公开一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，涉及信息处理领域，解决的技术问题是岩溶塌陷模拟数据精度低，采用的技术方案是：一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模拟系统，包括中央处理器、数据处理模块、动作命令识别模块、人机操作模块、岩溶塌陷检测模块、告警显示模块、远程无线通讯接口和三维模拟模块。本发明基于大数据分析技术对岩溶塌陷中的各类参数进行集中处理，系统平台采用先进的计算机网络技术、数据库技术、地理信息系统和信息三维可视化技术，建立适用于岩溶塌陷面向空间层次体系的数据结构以及便于不断更新发展的三维模拟系统结构，大大提高了岩溶塌陷模拟数据的精度，为防灾、救灾指挥提供科学依据。依据。依据。


技术研发人员：张云峰 刘东义 魏月 于大璐 尚宇宁 谢飞 周波 王延岭
受保护的技术使用者：山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队（山东省地矿工程勘察院）
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2022/11/25