一种基于多类型数据的绿色矿山建设规划方法及系统

1.本发明涉及绿色矿山建设领域，具体涉及一种基于多类型数据的绿色矿山建设规划方法及系统。


背景技术：

2.矿产资源是人类赖以生存、建设和发展的重要物质基础。矿产的大规模开发和利用极大地推动了人类经济和社会的发展，也带来了诸如环境污染、地标沉陷、矿震等一系列负面影响，矿产开发与环境维护问题是当今世界共同面临的重大问题，合理、有序、安全的开发矿产资源是保持经济增长和维护生物态环境的保证，其中，对于绿色矿山的建设就显得尤为重要，绿色矿山建设是指，在矿产资源开发全过程中，实施科学有序的开采，对矿区及周边生态环境扰动控制在可控范围内，实现矿区环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化和矿区社区和谐化的矿山。绿色矿山规划方案与矿区现状的融合程度、立体化、直观性、定量化等方面，对于规划方案的有效评估会起到重要作用。所以，在现有的矿山建设中还存在以下问题：1、存在一些资源储量丰富的矿区，但是由于矿区位置特殊，具有高海拔、严寒及干旱，生态环境极为脆弱，所以需要在矿山开发前需要做好矿山的绿色矿山选择工作，而现有技术中对于如何在开采前选择绿色矿山的研究处于空白阶段。
3.2、许多矿山企业普遍停留在后端的绿化阶段，认为种树种草便是绿色矿山建设，但是，建设绿色矿山，规划起着关键作用，而目前研究矿山构造的手段主要为平、断面线划图，可视化程度低，不能以可视化的方式呈现构造情况，在矿山的真实地理位置和矿山开采量上均与现实有很大差异，难以对客观的真实场景进行表达，无法进行精准定量分析，决策者从而无法进行有效的绿色矿山方案规划。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本技术提供一种基于多类型数据的绿色矿山建设规划方法及系统。
5.第一方面本技术提出了一种基于多类型数据的绿色矿山建设规划方法，包括矿山选位步骤和规划建设步骤；所述矿山选位步骤包括：根据绿色矿山的选位要求选定待选位区域，并获取所述待选位区域的遥感影像数据；根据所述遥感影像数据构建绿色矿山选位模型，基于所述绿色矿山选位模型在所述待选位区域内进行绿色矿山选位，得到选位结果；所述规划建设步骤包括：获取所述历史矿山/选位结果的区域地理数据，根据所述区域地理数据进行三维建模，得到绿色矿山实景三维模型；根据既定的矿山开采方案构建绿色矿山开采设计模型；将绿色矿山的绿化设计文件与绿色矿山开采设计模型相融合，得到初始绿色矿山
建设方案；根据所述初始绿色矿山建设方案得到初始绿色矿山规划方案，对初始绿色矿山规划方案进行方案优化，得到最终绿色矿山规划方案。
6.在一种实施例中，执行矿山选位步骤前，包括：选定目标研究区域并获取目标区域图像；对所述目标区域图像进行观测，判断所述目标研究区域是否存在历史矿山，若存在，则先执行所述矿山选位步骤，然后执行所述规划建设步骤；若不存在，则直接执行所述规划建设步骤。
7.在一种实施例中，所述根据所述遥感影像数据构建绿色矿山选位模型，包括：对所述遥感影像数据进行预处理后进行信息提取，获取用于建模的信息数据；对所述信息数据进行量化处理，确定建模元素；采用ahp法对所述建模元素进行计算，得到所述建模元素的权重系数；根据所述建模元素的权重系数构建所述绿色矿山选位模型。
8.在一种实施例中，所述基于所述绿色矿山选位模型在所述待选位区域内进行绿色矿山选位，得到选位结果，包括：将所述建模元素分为地质元素和环境元素；对所述地质元素和环境元素重分类后进行定量归一化处理；通过栅格计算器将处理后的各元素与所述绿色矿山选位模型进行结合计算，得到选位计算结果；将所述选位计算结果进行重分类得到最终选位结果。
9.在一种实施例中，所述获取所述历史矿山/选位结果的区域地理信息，根据所述区域地理信息进行三维建模，得到绿色矿山实景三维模型，包括：对所述历史矿山/选位结果的区域进行地理信息采集，获取区域地理信息；将所述区域地理信息导入三维软件中，生成中间三维模型；将所述历史矿山/选位结果的区域位置坐标标记在所述中间三维模型上，以获取不规则三角网模型；基于所述不规则三角网模型和对所述中间三维模型进行数据贴合处理，得到绿色矿山实景三维模型。
10.在一种实施例中，所述根据既定的矿山开采方案构建绿色矿山开采设计模型，包括：将所述矿山开采方案中的二维图纸转为绿色矿山开采设计模型。
11.在一种实施例中，所述将绿色矿山的绿化设计文件与绿色矿山开采设计模型相融合，得到初始绿色矿山建设方案，包括：根据绿色矿山开采设计模型中每个开采阶段所对应的绿化设计文件，使用三维动画渲染制作软件进行建模，得到矿山每个开采阶段所对应的绿化模型；根据绿化模型在矿山中应处于的空间位置，将矿山每个开采阶段所对应的绿化模型分别导入到对应阶段的绿色矿山开采设计模型；将矿山每个开采阶段所对应的绿化模型和绿色矿山开采设计模型进行叠加，让两种模型的平面位置匹配，得到初始绿色矿山建设方案。
12.在一种实施例中，所述根据所述初始绿色矿山建设方案得到初始绿色矿山规划方案，包括：根据所述绿色矿山建设方案，结合复绿工程量和费用的映射关系表，得到矿山开采的复绿工程量和费用；根据矿山复绿预算，判断矿山开采每个阶段的复绿工程量和费用的合理性，得出所述初始绿色矿山规划方案。
13.在一种实施例中，所述根据所述初始绿色矿山建设方案得到初始绿色矿山规划方案，对初始绿色矿山规划方案进行方案优化，得到最终绿色矿山规划方案，包括：将所述初始绿色矿山规划方案进行指标分解；对分解后的指标进行权重赋值；根据赋值后的指标对初始绿色矿山规划方案中的参数构建优化方案计算模型，得到优化计算结果；根据所述优化计算结果得到最终绿色矿山规划方案。
14.第二方面本技术提出了一种基于多类型数据的绿色矿山建设规划系统，包括数据获取模块、选位分析模块、实景三维模型构建模块、开采设计模型构建模块、初始方案构建模块和最终方案构建模块；所述数据获取模块，用于根据绿色矿山的选位要求选定待选位区域，并获取所述待选位区域的遥感影像数据；所述选位分析模块，用于根据所述遥感影像数据构建绿色矿山选位模型，基于所述绿色矿山选位模型在所述待选位区域内进行绿色矿山选位，得到选位结果；所述实景三维模型构建模块，用于获取所述历史矿山/选位结果的区域地理数据，根据所述区域地理数据进行三维建模，得到绿色矿山实景三维模型；所述开采设计模型构建模块，用于根据既定的矿山开采方案构建绿色矿山开采设计模型；所述初始方案构建模块，用于将绿色矿山的绿化设计文件与绿色矿山开采设计模型相融合，得到初始绿色矿山建设方案；所述最终方案构建模块，用于根据所述初始绿色矿山建设方案得到初始绿色矿山规划方案，对初始绿色矿山规划方案进行方案优化，得到最终绿色矿山规划方案。
15.本发明的有益效果：1、针对矿区位置特殊，具有高海拔、严寒及干旱，生态环境极为脆弱但却具有丰富矿产资源的矿区，可以先对目标区域图像进行观测，先判断目标研究区域是否存在这一类矿区（即历史矿山），在矿山开发前能先根据具体观测情况进行选位工作，为后续的矿山建设规划打下良好基础。
16.2、针对历史矿山/选位后的新矿山，对获取的数据以及地理信息进行三维建模，得到绿色矿山实景三维模型，通过将绿色矿山的绿化设计文件与绿色矿山开采设计模型相融合，得到初始绿色矿山建设方案，克服了现有技术中不能以可视化的方式呈现构造情况，以对客观的真实场景进行表达，无法进行精准定量分析的问题，并且进行方案优化，得到最终绿色矿山规划方案，从而保证决策者能针对最优的绿色矿山方案进行规划和建设。
附图说明
17.图1为本发明的总体流程图。
18.图2为绿色矿山选位模型构建流程图。
19.图3为绿色矿山实景三维模型构建流程图。
20.图4为方案优化流程图。
21.图5为本发明的系统框图。
具体实施方式
22.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制；相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
23.第一方面本技术提出了一种基于多类型数据的绿色矿山建设规划方法，a100：选定目标研究区域并获取目标区域图像；对所述目标区域图像进行观测，判断所述目标研究区域是否存在历史矿山，若不存在，则先执行所述矿山选位步骤，然后执行所述规划建设步骤；若存在，则直接执行所述规划建设步骤。
24.其中，利用无人机搭载倾斜相机获取目标区域图像，经过较多架次的无人机航测，矿区倾斜影像及雷达点云数据采集，完成目标区域图像和地理信息的收集，对目标区域图像的所有空间坐标进行精确的重叠和计算，将计算结果融合地理基础技术数据，实现各类技术数据可视化分析，通过目标区域图像的各个角度的煤层揭露情况进行分析，进行数字化模式下的地质点写实，并生成相应的观测结果，根据观测结果从而对目标研究区域是否存在历史矿山进行判断。
25.所述矿山选位步骤包括：如图1所示：s100：根据绿色矿山的选位要求选定待选位区域，并获取所述待选位区域的遥感影像数据；其中，包括收集待选位区域人文地理、地质、气象、数字高程模型、高分二号影像、landsat8 影像等基础数据资料，根据待选位区域的特点选取断裂﹑植被覆盖﹑河道﹑道路﹑矿区位置﹑村庄﹑地形地貌等遥感影像数据。
26.s200：根据所述遥感影像数据构建绿色矿山选位模型，基于所述绿色矿山选位模型在所述待选位区域内进行绿色矿山选位，得到选位结果；如图2所示，步骤s200中构建绿色矿山选位模型具体包括s210-s213；s210：对所述遥感影像数据进行预处理后进行信息提取，获取用于建模的信息数据；通过对遥感卫星影像进行预处理后，对待选位区域的环境和地质等信息数据进行提取，获取用于建立绿色矿山选位模型的信息数据。
27.s211：对所述信息数据进行量化处理，确定建模元素；结合待选位区域的实际情况及遥感影像获取的信息数据，确定的建模元素包括: 断裂构造、矿区位置、植被覆盖度、钻孔、探槽、村庄、河道、道路、坡度及高差。
28.s212：采用ahp法对所述建模元素进行计算，得到所述建模元素的权重系数；获取权重系数主要包括以下步骤：确定包括目标层、元素层和方案层，从而确定绿色矿山选位的层次结构模型。
29.通过矩阵判断标度法确定各元素对于矿山选址的重要性，构造各元素间的判断矩阵。
30.利用判断矩阵计算各建模元素的权重系数。
31.s213：根据所述建模元素的权重系数构建所述绿色矿山选位模型。
32.绿色矿山选位模型为：j=q1r1+q2r2+......+q
nrn
其中，q表示各建模元素模型的权重系数，r表示各建模元素的特征值，n表示建模元素的个数，j表示绿色矿山选位模型的最终计算得分。
33.其中，将所述建模元素分为地质元素和环境元素；所述地质元素包括断裂构造元素、矿区位置元素、钻孔元素、探槽元素、坡度和高差元素，所述环境元素包括植被覆盖元素村庄元素、河道元素和道路元素；对所述地质元素和环境元素重分类后进行定量归一化处理；其中，断裂构造元素的定量归一化处理包括：对断裂建立多重缓冲区并生成缓冲区矢量图，接着缓冲区矢量图利用转换工具转为栅格，最后对重采样栅格利用栅格重分类工具进行重分类并赋值。
34.矿区位置元素的定量归一化处理包括：对矿区位置建立多环缓冲区并生成缓冲区矢量图，其次对多环缓冲区矢量图转换为栅格，最后进行重分类。
35.植被覆盖度元素的定量归一化处理包括：获取植被覆盖度分级图，由于植被覆盖度分级图已经是栅格图像，只需对其采样后进行重分类并赋值。
36.钻孔元素和探槽元素的定量归一化处理包括：首先选择待选位区域中的钻孔和探槽信息，将其转化为统一的矢量点，对矢量点进行点密度分析后生成点密度估计图，最后对点密度度估计图重采样后进行重分类赋值。
37.其中，村庄元素、河道元素、道路元素、坡度元素及高差元素的定量归一化处理过程与断裂构造元素的量化处理步骤相似，便不做赘述。
38.通过栅格计算器将处理后的各元素与所述绿色矿山选位模型进行结合计算，得到选位计算结果；将所述选位计算结果进行重分类得到最终选位结果。
39.本实施例中，为得到待选位区域的选位结果，首先需要建立划分标准，对各建模元素进行重分类并统一赋予分值，当栅格划分对矿山场地选址评价评价为好时赋值为10分，评价为中时赋值为5分，评价为差时赋值为0分，最终实现栅格定量归一化，其次，利用层次分析法求取各建模元素的权重系数值; 最后，利用栅格计算器，对各建模元素根据绿色矿山选位模型进行计算，对计算结果进行重分类即可得到待选位区域的绿色矿山选位结果，对对矿山场地选址模型结果按最后得分进行等级划分，当分值大于10的等级为极适宜；分值介于5-10的等级为中等适宜；分值1-5的等级为不适宜，故计算结果的分值可以用作绿色矿山选位依据。
40.当存在历史矿山时，对历史矿山进行规划建设步骤：如图1所示，包括步骤t100-t400，其中，获取所述历史矿山的区域地理数据，根据
所述区域地理数据进行三维建模，得到绿色矿山实景三维模型；t110：对所述历史矿山的区域进行地理信息采集，获取区域地理信息；如图3所示，包括步骤t110-t113，其中，t111：将所述区域地理信息导入三维软件中，生成中间三维模型；t112：将所述历史矿山的区域位置坐标标记在所述中间三维模型上，以获取不规则三角网模型；将历史矿山的区域位置坐标标记在中间三维模型上，以获得历史矿山的区域的点云模型，并将点云模型转换为不规则三角网模型；t113：基于所述不规则三角网模型和对所述中间三维模型进行数据贴合处理，得到绿色矿山实景三维模型。
41.基于不规则三角网模型，将采集到的表面纹理和垂直纹理的数据贴合到历史矿山的区域的中间三维模型上，生成绿色矿山实景三维模型，然后执行步骤t200；当不存在历史矿山时，根据步骤s200中的选位结果进行规划建设步骤：如图1所示，包括步骤t100-t400，其中，t100：获取选位结果的区域地理数据，根据所述区域地理数据进行三维建模，得到绿色矿山实景三维模型；t110：对选位结果的区域进行地理信息采集，获取区域地理信息；如图3所示，包括步骤t110-t113，t111：将所述区域地理信息导入三维软件中，生成中间三维模型；t112：将选位结果的区域位置坐标标记在所述中间三维模型上，以获取不规则三角网模型；将选位结果的区域位置坐标标记在中间三维模型上，以获得选位结果区域的点云模型，并将点云模型转换为不规则三角网模型；t113：基于所述不规则三角网模型和对所述中间三维模型进行数据贴合处理，得到绿色矿山实景三维模型，然后执行步骤t200；t200：根据既定的矿山开采方案构建绿色矿山开采设计模型；其中，将所述矿山开采方案中的二维图纸转为绿色矿山开采设计模型。
42.使用计算机辅助设计软件将既定的矿山开采方案由二维图纸转为绿色矿山开采设计模型，其具体的转化步骤如下：读取矿山开采二维设计图纸的开采平台信息，包括开采平台的平面位置信息和标高信息。开采平台可看作多个点的组合，每个点都有自身对应的平面位置信息和标高信息。开采平台有多级，按照不同的标高信息进行分级，表明开采平台有高有低；对开采平台进行重采样，生成开采平台上、下边缘的离散点，分别获取这些离散点的平面位置信息和标高信息。读取矿山开采方案中预设的第一开采坡面坡度和各级开采平台宽度；根据第一开采坡面坡度和各级开采平台宽度，将相邻两级开采平台的上、下边缘连接并闭合，生成第二开采坡面，连接多个第二开采坡面与原设计文件中的各级开采平台，得到含有多个多边形的图形文件；使用三维地理信息平台软件进行多边形拓扑关系检查，主要是检查图形是否有重叠。检查完成后，将含有多个多边形的图形文件保存为空间数据格式文件，得到绿色矿山开采设计模型。
43.t300：将绿色矿山的绿化设计文件与绿色矿山开采设计模型相融合，得到初始绿色矿山建设方案；其中，绿化设计文件是根据国家对绿色矿山要求的相关标准(比如各行业绿色矿山建设规范)，根据绿色矿山开采设计模型中每个开采阶段所对应的绿化设计文件，使用三维动画渲染制作软件进行建模，得到矿山每个开采阶段所对应的绿化模型，将建好的绿化模型分别存放，设置绿化时间属性。绿化时间属性代表矿山需要进行绿化的时间段，根据绿化模型在矿山中应处于的空间位置，将矿山每个开采阶段所对应的绿化模型分别导入到对应阶段的绿色矿山开采设计模型，将矿山每个开采阶段所对应的绿化模型和绿色矿山开采设计模型进行叠加后，对平面位置进行微调，以使两种模型的平面位置精准匹配，从而得到初始绿色矿山建设方案。
44.其中，根据所述初始绿色矿山建设方案得到初始绿色矿山规划方案，包括：根据所述绿色矿山建设方案，结合复绿工程量和费用的映射关系表，得到矿山开采的复绿工程量和费用；根据矿山复绿预算，判断矿山开采每个阶段的复绿工程量和费用的合理性，得出所述初始绿色矿山规划方案。
45.其中，根据所述绿色矿山建设方案结合复绿工程量和费用的映射关系表，计算矿山开采每个阶段的复绿工程量和费用；根据矿山复绿预算，判断矿山开采每个阶段的复绿工程量和费用是否合理；根据判断结果，确定是否需要再次生成新的绿色矿山建设方案，当计算出了矿山每一个开采阶段的复绿工程量和费用后，决策者可以根据当期所对应的预算，判断分期绿色矿山建设方案是否合理，从而得出初始绿色矿山规划方案。
46.t400：根据所述初始绿色矿山建设方案得到初始绿色矿山规划方案，对初始绿色矿山规划方案进行方案优化，得到最终绿色矿山规划方案。
47.方案优化包括：如图4所示：t410：将所述初始绿色矿山规划方案进行指标分解；得到的指标包括：矿床开采规模、金属产量、总投资、单位经营成本、年销售收入、矿产资源开采利用率、矿产资源综合利用率、工艺废水年处理量、放射性固体废弃物年处置量、矿区土地破坏程度和产尘量。
48.t420：对分解后的指标进行权重赋值；使用ewm-ahp主客观相结合的方法确定上述指标体系的权重系数。
49.t430：根据赋值后的指标对初始绿色矿山规划方案中的参数构建优化方案计算模型，得到优化计算结果；优化方案计算模型为：其中，x为决策变量,f(x)为目标优化函数,m指标总数,wi表示第i个指标的权重;ffi(x)表示初始绿色矿山规划方案下第i个指标的无量纲结果;ki表示第i个指标的调整系数, 范围【-1，1】。
50.t440：根据所述优化计算结果得到最终绿色矿山规划方案。
51.通过对上述优化方案计算模型进行求解，得到最终确定最优的最终绿色矿山规划方案。
52.第二方面本技术提出了一种基于多类型数据的绿色矿山建设规划系统，如图5所示，包括数据获取模块、选位分析模块、实景三维模型构建模块、开采设计模型构建模块、初始方案构建模块和最终方案构建模块；所述数据获取模块，用于根据绿色矿山的选位要求选定待选位区域，并获取所述待选位区域的遥感影像数据；所述选位分析模块，用于根据所述遥感影像数据构建绿色矿山选位模型，基于所述绿色矿山选位模型在所述待选位区域内进行绿色矿山选位，得到选位结果；所述实景三维模型构建模块，用于获取所述历史矿山/选位结果的区域地理数据，根据所述区域地理数据进行三维建模，得到绿色矿山实景三维模型；所述开采设计模型构建模块，用于根据既定的矿山开采方案构建绿色矿山开采设计模型；所述初始方案构建模块，用于将绿色矿山的绿化设计文件与绿色矿山开采设计模型相融合，得到初始绿色矿山建设方案；所述最终方案构建模块，用于根据所述初始绿色矿山建设方案得到初始绿色矿山规划方案，对初始绿色矿山规划方案进行方案优化，得到最终绿色矿山规划方案。
53.以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。