(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211321937.X (22)申请日 2022.10.27 (71)申请人 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） 地址 250000 山东省济南市历下区经十路 13632号 (72)发明人 张云峰　刘东义　魏月　于大璐　 尚宇宁　谢飞　周波　王延岭　 (74)专利代理 机构 北京中索 知识产权代理有限 公司 11640 专利代理师 郭浩鹏 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01) G09B 23/40(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于岩溶塌陷水土耦合作用的三维模 拟系统 (57)摘要 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。 权利要求书4页 说明书10页 附图5页 CN 115392137 A 2022.11.25 CN 115392137 A 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25 MHz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k inect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；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115392137 A 2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，τij(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， 深度数据权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115392137 A 3