一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法，基于采排复周期安排，进行采复子区空间位置识别，确定采复子区一一对应关系，以此利用内排自然原始遥感地表高程数据，矿层底板高程数据和矿层厚度空间分布数据，保证采排复过程中土方动态平衡；以区域原有稳定地貌中特征要素提取结果为形态参考，构建地貌特征要素保留曲面，并通过曲面土方控制，实现近自然地貌重塑过程中复填区域与周边自然原始地貌的“无缝”融合；基于区域坡度缓和目标，定向筛选各地貌特征保留曲面形态下复填区内排土场近自然地貌构建结果中整体坡度最小对象，以此实现复填区地貌形态稳定。以此实现复填区地貌形态稳定。以此实现复填区地貌形态稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法


[0001]本专利技术涉及一种地貌动态近自然重塑方法，具体涉及一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济发展，工业对煤炭等矿藏资源的需求越来越高，进而在适宜露天开采的地区建造了大量的露天采场。其中内排土场作为露天采场的重要组成部分，其占地面积随工作开采面的推进不断增大。在内排土场采排复地貌重塑中，其非自然地貌形态成为破坏当都原有自然生态环境的棘手问题，一方面，矿区地貌形态的近自然性对区域原始微气候的稳定性至关重要；另一方面非自然边坡的保水、保肥能力往往与原始自然地貌不同，其治理及后期维护需要人为不断投入，生态维护成本较大。随着我国经济及矿产开采结构的不断发展，露天矿山中内排土场的占地规模将越来越大，其地貌与周边自然地貌间匹配问题显得愈发突出，如何在露天矿采排复一体化下地貌重塑形态保留自然地貌特征成为一个重要问题。
[0003]目前来说，露天矿山地貌重塑中，内排土场近自然设计的技术尚存以下难点：
[0004]1)如何在各采排复周期中，保证采区至复填区土方剥离量时刻保持平衡；
[0005]2)如何使内排土场内排地貌与周边自然地貌“无缝”融合；
[0006]3)如何在内排土场近自然地貌重塑中，地貌构建结果稳定。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法，在保留原有地貌特征的基础上，解决传统内排土场“台阶型”地貌与区域自然地貌不匹配且割裂的形态问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法：
[0009]步骤一：识别采复子区空间位置；
[0010]步骤二：计算可用土方量；
[0011]步骤三：预构建复填区地貌特征保留曲面；
[0012]步骤四：缓和优化曲面土方量控制及坡度。
[0013]进一步的，所述步骤一中识别采复子区空间位置具体方法为：依据露天矿采复周期，获取开采子区a
mn
和复填子区a
fn
的水平投影空间位置，沿开采方向将露天矿区划分为N个子区；开采子区和复填子区分别对应区域a
m1
～a
mN
和区域a
f1
～a
fN
；在露天矿内排构建的采复过程中，采坑每前进一个开采子区a
mn
对应修复后侧一个复填子区a
fn
，直至结束内排过程，采坑由A
a
区域不断迭代前进至采矿终止边界。
[0014]进一步的，所述步骤二中计算可用土方量具体方法为：将开采子区及复填子区均细分为row
c
行col
c
列的网格单元组，其中，网格单元大小与栅格分辨率一致，在采复周期n
中，开采子区a
mn
可用于复填子区a
fn
的土方量计算式为：
[0015][0016]式(1)中，V
u
(a
mn
)是开采子区a
mn
可用于复填子区a
fn
的土方量；i,j分别是采复子区内网格单元的行、列序号，定义域分别为1～row
c
与1～col
c
；H(a
mnij
)是开采子区网格单元 a
mn
(i,j)所在区域的采前地面标高；h
d
(a
mnij
)是开采子区网格单元a
mn
(i,j)所在区域最底层矿层的底板标高；h
t
(a
mnij
)是开采子区网格单元a
mn
(i,j)所在区域的可采矿层总厚度；S(a
mnij
)是开采子区网格单元a
mn
(i,j)的水平投影面积，是行列分辨率的乘积。
[0017]进一步的，所述步骤三中预构建复填区地貌特征保留曲面具体方法为：对原有自然稳定地貌进行概化，依据概化要素于原有地貌水文所起作用，划分为分割汇水面的地形突出点和汇水面内水流集中的沟道线，汇水面内水流集中的沟道线网格提取结果通过ArcGIS水文分析模块获取，其最小汇水面积参数通过均值变点法(OTSU)确定；
[0018]原始地貌的地形突出点则基于式(2)提取：
[0019][0020]式(2)中，f
top
(i,j)是复填子区网格单元(i,j)的取值，凸点取值为1，其余为0；S
areaij
是以网格单元(i,j)为中点的N*N高程搜索窗口，S
areaij
(2,2)为窗口中心网格单元(i,j)所对应的高程值；当搜索网格单元中心点单元S
areaij
(2,2)高程为其窗口内最大值，定义该中心网格为凸点；遍历填挖后复填子区原始自然地貌，识别凸点网格单元所在位置；在此基础上，将复填子区凸点网格识别结果与汇水面内水流集中的沟道线网格提取结果进行空间叠加，构建式(3)判别式对地貌特征保留曲面的网格单元进行预赋值：
[0021][0022]式(3)中，f
wb
是地貌特征保留曲面内网格单元预赋值结果，f
wb
(i,j)是其网格单元(i,j)的取值，凸点网格赋值为k
wij
，其余为0；k
wij
是凸点网格(i,j)所对应的无量纲系数，定义域为[0,1]；在此基础上，基于式(4)预构建地貌特征保留曲面：
[0023][0024]式(4)中，是n次模糊后预构建的地貌特征保留曲面，是其内网格单元(i,j)的取值，凸点网格赋值为k
wij
，沟道网格和已知边界网格赋值为0，其余取值为搜索网格S
wbij
内 n次均值求解结果；n是模糊次数，取值为大于0的正整数，是复填区内各凸点距最相临近水文沟道间网格单元数的最大值的两倍；S
wbij
是以内以网格单元(i,j)为中点的N*N系数搜索窗口，f
water
是水文沟道判别函数，f
water
(i,j)是网格单元(i,j)所对应的判断值，当所处位置为水文沟道时取值为1，否则为0。
[0025]进一步的，所述步骤四中缓和优化曲面土方量控制及坡度先通过竖直伸缩变化使预构建的地貌特征保留曲面符合土方平衡要求，然后再构建区域坡度评分模型。
[0026]进一步的，所述通过竖直伸缩变化使预构建的地貌特征保留曲面符合土方平衡要
求的计算式如下：
[0027][0028][0029]H
t
'(a
fnij
)＝f'
t
(i,j)+H(a
fnij
)，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(7)；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法，其特征在于：步骤一：识别采复子区空间位置；步骤二：计算可用土方量；步骤三：预构建复填区地貌特征保留曲面；步骤四：缓和优化曲面土方量控制及坡度。2.根据权利要求1所述的一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法，其特征在于：所述步骤一中识别采复子区空间位置具体方法为：依据露天矿采复周期，获取开采子区a
mn
和复填子区a
fn
的水平投影空间位置，沿开采方向将露天矿区划分为N个子区；开采子区和复填子区分别对应区域a
m1
～a
mN
和区域a
f1
～a
fN
；在露天矿内排构建的采复过程中，采坑每前进一个开采子区a
mn
对应修复后侧一个复填子区a
fn
，直至结束内排过程，采坑由A
a
区域不断迭代前进至采矿终止边界。3.根据权利要求1所述的一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法，其特征在于：所述步骤二中计算可用土方量具体方法为：将开采子区及复填子区均细分为row
c
行col
c
列的网格单元组，其中，网格单元大小与栅格分辨率一致，在采复周期n中，开采子区a
mn
可用于复填子区a
fn
的土方量计算式为：式(1)中，V
u
(a
mn
)是开采子区a
mn
可用于复填子区a
fn
的土方量；i,j分别是采复子区内网格单元的行、列序号，定义域分别为1～row
c
与1～col
c
；H(a
mnij
)是开采子区网格单元a
mn
(i,j)所在区域的采前地面标高；h
d
(a
mnij
)是开采子区网格单元a
mn
(i,j)所在区域最底层矿层的底板标高；h
t
(a
mnij
)是开采子区网格单元a
mn
(i,j)所在区域的可采矿层总厚度；S(a
mnij
)是开采子区网格单元a
mn
(i,j)的水平投影面积，是行列分辨率的乘积。4.根据权利要求1所述的一种基于地貌特征保留的内排地貌动态近自然重塑方法，其特征在于：所述步骤三中预构建复填区地貌特征保留曲面具体方法为：对原有自然稳定地貌进行概化，依据概化要素于原有地貌水文所起作用，划分为分割汇水面的地形突出点和汇水面内水流集中的沟道线，汇水面内水流集中的沟道线网格提取结果通过ArcGIS水文分析模块获取，其最小汇水面积参数通过均值变点法(OTSU)确定；原始地貌的地形突出点则基于式(2)提取：式(2)中，f
top
(i,j)是复填子区网格单元(i,j)的取值，凸点取值为1，其余为0；S
areaij
是以网格单元(i,j)为中点的N*N高程搜索窗口，S
areaij
(2,2)为窗口中心网格单元(i,j)所对应的高程值；当搜索网格单元中心点单元S
areaij
(2,2)高程为其窗口内最大值，定义该中心网格为凸点；遍历填挖后复填子区原始自然地貌，识别凸点网格单元所在位置；在此基础上，将复填子区凸点网格识别结果与汇水面内水流集中的沟道线网格提取结果进行空间叠加，构建式(3)判别式对地貌特征保留曲面的网格单元进行预赋值：
式(3)中，f
wb
是地貌特征保留曲面内网格单元预赋值结果，f
wb
(i,j)是其网格单元(i,...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷少刚，夏嘉南，卞正富，卢晓光，郭栋，王维忠，韩晓彤，鲁晓娟，
申请(专利权)人：山东省煤田地质局第二勘探队准格尔旗矿区事业发展中心，
类型：发明
国别省市：