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专利号: 2025111350717
申请人: 江苏格瑞泰矿业科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,包括:评估模块、反馈模块;所述评估模块,基于实时监测获取的区域分层生态指标状态空间中每一子区域对应的主评估指标与辅评估指标,结合所述子区域及对应相邻关系构建的分布式节点评估网与分层评估指标库,获取每一子区域对应的区域生态健康指数;基于每一子区域对应的区域生态健康指数结合所述反馈模块预设的分层步进预警空间,进行实时监测预警;所述分层评估指标库由分层生态指标结合数据库及分层生态指标与分层评估指标之间关联度构建的快速索引构建得到;所述每一子区域对应的主评估指标与辅评估指标,通过区域分层生态指标状态空间结合因子分析算法获取得到;所述分层步进预警空间由主评估指标与辅评估指标对应的差异性分层预警级别及对应的渲染颜色和主评估指标得分与辅评估的得分构建得到;所述矿山生态环境监测系统还包括监控模块;所述监控模块包括监测矩阵单元、网格分析单元、数据采集单元与集成特征提取单元;所述监测矩阵单元,基于监测设备分布空间结合每一监测设备历史监测区域地图层特征空间,通过图算法获得差异性监测节点网;

所述监测设备分布空间由监测设备分布位置点、每一设备监测生态指标类型及有效监测区域面积大小、设备物理属性参数、动态监测参数、动态运行状态参数及环境信号补偿参数构建得到;

所述网格分析单元,根据差异性监测节点网中每一节点对应的监测设备分布空间内的特征信息、差异性监测节点网中所有节点之间对应的网络拓扑关系、所有节点之间重叠覆盖率及盲区补偿系数与每一分割区域对应的评估指标准确率,通过粒子群算法优化的网格分割算法对应所述差异性监测节点网进行差异性区域划分,获得区域差异性监测节点网;

所述数据采集单元,基于区域差异性监测节点网结合每一监测节点配置的动态监测采用频率,获得每一子区域内所有监测节点对应带有监测设备标签的动态监测数据集;

所述所有节点之间对应的网络拓扑关系由监测设备、设备间中继跳数、父节点‑子节点连接关系、设备无线传输的最大覆盖距离,通过拓扑算法构建得到;

所述集成特征提取单元,根据所有子区域对应的带有监测设备标签的动态监测数据集结合预设的联邦特征提取模型,获得每一子区域所有监测节点对应生态指标状态空间。

2.如权利要求1所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述评估模块包括指标匹配单元、因子分析单元与分布式评估单元;

所述指标匹配单元,基于每一子区域所有监测节点对应生态指标状态空间结合知识图谱构建的分层评估指标库,通过匹配算法及分层评估指标库预设的快速索引,获得每一子区域所有监测节点对应的分层评估指标空间;所述分层评估指标空间由每一子区域对应使用的所有分层评估指标集构建得到;

所述因子分析单元,基于每一子区域所有监测节点对应的分层评估指标空间与当前子区域历史评估指标贡献率,通过因子分析算法结合预设的有效贡献阈值,获得每一子区域对应主分层评估指标集及每一主评估指标对应的有效贡献率与辅分层评估指标集及每一辅评估指标对应的有效贡献率;

所述分布式评估单元,基于每一监测节点配置的分层分布式评估模型,结合每一子区域对应主分层评估指标集及每一主评估指标对应的有效贡献率与辅分层评估指标集及每一辅评估指标对应的有效贡献率,获得区域综合生态健康指数得分、主评估指标生态健康得分及辅评估指标生态健康指数得分及对应的评估准确率。

3.如权利要求2所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述反馈模块包括评估预警单元和监控反馈单元;

所述评估预警单元,基于区域综合生态健康指数得分、主评估指标生态健康得分及辅评估指标生态健康指数得分及对应的评估准确率与预设的分层步进预警空间进行比较,获得满足评估准确率阈值对应的分层预警信息;

所述分层步进预警空间由区域综合生态健康指数得分、主评估指标生态健康得分及辅评估指标生态健康指数得分及预设的预警等级,结合颜色‑得分映射空间构建得到;

将满足评估准确率阈值对应的分层预警信息通过所述监控反馈单元反馈到监控中心,同时将不满足评估准确率阈值对应的监测指标信息反馈到所述网格分析单元与数据采集单元,将对应子区域划分和监测数据采样频率基于对应的有效贡献率进行循环调整,并将调整后满足评估准确率阈值对应的分层预警信息进行调整反馈。

4.如权利要求3所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述区域差异性监测节点网的构建过程包括:

获取待监测矿山区域的数字高程模型、地质结构图、地表覆盖类型图、地上‑地下水文分布热力图,构建待监测矿山区域的三维地图层;

基于待监测矿山区域三维地图层结合监测设备位置分布信息、每一监测设备的有效监测面积大小,通过Voronoi图算法获得每个监测设备在所述三维地图层的有效监测影响域;

基于每个监测设备的有效监测影响域,获得所有监测设备之间的重叠覆盖率与盲区面积;

基于每个设备位置点分布及信号基站位置点,获得初始监测节点集与传输节点集;

基于监测设备的有效监测影响域、基站信号有效辐射半径,构建初始监测节点网中每一基站信号有效辐射半径内监测节点与传输节点之间的第一连接关系及传输节点之间对应的第二连接关系及传输节点之间对应的第三连接关系;

基于初始监测节点集结合第一连接关系、第二连接关系及第三连接关系,结合图算法获得初始监测节点网。

5.如权利要求4所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述区域差异性监测节点网的构建过程还包括:基于每一基站信号有效辐射半径内监测节点与传输节点及传输节点之间对应的距离及环境信息,构建得到每一监测节点与对应传输节点的第一信号衰减补偿系数及传输节点之间对应的第二信号衰减补偿系数;

所述环境信息包括岩石密度分布状态及岩石密度对信号强度的映射分布和植被密集分布状态及植被密集程度对信号强度的映射分布;

将所述第一信号衰减补偿系数与第二信号衰减补偿系数配置到对应的第二连接关系及第三连接关系内,获得动态监测节点网。

6.如权利要求5所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述区域差异性监测节点网的构建过程还包括:基于每一监测节点历史对应的监测指标类型及对应预警等级与历史划分子区域的面积大小,构建得到每一监测节点对应预警等级与区域划分面积的等级‑区域映射函数;

根据所述等级‑区域映射函数、所述动态监测节点网中所有监测设备之间的重叠覆盖率与盲区面积、每一监测节点对应的有效监测影响域、对应划分区域内传输节点单位时间信号传输延迟、每一划分区域综合生态健康指数得分、主评估指标生态健康得分及辅评估指标生态健康指数得分及对应的评估准确率,构建粒子群优化算法的输出序列;

同时基于重叠覆盖率、有效监测影响域、盲区面积、单位时间信号传输延迟及评估准确率构建区域划分优化约束函数及对应的约束条件,并对区域划分优化约束函数取最小值;

将粒子群优化算法的输出序列及区域划分优化约束函数与对应的约束条件输入到内置了克里金插值函数的粒子群算法中,并结合约束的优化约束阈值及训练周期,获得优化后的动态监测节点网的区域划分参数集;

将所述优化后的动态监测节点网的区域划分参数集输入到区域网格算法中,对所述动态监测节点网进行区域划分,获得区域差异性监测节点网并对划分的区域进行实时标记。

7.如权利要求6所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述区域综合生态健康指数得分、主评估指标生态健康得分及辅评估指标生态健康指数得分的获取过程包括:基于所述区域差异性监测节点网中的每一个划分子区域作为所述的分布式节点评估网的每一个评估节点,并以所有划分子区域的相邻关系,构建所述分布式节点评估网中所有评估节点之间的评估连接关系;

基于所有划分子区域对应的评估节点及评估连接关系,通过图算法构建得到分布式节点评估网;

基于所述区域差异性监测节点网结合配置的数据采集参数,获得每一子区域内所有监测节点对应带有监测设备标签、采集时间戳的实时动态监测数据集;

将所述实时动态监测数据集输入到所述联邦特征提取模型中的数据分类层进行数据类型分类,获得每一子区域对应实时动态监测数据集中的数据类型及分类准确率;

将每一子区域实时生态指标状态空间中的数据按照对应的类型输入到分布式特征提取层进行对应类型数据特征提取,获得每一子区域所有监测节点对应生态指标状态空间;

所述分布式特征提取层包含M个特征提取子层;所述M个特征提取子层与所述数据分类层获取的数据类型数量相同且一一对应。

8.如权利要求7所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述分层评估指标库包括第一指标层与第二指标层;所述第一指标层包括覆盖层大指标、土壤层大指标、水文层指标、地质层大指标、空气层大指标;所述第二指标层由覆盖层大指标、土壤层大指标、水文层指标、地质层大指标、空气层大指标分别对应的一级指标、二级指标及三级指标构建得到;所述覆盖层大指标包括一级土地资源监测指标、一级固体废弃物监测指标、一级水土环境监测指标及每一一级指标对应的二级指标与三级指标;所述土壤层大指标包括一级土壤污染监测指标及对应的二级指标与三级指标;所述水文层指标包括一级矿区地表水体污染监测指标、一级废水废液排放监测指标、一级地下水监测指标及每一一级指标对应的二级指标与三级指标;所述地质层大指标包括一级采空区地面沉陷监测指标、一级山体地质灾害监测指标、一级地裂缝监测指标及每一一级指标对应的二级指标与三级指标;所述空气层大指标包括一级空气污染物浓度指标及对应的二级指标与三级指标;所述第一指标层中对应的大指标等级大于第二指标层中的一级指标,一级指标对应的等级大于二级指标,二级指标的等级大于三级指标;

所述分层评估指标库是由第一指标层与第二指标层按照对应的指标等级结合树状数据库构建得到。

9.如权利要求8所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述区域综合生态健康指数得分、主评估指标生态健康得分及辅评估指标生态健康指数得分的获取过程还包括:基于每一子区域所有监测节点对应生态指标状态空间结合所述分层评估指标库,通过匹配算法及所述快速索引,获得每一子区域对应的所有分层评估指标集;

基于每一子区域对应的所有分层评估指标集,通过因子分析算法,获得所述第一指标层中每一大指标对区域综合生态健康指数得分的贡献率及第二指标层中三级指标对于对应的二级指标的贡献率、二级指标对于对应的一级指标的贡献率;

按照每一大指标对区域综合生态健康指数得分的贡献率的大小,将贡献率最大的大指标设置为主评估大指标,剩余大指标按照对应贡献率的大小分别设置为第一辅评估大指标、第二辅评估大指标、第三辅评估大指标、第四辅评估大指标;

基于每一子区域对应的主评估大指标、第一辅评估大指标、第二辅评估大指标、第三辅评估大指标、第四辅评估大指标及分别对应的一级指标、二级指标和三级指标,以及第一指标层中每一大指标对区域综合生态健康指数得分的贡献率、第二指标层中三级指标对于对应的二级指标的贡献率、二级指标对于对应的一级指标的贡献率、一级指标对于对应的大指标的贡献率,通过分层分布式评估模型,获得每一子区域内主‑辅分层评估指标得分及对应的评估准确率。

10.如权利要求9所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述每一子区域内主‑辅分层评估指标得分包括主评估大指标下对应的每一一级指标的评估得分,第一辅评估大指标、第二辅评估大指标、第三辅评估大指标、第四辅评估大指标下分别对应的每一一级指标的评估得分,主评估指标生态健康得分、第一辅评估指标生态健康指数得分、第二辅评估指标生态健康指数得分、第三辅评估指标生态健康指数得分、第四辅评估指标生态健康指数得分及区域综合生态健康指数得分;

所述区域综合生态健康指数得分、主评估指标生态健康得分及辅评估指标生态健康指数得分的获取过程还包括:

基于每一子区域内主‑辅分层评估指标得分结合预设的分层步进预警空间,按照指标级别由大到小获得每一级别对应的预警信息及每一监测节点对应有效监测影响域的预警级别渲染颜色。

11.如权利要求10所述的一种矿山生态环境监测系统,其特征在于,所述分层步进预警空间的构建过程包括:

根据所述每一子区域内主‑辅分层评估指标得分,按照评估指标等级从大到小分别设置对应级别下的预警得分阈值,若当前子区域对应区域综合生态健康指数得分小于对应的预警得分阈值,则比较主评估指标生态健康得分与对应的预警得分阈值,当主评估指标生态健康得分小于对应的预警得分阈值且主评估大指标下对应的每一一级指标的评估得分都小于对应预警得分阈值时,进行辅评估指标预警;

当区域综合生态健康指数得分、主评估指标生态健康得分或一级指标的评估得分存在一个不满足对应的预警得分阈值,则进行最高级别预警并将不满足预警得分阈值的有效监测影响域进行最高预警级别颜色渲染;

当进行辅评估指标预警时,按照当前级别辅评估指标得分与对应贡献率乘积结果所属的预警级别区间,进行对应预警级别的辅助预警及对应辅助预警级别的颜色渲染。