本发明涉及地表沉陷监测，更具体地说，本发明涉及一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法。
背景技术：
1、地表沉陷是指由地下采空区顶板的冒落所造成的地面变形。煤层顶板在长期承载过程中持续性受到上覆岩土体的周期来压作用，采空区矿柱系统等薄弱部位往往会因风化、地震等作用而首先发生破坏，这种局部破坏的累积，最终将波及整个系统。长期煤炭开采实践表明，大范围的采空区顶板冒落常常具有突发性，往往伴随有强烈的气浪冲击，且大都会引起地表沉陷和张裂，造成地上或井下建筑物的破坏受损。与此同时，沉陷中形成的裂缝会演变成导水通道，使得大量地表水和地下水顺沿裂缝灌入井下，直接威胁着矿井安全生产。因此，实施地表沉陷监测预警对煤炭开采防灾减灾至关重要。
2、现在用于监测地下煤炭开采引发的地表沉陷，确保矿井安全生产，一般采用以下技术手段：
3、1、fbg技术，利用光纤形成的相位光栅，通过测量光纤反射波长变化获取地下采空区的变形和温度信息。
4、2、高密度电法，通过多电极布置，测量地下电阻率以建立地层电阻率剖面，用于评估地表沉陷风险。
5、3、das技术，利用干涉式声波传感，通过光纤监测地下振动，用于感知潜在的地表沉陷迹象。
6、4、近景摄影技术，利用数字图像处理，通过摄影记录地表标志点的位置变化，计算地表沉陷导致的目标体位移。
7、但是在实际应用中，采动覆岩变形破坏对矿井安全生产造成严重威胁，随着深部煤炭资源的不断开采利用，开采沉陷现象尤为严重，导致开采后所产生的地表沉陷范围、沉陷量和沉陷位置的时空预测难度倍增，也导致监测数据的不确定性；无论采用上述任一检测方式时，都需要对对应仪器的精度和稳定性要求较高，增加技术难度，而且现在检测数据需要超时预测，克服现有数据传输和处理的延迟问题，无法提前评估地表沉陷的潜在风险。
8、鉴于此，本发明提供了一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，实现从覆岩变形破坏到地表沉陷发生发展演化全过程、全方位监测，具有高精度、精细化、全维度、一体化的优点。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：第一方面，本发明提供一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，包括以下步骤：
3、基于光纤-电法-振动-摄影四位一体技术构建监测网络体系；
4、基于监测网络体系分别采集光纤反射波长、地下电阻率、地下振动频率和目标体位移；
5、将采矿区域划分为n个目标区域，基于概率密度函数分析目标区域内的采矿节点对应的地表沉陷似然概率，基于地表沉陷似然概率与预设沉陷概率阈值进行比对分析获得异常沉陷节点，对异常沉陷节点划分异常等级并标记；
6、将n个目标区域的异常沉陷节点对应的采集数据整合形成综合监测数据集，所述综合监测数据集以异常沉陷节点对应的空间坐标为基础，提取地表沉陷特征信息；
7、基于综合监测数据集对异常沉陷节点对应的地表沉陷风险进行评估和预测，从而生成综合分析结果；
8、基于综合分析结果，实时感知采空区状态，设定对应的预警机制和决策策略，为采矿安全决策提供科学支持。
9、在一个优选的实施方式中，目标区域的划分逻辑为：
10、所述采矿区域划包括n个目标区域，每个目标区域包括m个采矿节点，在每个采矿节点处均设置有同一类型的监测设备，基于监测设备获取的采集数据；所述采集数据包括但不限于光纤反射波长、地下电阻率、地下振动频率和目标体位移。
11、在一个优选的实施方式中，所述概率密度函数为：
12、
13、其中，xm为第m个采集数据对应的测量值，μm为第m个采集数据在最近一段时间的采集均值；σm为第m个采集数据在最近一段时间的方差；最近一段时间为当前时刻t的前δt时间；pm为第m个采矿点通过概率密度函数计算的地表沉陷似然概率，m＝1,2,…,m,且m≥1。
14、在一个优选的实施方式中，所述异常沉陷节点的具体分析逻辑为：
15、所述异常等级包括一级沉陷等级、二级沉陷等级和三级沉陷等级，一级沉陷等级的沉陷程度高于二级沉陷等级，二级沉陷等级的沉陷程度高于三级沉陷等级；
16、将采矿节点对应的地表沉陷似然概率与预设沉陷概率阈值进行比对分析，若地表沉陷似然概率小于预设沉陷概率阈值，则不标记对应采矿节点；
17、若地表沉陷似然概率大于等于预设沉陷概率阈值，将对应采矿节点标记为异常沉陷节点；
18、若相邻一定数量的异常沉陷节点为相邻的采矿节点，则将对应异常沉陷节点标记为一级沉陷等级；
19、若相邻一定数量的异常沉陷节点不是相邻的采矿节点，则基于目标区域中异常沉陷节点的位置获得异常沉陷节点的离散程度，若异常沉陷节点的离散程度达到沉陷要求时，则将对应异常沉陷节点标记为二级沉陷等级；
20、若异常沉陷节点的离散程度未达到沉陷要求时，将对应异常沉陷节点标记为三级沉陷等级；
21、并将异常等级对应的分类发送至用户终端，适应性进行风险预警。
22、在一个优选的实施方式中，所述地表沉陷特征信息的获取逻辑为：
23、基于异常沉陷节点对应的空间坐标构建栅格地图，将每个异常沉陷节点对应的地表沉陷似然概率映射到栅格地图上，对异常沉陷节点进行高斯分布，形成异常沉陷栅格采矿图，每个栅格包含了最近异常沉陷节点的地表特征沉陷种类以及对应的地表沉陷似然概率；
24、对目标区域内的地表特征沉陷种类进行统计，并基于先验知识获取地表特征沉陷种类对应的权重因子，基于权重因子对应性分析目标区域内的地表沉陷程度，基于地表沉陷程度表征采矿区域的地表沉陷特征信息。
25、在一个优选的实施方式中，所述地表沉陷程度的获取逻辑为：
26、将当前目标区域内异常沉陷节点对应的地表沉陷似然概率进行累计获得对应目标区域的地表特征沉陷程度；
27、基于先验知识获得目标区域内对应的沉陷特征种类的权重因子，基于权重因子和地表特征沉陷程度通过公式计算可得采矿区域内的地表沉陷程度。
28、在一个优选的实施方式中，所述权重因子根据异常等级进行赋值更新，若异常等级为一级沉陷等级，则权重因子进行一级加权处理，若异常等级为二级沉陷等级，则权重因子进行二级加权处理，若异常等级为三级沉陷等级，则权重因子进行三级加权处理；
29、一级加权处理、二级加权处理和三级加权处理均在现有权重因子的基础上乘以正整数倍，且一级加权处理对应的正整数倍大于二级加权处理，二级加权处理对应的正整数倍大于三级加权处理；
30、并根据所述权重因子的大小设置对应的优先级，基于优先级的顺序标记对应的沉陷特征种类。
31、在一个优选的实施方式中，所述综合分析结果的获取逻辑为：
32、构建地表沉陷风险模型，将综合监测数据集划分为训练集和测试集，将基于采矿区域对应的地表沉陷特征信息为输入值，以地表沉陷风险预测值为输出；
33、以采矿区域对应的地表沉陷风险真实值为预测目标，以最小化地表沉陷风险预测值和地表沉陷风险真实值的预测误差之和作为训练目标；对地表沉陷风险模型进行训练，直至预测准确度之和达到收敛时停止训练；
34、通过不断学习训练后的地表沉陷风险预测值为综合分析结果。
35、第二方面，本发明提供一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知系统，其基于所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法的实现，包括：
36、体系搭建模块，基于光纤-电法-振动－摄影四位一体技术构建监测网络体系；
37、数据采集模块，基于监测网络体系分别采集光纤反射波长、地下电阻率、地下振动频率和目标体位移；
38、数据标记模块，将采矿区域划分为n个目标区域，基于概率密度函数分析目标区域内的采矿节点对应的地表沉陷似然概率，基于地表沉陷似然概率与预设沉陷概率阈值进行比对分析获得异常沉陷节点，对异常沉陷节点划分异常等级并标记；
39、数据融合模块，将n个目标区域的异常沉陷节点对应的采集数据整合形成综合监测数据集，所述综合监测数据集以异常沉陷节点对应的空间坐标为基础，提取地表沉陷特征信息；
40、综合预测模块，基于综合监测数据集对异常沉陷节点对应的地表沉陷风险进行评估和预测，从而生成综合分析结果；
41、数据控制模块，基于综合分析结果，实时感知采空区状态，设定对应的预警机制和决策策略，为采矿安全决策提供科学支持。
42、第三方面，本发明提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法。
43、本发明一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法的技术效果和优点：
44、本发明结合不同监测技术，可以全面感知地下采空区的变形、温度、电阻率、振动和地表沉陷等信息，提供更为全面的地质环境数据；实时监测地下变化，通过对多源数据的分析，实现对地表沉陷风险的及时预警，有助于采取迅速有效的应对措施，于降低采矿活动可能引起的风险，减少因地质灾害导致的生产停滞和财务损失，为相关方提供科学决策支持，帮助他们制定更有效的地下矿区管理和采矿策略。
1.一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，其特征在于：目标区域的划分逻辑为：
3.根据权利要求2所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，其特征在于：所述概率密度函数为：
4.根据权利要求3所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，其特征在于：所述异常沉陷节点的具体分析逻辑为：
5.根据权利要求4所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，其特征在于：所述地表沉陷特征信息的获取逻辑为：
6.根据权利要求5所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，其特征在于：所述地表沉陷程度的获取逻辑为：
7.根据权利要求6所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，其特征在于：所述权重因子根据异常等级进行赋值更新，若异常等级为一级沉陷等级，则权重因子进行一级加权处理，若异常等级为二级沉陷等级，则权重因子进行二级加权处理，若异常等级为三级沉陷等级，则权重因子进行三级加权处理；
8.根据权利要求7所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法，其特征在于：所述综合分析结果的获取逻辑为：
9.一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知系统，其特征在于：其基于权利要求1-8任意一项所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法实现，包括：
10.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，其特征在于：包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1-8任意一项所述的一种四位一体的采动地表沉陷时空连续感知方法。
