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申请/专利权人：山东兰投矿业有限公司

摘要：本发明公开了一种用于矿业开采的岩土工程地质灾害预测方法及系统，方法包括：数据采集与处理、数据存储与管理、特征提取、模型训练与优化和应急响应与预警优化。本发明属于地质工程技术领域，具体是指一种用于矿业开采的岩土工程地质灾害预测方法与系统，本方案采用雷达干涉测量技术和反正切时间干涉测量法，在矿区进行地表形变测量，提供更加完备的地质信息；采用大数据分布式存储系统对地质信息进行数据存储和处理，提高系统的运行效率；采用深度卷积神经网络模型进行数据的特征提取和分配，并设置随机失活层，提升深度卷积神经网络模型泛化能力。

主权项：1.一种用于矿业开采的岩土工程地质灾害预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤S1：数据采集与处理，具体为采用雷达干涉测量技术和反正切时间干涉测量法，在矿区进行地表形变测量，得到地质信息数据集；步骤S2：数据存储与管理，具体为采用大数据分布式存储系统对地质信息数据进行数据存储和数据处理，得到地质信息存储优化数据集；步骤S3：特征提取，具体为采用深度卷积神经网络模型对地质信息存储优化数据集进行数据的特征提取和分配，通过迭代的方式剔除权重低的特征，得到最佳的特征选择，并设置随机失活层；步骤S4：模型训练与优化；步骤S5：应急响应与预警优化；在步骤S1中，所述数据采集与处理，包括以下步骤：步骤S11：数据获取，在矿区中的基准站点和待测区域内安装多个雷达系统，同步运行雷达系统，使各个雷达站点在相同时间得到地质信息数据；步骤S12：数据预处理，对获取的地质信息数据进行预处理，消除干扰信号和系统噪声，并进行相位调整和数据配准，得到多幅雷达图像；步骤S13：进行反正切时间干涉测量，将多幅雷达图像进行配准，比较回波信号相位差，使用反正切来计算缠绕相位，通过缠绕相位更精确地描述地表的变形情况，包括以下步骤：步骤S131：定义发送信号函数，确保雷达系统能够在相同时间段内发送一致的信号，所用公式如下： ；式中，T1（t）是发送信号函数，f是信号的载波频率，t是时间，是发射机t时刻的初始相位；步骤S132：计算发射信号的延迟时间函数，所用公式如下： ；式中，是发射信号的延迟时间函数，r（t）是信标到探针的瞬时范围，c是光速；步骤S133：将接收信号进行正交解调，计算同相输出和正交输出，所用公式如下： ； ；式中，I（t）是同相输出，Q（t）是正交输出，Ar是接收信号的振幅，是接收器的任意相位，是发射机t时刻的初始相位，εI（t）是同相输出通道中的噪声项，Ar是接收信号的振幅，εQ（t）是正交输出通道中的噪声项；步骤S134：提取接收信号的相位来解析距离，得到接收信号的相位，所用公式为： ；式中，Φ（t）是接收信号的相位，是与之间的相位差，r（t）是信标到探针的瞬时范围，λ是载波波长；步骤S135：不断计算接收信号的瞬时相位来解决距离间的变化问题，通过接收信号的反正切来计算缠绕相位，通过缠绕相位更精确地描述地表的变形情况，所用公式如下： ；式中，mod2π是取模运算的一种形式，Φw（t）是缠绕相位；在步骤S2中，所述数据存储与管理，包括以下步骤：步骤S21：数据划分与分发，具体为将要处理的地质信息数据划分成数据块，分发到分布式存储系统的不同节点上；步骤S22：数据存储与复制，具体为将分发的数据块存储在对应节点上进行备份，当存储节点获取数据存储请求时，分布式数据存储不断发送保存请求，包括以下步骤：步骤S221：定义分布式数据的采用概率为P（x），数据弹性函数的期望是E[T（x）]，计算采用概率的期望E[P（x）]，所用公式如下： ；式中，λ1是泊松参数，用来计算各项期望值之间的关系；步骤S222：用粒度率操纵数据弹性函数T（x），由于T（x）和粒度率存在负相关关系，通过限定粒度率使T（x）保持数据弹性函数的初始值T3（x）；步骤S223：计算数据弹性函数的初始值T3（x）的期望，所用公式如下： ；式中，T（x）是数据弹性函数，E[T（x）]是数据弹性函数的期望，T3（x）是数据弹性函数的初始值；步骤S224：计算下一时刻数据弹性函数，所用公式如下： ；式中，T2（x）是下一时刻数据弹性函数；步骤S225：分布式存储在大数据存储过程中宽带有限，数据弹性函数T（x）被存储层次完全覆盖，计算确定的覆盖关联对应的随机矩，所用公式如下： ；式中，是随机矩，为大数据分布式存储梯度，p是粒度率，是覆盖关联；步骤S226：计算大数据分布式存储强度指标，所用公式如下： ；式中，λ1是泊松参数，E[T（x）]是数据弹性函数的期望，是大数据分布式存储强度指标；步骤S23：选择数据处理框架，具体为采用Hadoop大数据处理框架进行分布式计算与数据处理，使分布式存储系统与Hadoop大数据处理框架无缝集成；步骤S24：并行计算与数据通信，具体为在各个节点上同时执行计算任务并利用大数据分布式存储系统进行地质信息数据集之间的访问和通信；步骤S25：数据管理和调度，对地质信息数据集进行数据备份、数据迁移和数据清理。

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