熱紅外傳感技術(shù)在煤田火區(qū)勘查中的應(yīng)用研究

郭躍成

摘 要：本文通過(guò)梳理相關(guān)熱紅外線傳感技術(shù)文獻(xiàn)，探討其才煤田火區(qū)勘查中的應(yīng)用實(shí)踐價(jià)值，利用多尺度、多時(shí)相的熱紅外遙感技術(shù)分析煤田火區(qū)地表熱異常信息提取，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用；燃煤熱異常的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、分析，結(jié)合地理信息系統(tǒng)的空間疊加GPS野外測(cè)量等現(xiàn)代手段，有效地利用熱紅外遙感技術(shù)在煤田勘探。

關(guān)鍵詞：煤田火區(qū)；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；熱紅外傳感；勘查

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.078

1 引言

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，經(jīng)過(guò)近三百年研究煤礦火災(zāi)，從煤炭本身開始研究領(lǐng)域擴(kuò)展到多領(lǐng)域的綜合研究，技術(shù)和研究方法也逐漸趨向多元化，訪問數(shù)據(jù)和硬件條件也逐步從定性描述上升到定量研究、粗糙度和表面熱研究方法引入到各種各樣的方法從一個(gè)單一的研究，結(jié)合煤田異常的研究和驗(yàn)證，對(duì)能源安全、生態(tài)環(huán)境安全和煤礦火災(zāi)等問題也進(jìn)行了一系列的研究。煤炭火災(zāi)信息遙感提取。

2 熱紅外傳感技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

機(jī)制研究中，通過(guò)試驗(yàn)與多尺度歸一化，多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合地面觀測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型（DEM）實(shí)地調(diào)查干擾因素可以減少地形表面的太陽(yáng)輻射溫度圖像，類似煤提取熱異常的熱異常的多時(shí)相衛(wèi)星熱紅外遙感傳感的井下煤炭自燃引起的。從工程研究和多尺度熱紅外遙感信息提取技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用可提高滅火效率，煤炭消防工程，提高動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及滅火煤田的能力評(píng)價(jià)，為煤炭工程規(guī)劃有直接的指導(dǎo)意義；資源和環(huán)境保護(hù)，有直接現(xiàn)實(shí)意義：有利于民生；在一個(gè)典型的新疆煤田為研究區(qū)，也有在其他國(guó)家和地區(qū)的地下煤火研究具有一定的參考價(jià)值。

3 煤田火區(qū)信息提取現(xiàn)狀

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

煤炭火災(zāi)信息的數(shù)據(jù)應(yīng)用階段種類繁多，主要包括衛(wèi)星熱紅外遙感數(shù)據(jù)、機(jī)載熱紅外衛(wèi)星數(shù)據(jù)和高空間分辨率多光譜數(shù)據(jù)。衛(wèi)星熱紅外遙感的低分辨率的數(shù)據(jù)，但采集簡(jiǎn)單方便，具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的研究具有廣泛的應(yīng)用前景；航空熱紅外遙感數(shù)據(jù)分辨率更高，但是很難得到，成本更昂貴，但校準(zhǔn)是困難的；星載高分辨率數(shù)據(jù)清晰，獲取相對(duì)容易，由于煤礦井下煤炭自燃火災(zāi)監(jiān)測(cè)中取得較好的效果，表面特征，利用可見光波段的變化。另外，也有學(xué)者從煤的火災(zāi)信息中提取雷達(dá)數(shù)據(jù)和電磁波，但在這一階段的研究成果較少。

3.2 表面溫度反演與驗(yàn)證

基于Landsat、TM和ETM數(shù)據(jù)的遙感反演算法主要有單窗算法、一般單通道算法和文本格算法。相比之下，地表溫度反演算法已經(jīng)比較成熟，但在對(duì)煤表面溫度反演的各種方法進(jìn)行對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了算法的最佳選擇。準(zhǔn)確的反演結(jié)果對(duì)煤火損失估算和煤火工程造價(jià)預(yù)算有較大影響。優(yōu)化算法的選擇受多種因素的影響，存在一定的區(qū)域。因此，算法的擴(kuò)展還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。

3.3 煤火災(zāi)閾值提取

煤炭火災(zāi)信息提取過(guò)程中的一個(gè)重點(diǎn)是提取科學(xué)的和合理的閾值之間的煤火和非火區(qū)?，F(xiàn)階段有試算法、淘汰法和統(tǒng)計(jì)法。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者的這一年，都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，盡量使用排除煤炭數(shù)據(jù)的方法，最終提取結(jié)果應(yīng)該更準(zhǔn)確，但推廣力度不夠；不需要測(cè)量方法和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但結(jié)果有一些誤差，但有很強(qiáng)的推廣作用。因此，煤著火閾值的提取將是今后研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

3.4 礦區(qū)火災(zāi)監(jiān)測(cè)

遙感圖像動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的效果。但多時(shí)相遙感圖像火災(zāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用受到諸多因素的影響，多時(shí)相圖像比較原則，缺乏標(biāo)準(zhǔn)，所以多時(shí)相遙感圖像等客觀因素對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的消除是非常重要的火災(zāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)精度，但它是很難在這個(gè)階段不圖像預(yù)處理的一種好方法。它只能用于多時(shí)態(tài)遙感圖像數(shù)據(jù)的歸一化處理。

4 地下煤火熱異常信息提取及其動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究

現(xiàn)階段在新疆礦區(qū)的基礎(chǔ)上，將各種方法和技術(shù)在研究區(qū)的適用性進(jìn)行驗(yàn)證，最終將一套技術(shù)規(guī)范合理地推廣到了中國(guó)西北部和新疆煤田火區(qū)。不同的時(shí)區(qū)的圖像與多時(shí)相遙感圖像分割方法使用簡(jiǎn)單化一定的相似性，對(duì)整個(gè)新疆地區(qū)的最佳密度分為背景區(qū)，嚴(yán)重的煤礦區(qū)和煤炭嚴(yán)重區(qū)三類。而分類結(jié)果具有高分辨率和高精度的世界觀II DEM疊加產(chǎn)生的三維可視化效果，圖像的發(fā)生和發(fā)展趨勢(shì)可以更直觀地獲取煤田。在過(guò)去的21年里1990-2011新疆礦區(qū)煤田火災(zāi)在時(shí)間和空間上的動(dòng)態(tài)變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究、新疆礦區(qū)地下煤火增長(zhǎng)在這21年中迅速找到，已經(jīng)呈現(xiàn)出惡化的趨勢(shì)，特別是10次惡化率后，煤炭嚴(yán)重膨脹速度區(qū)煤和嚴(yán)重的地區(qū)約3-4年前的10倍。通過(guò)本技術(shù)方案的遠(yuǎn)程傳感檢測(cè)和新疆煤田火區(qū)地表熱異常信息提取，可以防火燒煤表面的熱異常信息更準(zhǔn)確的方位和面積的分布，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義的早期預(yù)警和工程實(shí)施煤田滅火。

5 結(jié)論與展望

在熱紅外遙感數(shù)據(jù)源的當(dāng)前階段是相對(duì)稀缺的，容易得到的也有一定的局限性，時(shí)間和空間分辨率，是熱紅外遙感數(shù)據(jù)使用航空熱紅外遙感數(shù)據(jù)獲取的成本更昂貴，因此今后如何找到一個(gè)有效的熱紅外遙感數(shù)據(jù)在火在煤田地表溫度反演的重要意義。對(duì)于現(xiàn)有的熱紅外遙感數(shù)據(jù)，地表溫度反演算法已經(jīng)比較成熟，不同的算法針對(duì)不同的區(qū)域、不同的條件，反演結(jié)果的差異還有待進(jìn)一步探討。由于表面溫度測(cè)量數(shù)據(jù)的局限性，其結(jié)果在一定程度上不具有代表性。在地表溫度反演過(guò)程的同時(shí)，估計(jì)誤差，表面大氣參數(shù)、地表覆蓋分類錯(cuò)誤的熱慣性和表面發(fā)射率的估計(jì)誤差和其他因素的不同巖石類型的使用各種算法的地下煤火區(qū)地表溫度反演的多，還需要進(jìn)一步的研究和探討。在煤火表面熱異常監(jiān)測(cè)方面，由于氣象條件的不一致，遙感圖像采集、圖像采集時(shí)的表面溫度和圖像采集的背景時(shí)間，圖像序列可以導(dǎo)致較長(zhǎng)的時(shí)間小于。所以，如果你想消除這些因素對(duì)地表熱異常信息提取的影響，我們需要研究歸一化熱紅外遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)一步地表熱力異常，準(zhǔn)確和長(zhǎng)時(shí)間序列的熱紅外遙感數(shù)據(jù)提取的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)生發(fā)展的客觀準(zhǔn)確的煤炭火監(jiān)督和煤田滅火工程實(shí)施科學(xué)指導(dǎo)的認(rèn)識(shí)。

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