基于TIRS和TCP-InSAR的新疆广域煤田火区探测方法

新疆作为全球煤田火灾最为严重的区域之一,不仅每年消耗约442万t煤炭资源,而且导致火区地表裂缝、地表塌陷等地质灾害频发,同时燃烧后持续向空气中释放大量有害气体,严重危及居民健康。因此,精准监测火区范围对研究煤火自燃规律、治理煤田火区具有重要意义。目前用于煤火探测的方法中,利用火区物理特性进行探测成本高、效率低,仅适用于小范围火区探测;利用热红外遥感手段虽然能提取到温度异常区,但仍需要进行大量的实地勘探工作。为此,提出了一种面向新疆广域煤田火区精细探测的热红外遥感(Thermal Infrared Remote Sensing,TIRS)与TCP-InSAR(Temporarily Coherent Point Interferometric Synthetic Aperture Radar)融合的方法。该方法利用单窗算法对Landsat-8影像进行地表温度反演,提取研究区域地表温度异常信息,在此基础上,结合TCP-InSAR从Sentinel-1A影像获取研究区域地表沉降信息,并对二者进行空间叠加分析,获取煤火区域的分布特征。研究表明:热红外遥感手段联合雷达干涉测量技术探测大范围煤田火区的方法具有较高的可靠性和准确性,为新疆广域煤田火区高精度探测提供了新的技术方法。     

乌鲁木齐东侧煤火多源遥感融合探测

目前新疆有8大煤火区,且火区增长速度快、隐蔽火区日益增多,因此需要更加快速地探测新疆煤火区的范围。以InSAR与热红外技术为基础,首先采用PS时序方法和普适性单通道算法获得研究区的沉降和温度信息,接着通过设定合理的阈值获取温度异常区域并提取相邻时间的反演结果进行验证,最后通过沉降和温度信息对火区分布进行综合分析。结果表明:此方法能判定出疑似火区分布。     

自适应边缘阈值法的煤火探测研究

为了探测内蒙古乌达煤田的煤火位置,针对国产CBERS-04卫星的热红外波段提出一种自适应边缘阈值算法。该算法通过高斯滤波算法过滤热图像噪声,利用Sobel算子和提取的高温区域生成高温边缘,将高温边缘像素温度值的平均值作为温度分割阈值识别并提取煤火区。通过外业调查的火区验证提取的火区,发现二者的位置重叠度高达81.3%。对比同一日夜晚ASTER卫星和CBERS-04卫星所提取火区发现二者的位置重叠度为81.0%。这些结果均表明自适应边缘阈值煤火识别算法具有较高的煤火识别精度。     

大柳塔矿区煤火高光谱热红外定量探测研究

为了准确提取内蒙古大柳塔矿区煤火燃烧范围,基于夜间TASI航空热红外高光谱遥感数据,采用发射率归一化方法和地表同步测温数据建立空-地回归方程反演地表温度,选择合理的阈值提取煤火热异常范围。在此基础上,利用Modtran4模拟大气上行、下行辐射和透过率,并结合反演的地表温度解算地物发射率,利用地物自身发射率光谱上的特性差异,将电厂温排水、热厂房和烟囱等非煤火热异常从煤火热异常中分离,排除了干扰因素对提取地下煤火燃烧异常区范围的影响。结果表明,TASI数据1~16波段(8054.8~9679.3nm)适合煤火热红外温度反演,反演的地表温度精度满足定量探测研究,提取的煤火燃烧热异常范围准确,能够为矿区煤田灭火提供一定的决策支持。     

基于DEM的煤火自燃温度反演算法研究

为了研究乌达煤矿煤火特征的分布及变化,采用3种不同的遥感反演温度算法(单窗算法、单通道算法、Artis算法),并通过阈值分割法提取2005年的乌达煤田火区温度,与叠加的实测煤火矢量图进行对比分析。结果表明,提取的温度异常区域与直接采用星上亮度温度图提取区域基本相同,其中Artis算法重叠度最低,单窗算法和单通道算法重叠度相同,而直接用星上亮度温度重叠度最高。通过比对分析该地区的地表覆盖类型和数字高程模型(DEM),发现乌达煤矿出现的北部高温异常和中部低温异常与地表覆盖类型和地形变化相关,在南部受干扰较小的区域与实测区重叠度达60%以上。选择该地区11号煤火区为研究区域,对比2005—2012年的煤火时空变化,结果表明2005—2010年的煤火温度异常的范围表现为波动的变化,2010年后的煤火范围缩小,煤火得到一定控制,未发生明显反复。     

新疆硫磺沟煤火治理区地表热异常遥感监测研究

为研究新疆硫磺沟煤田火区热场演化过程和治理效果，利用热红外遥感技术进行监测研究。将火区划分为万家窑、浅水河、卡拉扎3个火区块段，监测期限分为煤火燃烧期、煤火复燃风险期、煤火治理现状期3个阶段，利用单窗算法反演各阶段多期地表温度，采用离散度识别火区热异常，分析煤火空间分布格局演化过程，并对探测结果进行验证。结果表明，在2000年治理前，3个火区块段的热异常面积为467.82万m²,2004年第一轮灭火工程治理后，热异常面积大幅减少至29.34万m²;随后由于矿山违规开采，2018年热异常面积增加至712.74万m²,经过第二轮灭火工程治理，2021年的热异常面积减少至16.57万m²。经实地调查，排除烧变岩干扰影响，煤火治理现状期地表热异常与实地情况相符，浅水河火区块段仍然存在自燃现象，卡拉扎、万家窑火区块段的煤火自燃现象基本消除，治理区地表景观和生态环境大幅改善。     

无人机热红外遥感煤火探测方法

为了提高矿区煤火识别的精度,利用无人机搭载数码相机和热红外相机分别在白天和夜晚采集RGB图像和热红外图像,基于面向对象的分类方法将矿区彩色正射影像分类并赋予对应类别的发射率值;热红外影像经过辐射定标后镶嵌为正射影像,根据辐射传导方程和Plank反函数反演矿区地表温度,采用移动窗口热异常提取算法识别煤火区。试验表明,实测煤火点与无人机热红外技术探测的煤火区的重叠率为96.72%,说明无人机热红外遥感煤火探测方法的精度可靠,技术可行。     

基于遥感技术的内蒙古乌达煤田火区碳排放计算

为了获得煤田火区的碳排放量,建立了计算煤田火区CO2排放通量法模型,其中,确定火区面积是该模型的关键基础参数。采用2011-01-24的ASTER L1B热红外遥感数据反演内蒙古乌达煤田火区的地表温度,提出基于梯度的自适应阈值法,以热红外图像梯度极值为阈值圈定火区范围,估算得到乌达煤田火区面积为239.6 hm2。利用排放通量法模型,依据遥感和其他手段获得的基础参数数据,计算了乌达煤田火区的碳排放量,结果显示乌达煤田火区每年的CO2碳排放量达37.9×104t。     

遥感技术在乌达煤田火灾监测中的应用

 利用2001、2003、2007、2010年Landsat TM/ETM热红外数据对内蒙古乌达煤田的地表温度进行反演,分析了煤田火区的空间分布格局、空间演变态势与变化趋势,并监测了矿区十年的植被覆盖变化。结果表明：高温异常区范围明显,反演出的煤火区符合实际煤火区分布;12、13、14号火区面积减少,其他火区继续蔓延,并形成了新的煤火区;十年来矿区的归一化植被指数(NDVI)从0.0926减少到-0.0378,植被覆盖度逐年减少。矿区煤火遥感监测实现了火区的动态监测和新火区的预测,为煤田火区灭火工程、矿井安全生产和矿区可持续发展提供了辅助决策。     

遥感技术在乌达煤火变化监测中的应用（增刊）

煤田火灾问题存在由来已久,利用遥感技术进行煤火监测正引起广泛关注。为更加精确地圈定乌达煤火的燃烧范围,本文以乌达2000年、2006年和2010年三时期的Landsat TM和ETM 热红外及多光谱遥感影像作为基本信息源,采用温度反演、最优密度分割和地质条件分析,提取各年的煤田热异常信息,再通过ArcGIS空间叠加分析和逻辑分析,研究煤田火灾随时间的动态变化过程。结果圈定了煤田火区的燃烧范围和2000-2010年来煤火变化面积及速率,对于发展煤火理论和乌达煤火的治理皆有一定的理论与实践意义。     

基于无人机热红外遥感的新疆宝安煤矿火区探测

煤火燃烧会释放大量的热,造成地表热异常,无人机热红外遥感技术为精准探测煤火范围提供了一种有效的技术手段。为了实现基于无人机热红外遥感技术的煤田火区精细化监测,使用无人机热红外遥感的方法对新疆宝安煤矿火区进行探测,并根据自适应梯度阈值法和人工阈值法,对两次连续飞行的无人机热红外影像进行温度阈值分割与煤火信息提取,对无人机热红外相机测温精度进行验证,两次无人机影像之间中误差为0.97℃,证明无人机测温精度可靠,技术可行,对煤火范围精准圈定与灭火具有参考价值。     

遥感技术在乌达煤火变化监测中的应用

煤田火灾问题存在由来已久,利用遥感技术进行煤火监测正引起广泛关注。为更加精确地圈定乌达煤火的燃烧范围,本文以乌达2000年、2006年和2010年三时期的Landsat TM和ETM+热红外及多光谱遥感影像作为基本信息源,采用温度反演、最优密度分割和地质条件分析,提取各年的煤田热异常信息,再通过ArcGIS空间叠加分析和逻辑分析,研究煤田火灾随时间的动态变化过程。结果圈定了煤田火区的燃烧范围和2000~2010年来煤火变化面积及速率,对于发展煤火理论和乌达煤火的治理皆有一定的理论与实践意义。     

乌达煤田火灾Landsat-8/TIRS遥感动态监测

为了更加方便和准确地对实施灭火工程之后的乌达煤田火区变化情况进行监测,以覆盖乌达地区的Landsat-8卫星遥感影像为基础,采用普适性单通道算法对煤田地表温度开展了反演研究,通过设定一定的阈值提取了煤田火区的空间分布,并利用相邻时间多幅影像提取的相似结果验证了煤田火区监测结果的可靠性,最后依据时间序列监测结果分析了2015—2017年煤田火区分布的变化情况。结果表明:提取出的煤田火区分布范围明显,且具有较高的可靠性;近3年乌达煤田煤火分布范围基本稳定,但有增大的趋势。     

融合遥感技术在四棵树火区煤火识别中的应用

以准南煤田四棵树火区煤火为研究对象，选取2006—2020年覆盖研究区的Landsat系列影像，采用像元二分法及温度反演算法反演得到该区域的植被覆盖度和地表温度的分布，分析结果表明：低植被覆盖度的区域占比由38.6%降低至13.9%,高植被覆盖度区域占比由15.6%增长至29.0%;高温区域呈东北—西南直线分布，低温区域主要分布在西向山坳及山坳西侧，阈值提取最高温度为48.62℃。选取2014—2019年29景SAR影像进行SBAS-InSAR分析，融合植被覆盖度及地表温度反演，确定火区烟气逸散通道及空气渗入通道位置与数量，分析结果表明：在2014—2019年烟气逸散通道由7个增加至68个，空气渗入通道数量由58个增加至84个；整体裂隙数量呈现增加的趋势，且烟气逸散通道数量增加较快，地下煤火燃烧加剧。     

基于ASTER影像的乌达火区遥感监测研究

为了监测评估内蒙古乌达煤火的治理效果,以灭火前、中、后和灭火监测期的ASTER热红外波段为数据源,采用TES算法反演矿区地表温度,根据自适应梯度阈值法提取4个年度的火区,经过对比验证发现:2008年提取火区与2009年航空参考火区的重合度为71.4%;分析2008—2015年间的煤火演变状况,结果表明:2008—2013年间,火区呈现显著缩减趋势,面积减少2.5 km2,由集中变为零星分布,这表明该时期煤火治理效果显著;2013—2015年间,火区面积增加了0.3 km2,由离散变为集中分布,这说明火区有复燃的趋势,1 km2的存量说明今后仍需加大火区治理力度。     

D-InSAR技术用于水西沟火区地表沉降的分析

为掌握准南煤田水西沟火区地表沉降变化规律,采用差分干涉测量方法,对2014年10月至2015年10月Sentinel-1数据进行处理,获得11组干涉图、差分干涉图、去平地效应图、相位解缠效果图和地面形变图.对比分析了2014年和2015年沉降分布图像,结果表明火区地下煤火燃烧导致的沉降范围大体一致,沉降高低值呈现相似规...     

矿区煤火遥感监测技术的研究进展

对国内外利用卫星热红外波段探测煤火的方法进行了统计分类,着重对比分析了中分辨热红外卫星的地表温度反演方法和煤火区提取算法的特点,评述了机载热红外遥感探测煤火的研究现状和存在的主要问题,指出了矿区煤火遥感监测研究的发展趋势和新方向。     

热红外遥感对煤矸石山温度的反演研究

为探究利用热红外遥感反演的地表温度对煤矸石山识别情况,基于Landsat TM卫星遥感影像和研究区的气象数据、矢量数据等,采用单窗算法对研究区域的地表温度进行反演,并将反演出的地表温度异常区域与阳泉市实际煤矸石山分布情况做对比,验证利用反演结果识别煤矸石山的准确性。结果表明,阳泉矿区的高温异常区除了与煤矸石分布有关,也与矿区煤炭和工厂分布有关;利用反演结果提取的高温异常区可作为煤矸石山温度精准探测的参考,从而提升判断煤矸石山自燃位置的效率。     

煤田火区自然地物热红外发射率光谱测量及其特征

利用傅里叶变换红外光谱仪对新疆水西沟煤田火区自然地物进行发射率光谱测量,采用平滑光谱迭代法对温度和发射率进行分离反演,得到精确的地物温度和发射率,对7种典型自然地物热红外发射率光谱特征进行分析,并选择ASTER影像5个热红外波段进行数据模拟。结果表明：① 波长在8～13 μm,地物热红外发射率光谱特征存在明显差异,尤其是在8.5～10.0,11.3和12～13 μm处,可作为识别不同地物的特征波段;② 发射率光谱在ASTER影像5个热红外波段变化趋势呈现明显区别,在遥感影像对火区地物信息的提取研究中具有实际应用价值;③ 得到的地物发射率为火区地表温度的反演提供了精确的参数,可以提高温度反演的精度。     

煤田火灾探测方法研究进展

煤田火灾严重威胁火区生态环境和国家能源安全,我国是遭受煤火灾害最为严重的国家,因此煤火的治理十分迫切,煤火的准确探测是有效治理的前提。分别介绍了基于煤火热场特征的遥感与地表测温法,基于煤火地磁场特征的磁法,基于煤火电场特征的直流电法、电磁法和自然电位法以及基于煤火地球化学场特征的气体测定法、测氡法,并对各探测方法的国内外研究现状和优缺点进行了总结,最后指出基于火区电、磁场异常的电法和磁法是今后煤田火灾探测的重点研究方向。