專利名稱：獲取地下煤火變化信息的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獲取地下煤火變化信息的方法。
背景技術(shù)：
煤田地下煤層自然是一種特殊的自然現(xiàn)象，它以煤炭的可自燃性為誘發(fā)原因，以空氣和內(nèi)外因火源為兩個(gè)條件，沿著煤層延續(xù)的三度空間發(fā)展，影響地下、近地表、中空、大氣層四層環(huán)境，形成一個(gè)涉及資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、人口和未來(lái)人類生存環(huán)境安全等多方面問題。我國(guó)因煤炭開采引發(fā)的地下煤火問題由來(lái)已久，特別是50年代至今，伴隨煤炭開采而引發(fā)的煤層自燃問題層出不窮，初步調(diào)查結(jié)果顯示只中國(guó)北方地區(qū)就有13個(gè)省84個(gè)地區(qū)出現(xiàn)地下煤火，正在燃燒的火區(qū)超過100處，燃燒面積超過20平方公里。據(jù)煤炭年鑒(1998) 統(tǒng)計(jì)，因煤自然造成中國(guó)煤炭燒失量約為3000萬(wàn)噸/年，折合人民幣約30億元，間接經(jīng)濟(jì)損失超過100億元。資源與環(huán)境是人類賴以生存的基本條件，地下煤火研究表明普遍發(fā)生的地下煤火是破壞資源、惡化環(huán)境的重大災(zāi)害之一，也是我國(guó)北方地區(qū)煤炭資源大規(guī)模開發(fā)過程中存在的重大安全隱患。對(duì)地下煤火問題的研究和管理中需要解決的一個(gè)最重要問題就是對(duì)地下煤火的準(zhǔn)確探測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。目前，對(duì)于地下沒有的傳統(tǒng)探測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)手段主要是區(qū)域?qū)嵉乜辈楹臀锾降仁侄?，如同位素測(cè)氡、高分辨電法、地表測(cè)溫、打鉆探測(cè)等。20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于遙感技術(shù)的發(fā)展，人們嘗試?yán)眯l(wèi)星遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)煤層自燃環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)，各國(guó)科學(xué)家先后利用遙感影像開展了礦山環(huán)境影響作用、地面亞像原溫度信息提取、地面參數(shù)與熱通量、地面溫度異常與地面發(fā)射率、煤自燃傾向性評(píng)估、地表熱通量計(jì)算模型與點(diǎn)源燃燒體正演模型、確定地表熱異常局部雙窗滑動(dòng)和熱紅外遙感數(shù)據(jù)估計(jì)熱源深度等遙感技術(shù)應(yīng)用和方法研究。研究表明利用遙感技術(shù)在火礦區(qū)進(jìn)行探測(cè)，圈定煤火范圍并指導(dǎo)局部滅火，以及對(duì)煤火發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行監(jiān)測(cè)等方面，具有良好的實(shí)用性和優(yōu)越性。用遙感對(duì)煤田火區(qū)進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測(cè)，對(duì)于煤田火災(zāi)的防治具有十分重要的意義。對(duì)于煤田火區(qū)的調(diào)查，由于常規(guī)方法受自然條件和技術(shù)條件的限制，不能滿足監(jiān)測(cè)管理的需要。利用航空熱紅外掃描和航空彩紅外攝影方法，進(jìn)行地下煤層自燃的探測(cè)和進(jìn)行燒變區(qū)的調(diào)查，國(guó)內(nèi)外雖有過報(bào)導(dǎo)，但由于利用航空遙感方法進(jìn)行大面積煤田火區(qū)調(diào)查，不但時(shí)間長(zhǎng)，而且投資大。故很難用于大面積監(jiān)測(cè)，其實(shí)用陸仍受到限制。相比之下，本技術(shù)采用的衛(wèi)星遙感具有宏觀性強(qiáng)、覆蓋范圍大、視野廣、可獲取準(zhǔn)同步。傳統(tǒng)的物探方法由于需要人員到煤田火區(qū)實(shí)地進(jìn)行觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集，其往往受到火區(qū)地形地貌環(huán)境的限制。同時(shí)由于物探手段成本高、實(shí)施困難，很難對(duì)煤田火區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、周期性的監(jiān)測(cè)。基于遙感的地下煤火熱異常信息提取，涉及到較為復(fù)雜的遙感圖像處理和信息提取算法，而目前的煤火遙感監(jiān)測(cè)研究主要集中在理論研究，缺乏結(jié)合多種遙感理論方法的地下煤火監(jiān)測(cè)實(shí)踐研究。因此，對(duì)非遙感專業(yè)人員而言，地下煤火的遙感監(jiān)測(cè)存在較大的難度和非流程性。在地下煤火的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面，由于受不同傳感器類型，圖像獲取季節(jié)、時(shí)間等因素的影響，導(dǎo)致各類方法提取的煤火信息在時(shí)間動(dòng)態(tài)維缺乏可比性。煤火的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需要在各探測(cè)方法以及不同獲取時(shí)間圖像上進(jìn)行歸一化，利用歸一化的結(jié)果進(jìn)行煤火的監(jiān)測(cè)，最小化由于方法和圖像的差異而導(dǎo)致的煤火監(jiān)測(cè)誤差?，F(xiàn)有技術(shù)中存在煤火監(jiān)測(cè)誤差較大的問題，對(duì)于該問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種獲取地下煤火變化信息的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中煤火監(jiān)測(cè)誤差較大的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種獲取地下煤火變化信息的方法。本發(fā)明的獲取地下煤火變化信息的方法包括在第一時(shí)間和第二時(shí)間分別根據(jù)獲取的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度反演以確定煤田在第一時(shí)間的地面溫度以及在第二時(shí)間的地面溫度；根據(jù)煤田在第一時(shí)間的地面溫度、第二時(shí)間的地面溫度以及預(yù)先設(shè)置的煤田發(fā)生煤火的概率，得出煤田的煤火強(qiáng)度變化。進(jìn)一步地，所述方法還包括確定煤田在第一時(shí)間和第二時(shí)間的煤火范圍；根據(jù)煤田在第一時(shí)間和第二時(shí)間的煤火范圍以及所述概率得出煤田的煤火空間變化。進(jìn)一步地，在所述進(jìn)行溫度反演之前，還包括根據(jù)選取的煤田地質(zhì)信息、地物信息和煤田影像，計(jì)算煤田發(fā)生煤火的概率。進(jìn)一步地，計(jì)算煤田發(fā)生煤火的概率包括按照如下公式進(jìn)行計(jì)算P。。alfiM = Σ CiLi ；其中P—表示所述煤田的柵格化圖像中每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的煤田局部發(fā)生煤火的概率，Ci為所述概率的第i個(gè)主成份的權(quán)重系數(shù)，表示主成份i對(duì)應(yīng)的煤火相關(guān)信息的種類與煤火發(fā)生的相關(guān)程度，且Σ Ci = 1 為第i個(gè)所述主成份的歸一化取值，表示根據(jù)第i個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的煤火相關(guān)信息與煤火的相關(guān)性所取的值。進(jìn)一步地，根據(jù)獲取的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度反演包括根據(jù)ASTER熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行 TES溫度反演。進(jìn)一步地，根據(jù)獲取的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度反演包括根據(jù)TM/TEM+熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行單窗溫度反演。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，根據(jù)結(jié)合設(shè)置的發(fā)生煤火的概率對(duì)煤火強(qiáng)度變化進(jìn)行分析，能夠方便、準(zhǔn)確地獲取更準(zhǔn)確的煤火強(qiáng)度變化的信息。


說明書附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工程機(jī)械的移動(dòng)控制方法的主要步驟的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的衛(wèi)星熱紅外煤火監(jiān)測(cè)基本流程的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的由煤火熱信息形成煤火發(fā)生可能性概率的方法的主要流程示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的煤火監(jiān)測(cè)的主要流程的示意圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)地煤火檢測(cè)與實(shí)地踏勘的結(jié)果對(duì)比的示意圖。
具體實(shí)施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工程機(jī)械的移動(dòng)控制方法的主要步驟的流程圖，如圖 1所示，該方法主要包括如下步驟步驟Sll 在第一時(shí)間和第二時(shí)間分別根據(jù)煤田的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度反演以確定煤田在第一時(shí)間的地面溫度以及在第二時(shí)間的地面溫度；步驟S13 根據(jù)煤田在第一時(shí)間的地面溫度、第二時(shí)間的地面溫度以及預(yù)先設(shè)置的煤田發(fā)生煤火的概率，得出煤田的煤火強(qiáng)度變化。從上述步驟可以看出，本實(shí)施例中根據(jù)煤田的熱紅外數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)置的發(fā)生煤火的概率對(duì)煤火強(qiáng)度變化進(jìn)行分析，這有助于獲取更準(zhǔn)確的煤火強(qiáng)度變化的信息。以下對(duì)此作進(jìn)一步說明?；谛l(wèi)星遙感的煤火熱信息提取需要回答的一個(gè)最主要問題就是在得到的地表熱場(chǎng)影像中，哪些高溫異常是由于地下煤火燃燒引起的，以及如何通過這些提取的熱異常信息確定地下煤層的燃燒范圍和強(qiáng)度。就目前各種衛(wèi)星熱紅外傳感器可提供的空間分辨率 (大于50m)而言，難以在較小尺度上提供精確的地下煤火分布信息。要進(jìn)一步的提高煤火遙感監(jiān)測(cè)的精度就必須在衛(wèi)星熱紅外影像的基礎(chǔ)上融合監(jiān)測(cè)區(qū)域的其他煤火輔助信息，以此分離地表熱場(chǎng)中煤火相關(guān)的信息，達(dá)到提高煤火識(shí)別精度的目的。地下煤火的發(fā)育和發(fā)展，除了地表熱異常這一主要的直觀反映外，還與諸多因素相聯(lián)系。其中最主要的要素包括煤層地質(zhì)條件、地表裂隙分布狀況、地物類型等。利用這些輔助信息可更精確的區(qū)分出煤火熱異常與非煤火熱異常，同時(shí)，也可以有效的提高地下煤火空間分布的識(shí)別精度。為充分的整合煤火相關(guān)信息，本實(shí)施例引入煤火發(fā)生的概率進(jìn)行分析。就通過衛(wèi)星熱紅外遙感技術(shù)對(duì)地下煤火監(jiān)測(cè)而言，由于熱場(chǎng)、光場(chǎng)信息獲取的精度和不確定性，以及煤火系統(tǒng)本身固有的復(fù)雜性等原因，很難以一個(gè)完善的確定性模型來(lái)對(duì)地下煤火系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。而在提取煤火相關(guān)信息的基礎(chǔ)上，依據(jù)煤火發(fā)生的環(huán)境條件， 計(jì)算給定空間分辨率圖像上各像元的煤火發(fā)生可能性概率，結(jié)合火區(qū)熱圖像就可以得到更為準(zhǔn)確的煤田火區(qū)的分布。地下煤火的發(fā)展變化，除了包括煤火的時(shí)間變化，還包括煤火的空間變化。在本實(shí)施例中還可以進(jìn)一步確定煤田在第一時(shí)間和第二時(shí)間的煤火范圍，結(jié)合上述的煤火發(fā)生概率，可以根據(jù)煤田在第一時(shí)間和第二時(shí)間發(fā)生煤火的概率以及在第一時(shí)間和第二時(shí)間的煤火范圍得出煤田的煤火空間變化。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的衛(wèi)星熱紅外煤火監(jiān)測(cè)基本流程的示意圖。以下結(jié)合圖2對(duì)本實(shí)施例的該流程作具體說明。衛(wèi)星遙感的煤火監(jiān)測(cè)就是利用遙感手段對(duì)煤火的熱異常區(qū)域做出判斷，反演出煤火的強(qiáng)度和空間分布；同時(shí)通過多層次、周期性的遙感信息獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層自燃的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)際上就是對(duì)多層次、周期性煤火信息的變化檢測(cè)。 如圖2所示，本實(shí)施例中，利用了 ASTER熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行TES溫度反演，另外也可以利利TM/ETM熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行單窗溫度反演，以得到地面溫度。以下對(duì)熱紅外溫度反演加
5以說明。常溫地物發(fā)射的電磁波即熱輻射主要在大于3μπι的中遠(yuǎn)紅外區(qū)，它的輻射能量的強(qiáng)度和波譜位置是物質(zhì)類型和溫度的函數(shù)。而地下煤火在地表的直接標(biāo)志之一就是各種熱異常場(chǎng)。熱紅外遙感探測(cè)主要就是針對(duì)地下煤火產(chǎn)生的熱異常而設(shè)計(jì)的探測(cè)方法，主要目的即是發(fā)現(xiàn)熱異常，圈定可能的煤火異常區(qū)域。利用熱紅外遙感對(duì)煤田火區(qū)進(jìn)行探測(cè)即是要通過熱紅外衛(wèi)星影像對(duì)探測(cè)區(qū)域的溫度場(chǎng)進(jìn)行識(shí)別，提取區(qū)域熱異常區(qū)域，并在此基礎(chǔ)上區(qū)分各類高溫地物，提取由于煤火而形成的地表熱異常即是煤火異常區(qū)域。因此，應(yīng)用熱紅外傳感器反演地表溫度應(yīng)是遙感煤火探測(cè)的一個(gè)主要工作。用熱紅外傳感器反演地表溫度是基于普朗克定律，如式(1)所示。
權(quán)利要求
1.一種獲取地下煤火變化信息的方法，其特征在于，包括在第一時(shí)間和第二時(shí)間分別根據(jù)煤田的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度反演以確定煤田在第一時(shí)間的地面溫度以及在第二時(shí)間的地面溫度；根據(jù)煤田在第一時(shí)間的地面溫度、第二時(shí)間的地面溫度以及預(yù)先設(shè)置的煤田發(fā)生煤火的概率，得出煤田的煤火強(qiáng)度變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括確定煤田在第一時(shí)間和第二時(shí)間的煤火范圍；根據(jù)煤田在第一時(shí)間和第二時(shí)間的煤火范圍以及所述概率得出煤田的煤火空間變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述進(jìn)行溫度反演之前，還包括根據(jù)選取的煤田地質(zhì)信息、地物信息和煤田影像，計(jì)算煤田發(fā)生煤火的概率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，計(jì)算煤田發(fā)生煤火的概率包括按照如下公式進(jìn)行計(jì)算P。。alfire =Σ CiLi ；其中P—表示所述煤田的柵格化圖像中每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的煤田局部發(fā)生煤火的概率，Ci為所述概率的第i個(gè)主成份的權(quán)重系數(shù)，表示主成份i對(duì)應(yīng)的煤火相關(guān)信息的種類與煤火發(fā)生的相關(guān)程度，且Σ Ci = 1 為第i個(gè)所述主成份的歸一化取值，表示根據(jù)第i個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的煤火相關(guān)信息與煤火的相關(guān)性所取的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)獲取的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度反演包括根據(jù)ASTER熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行TES溫度反演。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)獲取的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度反演包括根據(jù)TM/TEM+熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行單窗溫度反演。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種獲取地下煤火變化信息的方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中煤火監(jiān)測(cè)誤差較大的問題。該方法包括在第一時(shí)間和第二時(shí)間分別根據(jù)煤田的熱紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度反演以確定煤田在第一時(shí)間的地面溫度以及在第二時(shí)間的地面溫度；根據(jù)煤田在第一時(shí)間的地面溫度、第二時(shí)間的地面溫度以及預(yù)先設(shè)置的煤田發(fā)生煤火的概率，得出煤田的煤火強(qiáng)度變化。使用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠方便、準(zhǔn)確地獲取更準(zhǔn)確的煤火強(qiáng)度變化的信息。
文檔編號(hào)G01V8/10GK102176067SQ20111003342
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者孔冰, 蒲秋, 馬建偉 申請(qǐng)人:神華(北京)遙感勘查有限責(zé)任公司, 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司