煤田火区的监测方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤田火区的监测方法和装置。该煤田火区的监测方法包括：获取地面上目标区域的高光谱热红外影像；通过目标区域的高光谱热红外影像获取目标区域内物体的热辐射信息；根据目标区域内物体的热辐射信息获取目标区域内的温度异常区域；以及由目标区域内的温度异常区域确定高光谱热红外影像中的煤田火区的位置。通过本发明，解决了相关技术中不能准确地监测煤田火区位置的问题。
【专利说明】煤田火区的监测方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及地质勘探领域，具体而言，涉及一种煤田火区的监测方法和装置。
【背景技术】
[0002]中国北方地区煤炭资源十分丰富，是主要的煤炭开发与综合利用基地。由于大部分煤田的煤层厚、赋存浅，并且处于干旱和半干旱环境中，因此煤层极易氧化自燃，进而形成大面积煤田火区和矿井火。另外，煤田的大规模开发，使煤层大面积裸露，更加速了煤田火区的蔓延，这不仅直接破坏了煤炭资源，而且还间接造成了数十倍的待滞资源的不能开发，进而直接危害了煤矿的安全生产。目前，地下煤田火区已经成为涉及资源保护、生态环境、人口及经济发展的全局性的问题。
[0003]例如，煤层燃烧时释放大量有害气体会引发地面沉降、饮用水污染和动植物群落破坏等一系列生态环境问题。
[0004]为消除煤田自燃的发生和发展，在相关技术中，对于煤田火区的监测，一般采用钻孔测温和气体分析方案，或者采用地面光谱监测方案，或者采用单波段热红外遥感影像方案，但是上述方案技术单一，对于煤田火区的轮廓的监测准确度不高，进而无法很好的指导灭火工程的实施。
[0005]例如，钻孔测温和气体分析方案只能监测到一些离散的煤田火区点，而这些离散的煤田火区点不能准确地反映整个煤田火区即位置。
[0006]针对相关技术中不能准确地监测煤田火区的位置的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于提供一种煤田火区的监测方法和装置，以解决相关技术中不能准确地监测煤田火区的轮廓的问题。
[0008]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤田火区的监测方法。该方法包括:获取地面上目标区域的高光谱热红外影像；通过目标区域的高光谱热红外影像获取目标区域内物体的热辐射信息；根据目标区域内物体的热辐射信息获取目标区域内的温度异常区域；以及由目标区域内的温度异常区域确定高光谱热红外影像中的煤田火区的位置。
[0009]进一步地，在通过目标区域的高光谱热红外影像获取目标区域内物体的热辐射信息之后，煤田火区的监测方法还包括:分离物体的热辐射信息，获取物体的热辐射信息对应的物体的温度和物体的发射率，其中，根据目标区域内物体的热辐射信息获取目标区域内的温度异常区域包括:根据物体的温度获取目标区域内的温度异常区域；根据物体的发射率将温度异常区域内的物体进行区分并将温度异常区域内的物体异常区域剔除；将剔除物体异常区域后的温度异常区域作为高光谱热红外影像中的煤田火区。
[0010]进一步地，在由目标区域内的温度异常区域确定高光谱热红外影像中的煤田火区的位置之前，煤田火区的监测方法还包括:获取目标区域的高分辨率可见光遥感影像；根据高分辨率可见光遥感影像获取目标区域内物体的分类图；将物体的分类图与剔除物体异常区域后的温度异常区域的高光谱热红外影像叠加，得到物体分类-高光谱热红外叠加影像；以及将高光谱热红外影像中与物体分类-高光谱热红外叠加影像对应的区域作为煤田火区。
[0011]进一步地，在由目标区域内的温度异常区域确定高光谱热红外影像中的煤田火区的位置之前，煤田火区的监测方法还包括:获取目标区域的高分辨率雷达影像；根据高分辨率雷达影像获取目标区域的地面沉降图；将地面沉降图与分类-高光谱热红外叠加影像叠加，得到地面沉降-物体分类-高光谱热红外叠加影像；以及将高光谱热红外影像中与地面沉降-物体分类-高光谱热红外叠加影像对应的区域作为煤田火区。
[0012]进一步地，获取目标区域的高分辨率雷达影像包括:获取目标区域的多期高分辨率雷达影像。
[0013]为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种煤田火区的监测装置。该装置包括:第一获取单元，用于获取地面上目标区域的高光谱热红外影像；第二获取单元，用于通过目标区域的高光谱热红外影像获取目标区域内物体的热辐射信息；第三获取单元，用于根据目标区域内物体的热辐射信息获取目标区域内的温度异常区域；以及确定单元，用于由目标区域内的温度异常区域确定高光谱热红外影像中的煤田火区的位置。
[0014]进一步地，煤田火区的监测装置还包括:分离单元，用于在通过目标区域的高光谱热红外影像获取目标区域内物体的热辐射信息之后，分离物体的热辐射信息，获取物体的热辐射信息对应的物体的温度和物体的发射率，其中，第三获取单元包括:第一获取模块，用于根据物体的温度获取目标区域内的温度异常区域；剔除模块，用于根据物体的发射率将温度异常区域内的物体进行区分并将温度异常区域内的物体异常区域剔除；确定模块，用于将剔除物体异常区域后的温度异常区域作为高光谱热红外影像中的煤田火区。
[0015]进一步地，煤田火区的监测装置还包括:第四获取单元，用于在由目标区域内的温度异常区域确定高光谱热红外影像中的煤田火区的位置之前，获取目标区域的高分辨率可见光遥感影像；第五获取单元，用于根据高分辨率可见光遥感影像获取目标区域内物体的分类图；第一叠加单元，用于将物体的分类图与剔除物体异常区域后的温度异常区域的高光谱热红外影像叠加，得到物体分类-高光谱热红外叠加影像；以及确定单元还用于将高光谱热红外影像中与物体分类-高光谱热红外叠加影像对应的区域作为煤田火区。
[0016]进一步地，煤田火区的监测装置还包括:第六获取单元，用于在由目标区域内的温度异常区域确定高光谱热红外影像中的煤田火区的位置之前，获取目标区域的高分辨率雷达影像；第七获取单元，用于根据高分辨率雷达影像获取目标区域的地面沉降图；第二叠加单元，用于将地面沉降图与分类-高光谱热红外叠加影像叠加，得到地面沉降-物体分类-高光谱热红外叠加影像；以及确定单元将高光谱热红外影像中与地面沉降-物体分类-高光谱热红外叠加影像对应的区域作为煤田火区。
[0017]进一步地，第六获取单元还用于获取目标区域的多期高分辨率雷达影像。
[0018]通过本发明，采用获取地面上目标区域的高光谱热红外影像；通过所述目标区域的高光谱热红外影像获取所述目标区域内物体的热辐射信息；根据所述目标区域内物体的热辐射信息获取所述目标区域内的温度异常区域；以及由所述目标区域内的温度异常区域确定所述高光谱热红外影像中的煤田火区的位置，解决了相关技术中不能准确地监测煤田火区的轮廓的问题，进而达到了准确监测煤田火区的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1是根据本发明第一实施例的煤田火区的监测方法的流程图；
[0021]图2是根据本发明实施例的用M0DTRAN反演的与TASI波段设置相一致的大气上、下行辐射的曲线图；
[0022]图3是根据本发明实施例的用M0DTRAN模拟的与TASI波段设置相一致的大气透过率的曲线图；
[0023]图4是根据本发明第二实施例的煤田火区的监测方法的流程图；
[0024]图5是根据本发明第一实施例的煤田火区的监测装置的结构示意图；以及
[0025]图6是根据本发明第二实施例的煤田火区的监测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0027]为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
[0028]需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
[0029]根据本发明的实施例，提供了一种煤田火区的监测方法，该煤田火区的监测方法用于监测目标区域内的煤田火区。该煤田火区的监测方法可以运行在计算机处理设备上。
[0030]图1是根据本发明第一实施例的煤田火区的监测方法的流程图。
[0031]如图1所示，该方法包括如下的步骤SlOl至步骤S104:
[0032]步骤S101，获取地面上目标区域的高光谱热红外影像。
[0033]目标区域可以是预先设定的地球表面上的区域，例如，目标区域可以是地理意义上的中国的华北地区等。高光谱热红外影像用于记录地面上目标区域内的物体的热辐射信息。需要说明的是，高光谱是指波长为8-12微米的光谱。在本发明实施例中，地面上目标区域内的物体可以为地物，其中，地物是指地面上各种有形物(如山川、森林、建筑物等)和无形物(如省、县界等)的总称，泛指地球表面上相对固定的物体，以下简称地物。
[0034]获取地面上目标区域的高光谱热红外影像可以通过热探测器获取目标区域内地物的高光谱热红外影像。需要说明的是，本发明实施例所采用的高光谱热红外影像的实验数据可以是由机载TASI600高光谱热红外传感器所拍摄的，其中，高光谱的波段范围可以为8000nm-1150nm，其波段间隔可以为IOOnm左右。
[0035]在获取到地面上目标区域的高光谱热红外影像之后，可以对高光谱热红外影像进行大气校正，大气校正可以实现从传感器辐亮度到地面辐亮度的转换。
[0036]具体地，假设地表为朗伯体，则结合Kirchhoff定律，可以通过以下公式将传感器辐亮度转化为地面辐亮度:
[0037]L「TiEiBi (Ts) + τ j (1- ε j) Latm !，i+Latm t ； t( I)
[0038]其中，Li为传感器接收到的第i波段的辐射亮度值，ε i为第i波段的发射率，Bi(Ts)为黑体在目标地物辐射温度为Ts下的发射辐射，Bi表示普朗克函数，τ i为第i波段的大气透过率，Latm ,」和Latni I ；i分别为大气的大气上、下行辐射。例如,可以用M0DTRAN反演的与TASI波段设置相一致的大气上、下行辐射，以及可以用M0DTRAN模拟得到与TASI波段设置相一致的大气透过率，如图2所示,实线表示大气上行辐射,虚线表示大气下行辐射，如图3所示,实线表示大气透过率。
[0039]步骤S102，通过目标区域的高光谱热红外影像获取目标区域内物体的热辐射信
肩、O
[0040]由于所有的物体，只要其温度超过绝对零度(即卡尔文摄氏度)，就会发射出红外辐射(又称热辐射)，因此高光谱热红外影像可以包含物体的温度(T)信息和比辐射率(ε )信息，其中，比辐射率是指在相同的温度和波长下，物体的辐射出射度与黑体的辐射出射度的比值，比辐射率无量纲，其值在O~I之间。比辐射率是物体的特有属性，与所发射的热红外波波长相关。另外，比福射率也称为发射率。
[0041]在本发明实施例中，目标区域内的地物根据其性质等因素可以具有不同的温度信息，因此根据高光谱热红外影像的温度信息可以获取目标区域中不同地物的温度。例如，可以分别获取山川、河流、煤矿等地物的温度，并且由于地物之间存在差异，因此不同的地物其温度可以不问。
[0042]在获取目标地物的最佳估计值之后，目标地物的发射率可以通过以下公式计算得到:
【权利要求】
1.一种煤田火区的监测方法，其特征在于，包括: 获取地面上目标区域的高光谱热红外影像； 通过所述目标区域的高光谱热红外影像获取所述目标区域内物体的热辐射信息； 根据所述目标区域内物体的热辐射信息获取所述目标区域内的温度异常区域；以及 由所述目标区域内的温度异常区域确定所述高光谱热红外影像中的煤田火区的位置。
2.根据权利要求1所述的煤田火区的监测方法，其特征在于， 在通过所述目标区域的高光谱热红外影像获取所述目标区域内物体的热辐射信息之后，所述煤田火区的监测方法还包括:分离所述物体的热辐射信息，获取所述物体的热辐射信息对应的所述物体的温度和所述物体的发射率， 其中，根据所述目标区域内物体的热辐射信息获取所述目标区域内的温度异常区域包括:根据所述物体的温度获取所述目标区域内的所述温度异常区域；根据所述物体的发射率将所述温度异常区域内的物体进行区分并将所述温度异常区域内的物体异常区域剔除；将剔除所述物体异常区域后的所述温度异常区域作为所述高光谱热红外影像中的煤田火区。
3.根据权利要求2所述的煤田火区的监测方法，其特征在于，在由所述目标区域内的温度异常区域确定所述高光谱热红外影像中的煤田火区的位置之前，所述煤田火区的监测方法还包括: 获取所述目标区域的 高分辨率可见光遥感影像； 根据所述高分辨率可见光遥感影像获取所述目标区域内所述物体的分类图； 将所述物体的分类图与剔除所述物体异常区域后的所述温度异常区域的所述高光谱热红外影像叠加，得到物体分类-高光谱热红外叠加影像；以及 将所述高光谱热红外影像中与所述物体分类-高光谱热红外叠加影像对应的区域作为煤田火区。
4.根据权利要求3所述的煤田火区的监测方法，其特征在于，在由所述目标区域内的温度异常区域确定所述高光谱热红外影像中的煤田火区的位置之前，所述煤田火区的监测方法还包括: 获取所述目标区域的高分辨率雷达影像； 根据所述高分辨率雷达影像获取所述目标区域的地面沉降图； 将所述地面沉降图与所述分类-高光谱热红外叠加影像叠加，得到地面沉降-物体分类-高光谱热红外叠加影像；以及 将所述高光谱热红外影像中与所述地面沉降-物体分类-高光谱热红外叠加影像对应的区域作为煤田火区。
5.根据权利要求4所述的煤田火区的监测方法，其特征在于，获取所述目标区域的高分辨率雷达影像包括:获取所述目标区域的多期高分辨率雷达影像。
6.一种煤田火区的监测装置，其特征在于，包括: 第一获取单元，用于获取地面上目标区域的高光谱热红外影像； 第二获取单元，用于通过所述目标区域的高光谱热红外影像获取所述目标区域内物体的热辐射信息； 第三获取单元，用于根据所述目标区域内物体的热辐射信息获取所述目标区域内的温度异常区域；以及 确定单元，用于由所述目标区域内的温度异常区域确定所述高光谱热红外影像中的煤田火区的位置。
7.根据权利要求6所述的煤田火区的监测装置，其特征在于，所述煤田火区的监测装置还包括: 分离单元，用于在通过所述目标区域的高光谱热红外影像获取所述目标区域内物体的热辐射信息之后，分离所述物体的热辐射信息，获取所述物体的热辐射信息对应的所述物体的温度和所述物体的发射率， 其中，所述第三获取单元包括:第一获取模块，用于根据所述物体的温度获取所述目标区域内的所述温度异常区域；剔除模块，用于根据所述物体的发射率将所述温度异常区域内的物体进行区分并将所述温度异常区域内的物体异常区域剔除；确定模块，用于将剔除所述物体异常区域后的所述温度异常区域作为所述高光谱热红外影像中的煤田火区。
8.根据权利要求7所述的煤田火区的监测装置，其特征在于，所述煤田火区的监测装置还包括: 第四获取单元，用于在由所述目标区域内的温度异常区域确定所述高光谱热红外影像中的煤田火区的位置之前，获取所述目标区域的高分辨率可见光遥感影像； 第五获取单元，用于根据所述高分辨率可见光遥感影像获取所述目标区域内所述物体的分类图； 第一叠加单元，用于将所述物体的分类图与剔除所述物体异常区域后的所述温度异常区域的所述高光谱热红外影像叠加，得到物体分类-高光谱热红外叠加影像；以及 所述确定单元还用于将所述高光谱热红外影像中与所述物体分类-高光谱热红外叠加影像对应的区域作为煤田火区。`
9.根据权利要求8所述的煤田火区的监测装置，其特征在于，所述煤田火区的监测装置还包括: 第六获取单元，用于在由所述目标区域内的温度异常区域确定所述高光谱热红外影像中的煤田火区的位置之前，获取所述目标区域的高分辨率雷达影像； 第七获取单元，用于根据所述高分辨率雷达影像获取所述目标区域的地面沉降图； 第二叠加单元，用于将所述地面沉降图与所述分类-高光谱热红外叠加影像叠加，得到地面沉降-物体分类-高光谱热红外叠加影像；以及 所述确定单元将所述高光谱热红外影像中与所述地面沉降-物体分类-高光谱热红外叠加影像对应的区域作为煤田火区。
10.根据权利要求9所述的煤田火区的监测装置，其特征在于，所述第六获取单元还用于获取所述目标区域的多期高分辨率雷达影像。
【文档编号】G01J5/00GK103760619SQ201410007019
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】肖金榜, 张敦芳, 李红玲, 李晓琴 申请人:中国神华能源股份有限公司, 神华地质勘查有限责任公司