一种采煤沉陷水域面积计算方法与流程

本发明涉及测绘科学与技术领域，尤其涉及一种采煤沉陷水域面积计算方法。

背景技术：

煤矿沉陷区是地下煤炭被采出后，将在原位形成采空区，随着采空区面积增大，上覆岩层将会发生移动与变形，当采空区面积达到一定程度后，上覆岩层的变形和破坏将会影响到地表，引起地面沉陷，地下水会不断的漫入地面，或随着时间的推移，雨雪的汇入，最终形成一块沉陷区域，随着掘进面的加大，沉陷区也随之加大，地表的积水也不断的加深，对地表的测量工作造成一定的困难。

在计算采煤沉陷水域面积过程中，技术人员发现，采煤沉陷区环境复杂，不规则的沉陷水域地形和矿区特有的人文环境导致水体，最终造成水体面积解译难度大，精度低。

因此，如何解决现有技术的问题，是急需解决的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种采煤沉陷水域面积计算方法，以解决现有技术中因沉陷区环境复杂、不规则等导致水体面积解译难度大等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种采煤沉陷水域面积计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、正射影像图生产

使用无人机在采煤沉陷区水域上方进行航空摄影，并对影像先后进行影像畸变矫正、云光处理、空三加密后获得采煤区正射影像图；

步骤2、arcgis软件目视解译正射影像图

将采煤区正射影像图导入arcgis软件中，通过实地考察和航拍获得的正射影像的特征，在arcgis软件catalog中创建新shapefile文件，进行面编辑，使用目视解译的方法采集水域边界特征点数据，基于边界特征点数据计算沉陷水域面积。

进一步，步骤1之前还包括在采煤沉陷区水域边缘布设多个像控点。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供一种采煤沉陷水域面积计算方法，充分考虑到采煤沉陷区与天然湖泊和人工水库的差异。解决了由不规律的沉陷水域地形和采煤区特有的人文环境导致的沉陷水域提取困难，最终造成采煤沉陷水域面积计算精度低的问题。对矿区核算水资源量，规划沉陷水域用途做出了更有效的决策作用。

附图说明

图1为淮南采煤区正射影像图；

图2为arcgis创建shapefile图；

图3为arcgis软件面编辑图；

图4为淮南采煤区沉陷水域面积图；

图5为归一化水体指数计算出的沉陷水域面积图；

图6为确定分类阈值后的沉陷水域面积图。

具体实施方式

下面，举实施例说明本发明，但是，本发明并不限于下述的实施例。

通过无人机航空摄影测量获取低空摄影的高分辨率影像资料后，使用空三软件，先后经过影像畸变矫正、云光处理、经过空三加密创建采煤区正射影像图。

将采煤区正射影像图导入arcgis软件中，通过实地考察和航拍获得的正射影像的特征，通过实地考察和航拍获得的正射影像的特征，尽管有的水域表面存在浮游生物，水中有未沉陷的房屋，但仍可以清晰确定水域的分布范围。arcgis下创建新图层，使用目视解译的方法采集水域边界特征点数据，基于边界特征点数据计算沉陷水域面积。

下载采煤区范围的sentinel-2多光谱遥感影像数据，导入envi软件，辐射定标与大气校正后，使用归一化水体指数计算沉陷水域面积。

对比采煤区正射影像图与sentinel-2多光谱遥感影像数据计算出的沉陷水域面积，精度明显提高。

本发明经实际验证，方法可行，并有积极的效果，以中国淮南矿区为例，具体情况是：

由图1，在淮南采煤区通过无人机航空摄影测量获取低空摄影的高分辨率影像资料后，使用空三软件，先后经过影像畸变矫正、云光处理、经过空三加密后创建淮南采煤区正射影像图。

由图2，将淮南采煤区正射影像图导入arcgis软件中，通过实地考察和航拍获得的正射影像的特征，通过实地考察和航拍获得的正射影像的特征，尽管有的水域表面存在浮游生物，水中有未沉陷的房屋，但仍可以清晰确定水域的分布范围。在arcgis下创建新图层，在catalog里新建shapefile文件。

由图3，在正射影像图层进行面编辑。使用目视解译的方法采集水域边界特征点数据，基于边界特征点数据计算沉陷水域面积。

由图4，经统计计算，至航拍时间段，淮南采煤区内沉陷水域面积约为53.61km²。

下载同一时期淮南采煤区范围的sentinel-2多光谱遥感影像数据，导入envi软件，进行辐射定标与大气校正。

辐射定标的公式如下：

radiance＝gain*dn+offset式(1)

式中：gain、offset为定标参数，可由下载影像的信息文件中提取。

大气校正主要为消除由大气影响所造成的传感器接收到的地物辐射中含有的大气散射等引起的辐射误差，进而反演地物真实的表面反射率的过程。本实验采用flaash(fastline-of-sightatmosphericanalysisofspectralhypercubes)模型大气校正方法。

由图5，使用归一化水体指数计算沉陷水域面积。

归一化水体指数的公式如下：

ndwi＝(rg-rnir)/(rg+rnir)式2

式中：rg、rnir分别为绿色波段、近红外波段的反射率。

由图6，在实验区域内，地物主要水体、植被、土壤、建筑物，水体与土壤、植被的ndwi的值相差较大，水体大于0，而植被、土壤等小于0，建筑物与水泥路面接近于0，以0作为水体与其他地物的分类阈值，无法很好的将建筑物与水泥路面等区分开。通过选取图像上相应的建筑物、水泥路分析发现，其ndwi值多小于0.01，因此，选择0.01作为区分水体与非水体的阈值，得到沉陷水域面积图。

利用水体范围空间分布遥感影像，统计实验区内水体像元个数，计算实验区内水体面积。淮南采煤区内沉陷水域面积约为43.42km²。

淮南采煤区正射影像图与同一时期淮南采煤区范围的sentinel-2多光谱遥感影像图所得出实验区内沉陷水域面积相差约10.19km²。

总之，本发明与常规沉陷水域面积计算方法相比，充分考虑到采煤沉陷区与天然湖泊和人工水库的差异。解决了由不规律的沉陷水域地形和采煤区特有的人文环境导致的沉陷水域提取困难，最终造成采煤沉陷水域面积计算精度低的问题。对矿区核算水资源量，规划沉陷水域用途做出了更有效的决策作用。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种采煤沉陷水域面积计算方法，涉及测绘科学与技术领域，该方法包括：使用无人机在采煤沉陷区水域上方进行航空摄影，并对影像先后进行影像畸变矫正、云光处理、空三加密后获得采煤区正射影像图；将采煤区正射影像图导入ArcGIS软件中，在ArcGIS软件Catalog中创建新shapefile文件，进行面编辑，使用目视解译的方法采集水域边界特征点数据，基于边界特征点数据计算沉陷水域面积；本发明分解决了由不规律的沉陷水域地形和采煤区特有的人文环境导致的沉陷水域提取困难，最终造成采煤沉陷水域面积计算精度低的问题。对矿区核算水资源量，规划沉陷水域用途做出了更有效的决策作用。

技术研发人员：徐良骥;李科;张传才;张坤;牛亚超;宋承运
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2019.04.30
技术公布日：2019.08.09