煤田自燃灾害遥感信息与区域地质综合研究

论文摘要

煤层自燃是煤炭资源的主要危害之一,它对煤层的破坏作用巨大,导致自燃煤层周围煤炭资源的开采困难和贬值,同时也对生态环境产生了恶劣影响。在全球范围内,许多煤田都存在煤层自燃问题。由于我国西北地区煤田特殊的地理位置以及适宜的气候条件,使中国成为世界上煤田自燃灾害最为严重的国家。我国大面积煤田火灾主要分布在新疆、内蒙古和宁夏等地区,给我国煤炭资源及生态环境造成很大损失和破坏,监测和治理煤火已成为亟待解决的问题。因此本文在充分研究掌握煤田区域地质特征基础上,选择具有代表性的内蒙古古拉本地区进行重点研究,以遥感技术和煤田火区自燃研究的新技术、新方法为指导思想,结合区域地质结构构造特征,应用高光谱遥感图像、TM遥感图像等多种遥感图像,重点研究区域地质构造对煤火的控制作用、高光谱图像的预处理、热红外和烧变岩信息提取等,掌握高光谱遥感在煤田自燃领域的研究方法,达到煤火有效监测的目的。通过对内蒙古古拉本矿区煤田火区进行区域地质和遥感信息的综合研究,所取得的主要进展如下:1.利用高光谱夜航图像进行了火区的准确定位从宏观上准确圈定了火区范围、温度异常区范围、高温异常区范围。2.利用夜航航空高光谱扫描图像进行了地物红外辐射温度反演。研究表明大于70℃的区域可作为高温异常区。图像辐射温度的大小不仅与实际辐射温度高低有关,还与热异常面积有关。3.根据高光谱遥感图像各波段包含的信息量、波段间的相关性及影像中各地物亮度值光谱曲线的差异性来进行最佳波段选择,以达到遥感数据各地物的有效分类,弥补了以往波段选择的不足之处,取得了较好的效果。4.首次从区域构造角度对古拉本地区煤层的分布以及煤田自燃特征进行了分析,认为区域地质对煤田自燃的控制起着决定性的作用。5.对研究区的高光谱遥感数据进行了多种方法的预处理,使图像质量得到很大改善,为后续信息提取研究提供了良好的信息源。6.对研究区广泛发育的烧变岩信息进行了提取研究。7.采用热红外遥感图像对煤火异常信息进行了分析和处理,甄别出了重要的热异常信息。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据和意义
• 1.2 煤田自燃监测防治研究现状及存在问题
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 遥感技术在煤田自燃研究中的应用
• 1.2.3 存在问题
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 研究思路与方法
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 主要工作量
• 1.6 主要研究成果
• 第2章 研究区区域地质概况
• 2.1 研究区概况
• 2.2 大地构造单元划分
• 2.3 地层
• 2.4 区域地质构造演化
• 第3章 煤田地质特征与遥感信息源选择
• 3.1 研究区煤田地质概况
• 3.1.1 含煤地层
• 3.1.2 煤质
• 3.1.3 火区概况
• 3.2 煤火特征
• 3.2.1 地物反射波谱特征
• 3.2.2 地物热辐射特征
• 3.2.3 岩石的光谱特性
• 3.2.4 火区的地表指示性特征
• 3.2.5 煤层自燃热扩散规律
• 3.3 遥感信息源选择
• 3.3.1 航空高光谱遥感数据
• 3.3.2 QUICKBIRD图像数据
• 3.3.3 ETM图像数据
• 3.3.4 IKNOS图像数据
• 3.3.5 夜航图像温度反演
• 第4章 构造作用对煤层自燃的控制
• 4.1 概述
• 4.2 解译标志的建立
• 4.3 构造特征分析
• 4.4 断裂解译
• 4.4.1 断裂构造遥感研究
• 4.4.2 断裂构造信息的增强与提取
• 4.4.3 断层对自燃的控制
• 4.5 褶皱解译
• 4.6 小结
• 第5章 高光谱数据预处理
• 5.1 高光谱数据的获取和地面定标数据的获取
• 5.1.1 高光谱数据获取
• 5.1.2 地面同步定标数据的采集
• 5.1.3 航空高光谱图像处理
• 5.2 高光谱图像质量评价
• 5.2.1 高光谱数据源的优势
• 5.2.2 图像质量评价
• 5.3 OMIS 1数据降维处理
• 5.3.1 OMIS 1波长排序
• 5.3.2 降维处理
• 5.3.3 波段选择
• 5.3.4 处理子区选择
• 5.4 辐射畸变
• 5.5 几何畸变
• 5.5.1 正切校正
• 5.5.2 扭曲校正
• 5.5.3 偏航校正
• 5.5.4 控制点校正
• 5.6 高光谱图像噪音去除
• 5.6.1 OMIS 1条带噪音的消除
• 5.6.2 OMIS 1随机点状噪音的消除
• 5.6.3 MNF变换
• 5.7 高光谱图像反射率反演
• 5.7.1 基于遥感影像特征的反射率反演
• 5.7.2 经验线性模型反演
• 5.7.3 其它反演模型
• 5.8 地表温度反演
• 5.8.1 利用热红外传输方程进行地表温度反演
• 5.8.2 仪器定标
• 5.8.3 地面定标
• 5.9 高光谱图像处理
• 5.10 小结
• 第6章 烧变岩信息提取
• 6.1 烧变岩特征
• 6.2 烧变岩波谱特征
• 6.3 地面测试信息
• 6.4 烧变岩信息提取
• 6.4.1 假彩色合成法
• 6.4.2 波段运算
• 6.4.3 Z-Profile和光谱匹配分析
• 6.4.4 实测光谱反演
• 6.5 小结
• 第7章 热红外信息提取
• 7.1 热红外图像处理
• 7.1.1 直方图处理方法
• 7.1.2 混合图像增强算法
• 7.2 热异常特征
• 7.3 火区热异常提取
• 7.3.1 假彩色合成
• 7.3.2 阈值分析与密度分割
• 7.3.3 2-D散点图分析
• 7.4 非火区热异常提取
• 7.4.1 煤层露头热异常提取
• 7.4.2 岩石表面热异常提取
• 7.5 火区等温线及火区边界确定
• 7.6 小结
• 第8章 结论
• 8.1 主要成果
• 8.2 今后研究建议
• 博士期间发表的论文
• 致谢
• 参考文献