無人機遙感技術在采煤地面塌陷監測中的應用

張偉杰

【摘 ?要】在開采煤礦過程中，極易引發地面塌陷，這樣的現象嚴重的阻礙了礦區的可持續發展，對采煤區的土地資源造成了巨大的破壞，并且對周邊人民的生產生活設施運轉也造成了一定的影響，這不僅使當地的生態環境走向惡化，同時也引發了一系列的社會生活經濟問題。因此，對采煤區地面塌陷進行有效的監測即可快速準確的獲得相關信息，進而利用其信息進行綜合治理。以往，對采煤地面塌陷的信息采集都是進行實地測量，但此法工作量大且效率低，難以在最短時間里獲取準確的信息。近年來，無人機遙感技術得到快速發展，其逐漸作用于采煤地面塌陷監測工作中，根據實際應用分析，該技術對塌陷地的監測與信息解譯都具有一定的優勢，本文將對此做詳細闡述。

【關鍵詞】無人機遙感技術;采煤;地面塌陷;監測

引言

地面塌陷一般是指地表巖層在自然或者人為因素的影響下向下陷落，從而形成的塌陷坑、洞的一種地質現象。采煤從某種意義上來說，打破了該區域巖層內部的力學平衡狀態，使其巖體發生了移位變形，當開采的面積達到一定規模時，周邊的巖體也會隨之而遭到破壞變形，最終導致地面塌陷。要預防這一結果的產生或者對已經形成的塌陷地進行治理，都需對其相關塌陷信息加以收集整理，而要實現信息的及時有效反饋，其前提便是對塌陷地進行有效的監測，經過多年的研究發現，無人機遙感技術可以為此做出貢獻，能夠在地面塌陷區獲得相關影像，對其影像進行數據解譯，便可完成對采煤地面塌陷的監測工作[1]。

一、無人機遙感技術的簡要闡述和發展現狀分析

無人機遙感是指利用無人駕駛的飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術和遙感應用技術等，以此實現自動智能化、專用化快速獲取國土資源、自然環境、地震災區等空間遙感信息，并且完成遙感數據處理、建模和應用分析的一種實用性強的應用技術。無人機遙感系統具有機動、快速和經濟等優勢，如今對該技術的研究已經發展成為世界性重大課題。目前，研究進程已經逐步從開發探索階段邁向實際應用的階段。無人機是一種結構簡單且便于操作的不載人飛行器，多適用于載人飛行器不易進入工作的地區，例如遙感監測地質災害、指揮空中救援等[2]。

無人機最早出現于20世紀早期，當時主要運用于軍事作戰。隨著社會的發展，自20世紀80年代起，計算機技術的進步使得各種新型傳感器不斷被研發面世，這對無人機的性能提高起到了巨大的推動作用，續航時間以及承載重量也隨之而提升，其作用的領域和范圍都得到了較大的擴展。

隨著我國改革開放的深入，經濟建設和科技都得到了迅猛發展，對于遙感技術的要求也在不斷提高，以往的遙感技術逐漸不能滿足現代事業發展的需求，基于此新的航空遙感技術得以順利研發，并逐漸服務于社會經濟文化建設事業。如今，新型的以無人機為空中遙感平臺的微型遙感技術是適應新時代發展需求而發展起來的一種遙感技術，它能夠實現我國現階段對航空遙感業務的目標需求，能夠實現自動更新陳舊地理資料，對其遙感監測的地區形成影像資料，進而完成監測與信息收集反饋的工作。

二、無人機遙感技術對采煤地面塌陷監測的方法

1、監測航線設計

無人機遙感技術要實現對采煤地面塌陷的監測，首先是要確定監測的航線，而航線的設計要符合礦井能容納的實際標準，要考慮航高、航向及重疊率是否符合礦井能容納的標準。很多地面塌陷都會出現地表裂縫，這是礦井探勘的一大難點，地表裂縫多且裂縫寬度較小，使用常規的監測法難以對其進行科學合理的勘探，因此，要利用無人機的遙感技術對其進行監測，在此過程中要考慮到航高，只要計算出航高（H=F*GSD/a）基本上就可準確設計出無人機的航線，航高的計算數據可根據礦井的實際情況進行適當地調整，結合實際航拍的圖像數據，通過對比分析來確定最為準確的航高數值[3]。

2、遙感影像的獲取與處理

無人機遙感技術在對采煤地面塌陷進行監測時，務必要選擇合適的時間，例如天氣晴朗無風的午后，在這種天氣狀態下不容易對航線造成影響，航拍的影像和收集的數據較為準確。航拍得到遙感影像后，通常使用POS數據對影像進行重疊度和質量的檢測。目前，無人機的遙感技術可實現自動生成點云、DOM等數字產品，在監測采煤地面塌陷時，會拍攝大量的圖片，設備要同時處理這些圖像資料具有相當大的難度，因此，在上傳這些圖像時最好將其細化成板塊，對應生成文件資料，如此，不僅可以對塌陷信息進行精細化的處理，還能從宏觀及微觀兩個方面來處理圖像資料[4]。

三、無人機遙感技術對采煤地面塌陷監測的解譯分析

1、塌陷類型和圖像解譯

依據采煤地形的不同，其塌陷類型也呈現出多元化，拍攝生成的圖像也具有差異性。地表裂縫的形態一般有弧形、折線形和交叉性等，若裂縫數量較多且呈平行分布，那么生成的圖像大多為深灰色。依據無人機上傳的圖像資料可以分析出地表裂縫的排列間距和工作面排列形態。

2、解譯標志

無人機遙感監測上傳的圖像資料要通過解譯才能生成有用的塌陷信息，解譯有其獨特的標志，分為直接和間接兩種標志。前者的圖像呈現出明顯的塌陷紋理和色調特征，這證明了塌陷的程度較為嚴重;后者的圖像紋理以及色調大多不會有明晰的特點，圖片反映的大多是內部工作面和細小裂縫，或者是已經經過人為改變的塌陷形態，其解譯的難度較直接標志更高。

3、解譯方法

無人機遙感技術拍攝的圖片解譯有兩種方法，即人工目視解譯和計算機自動分類解譯。前者主要是依據專業人士的經驗知識，多用于解譯地形地貌簡單的采煤區塌陷拍攝圖像，這樣的圖片大多呈現出明確的特點，依據豐富的經驗足夠對其塌陷信息進行識別處理;后者大多針對的是前者無法進行識別的圖像資料，必須要依靠計算機對其信息進行提取，這種解譯方式可以借助光譜和延長線的輔助分析，其解譯出來的塌陷信息更為詳細精確，識別度也較前者更高[5]。

四、總結

綜上，通過對無人機遙感技術的介紹及發展現狀的簡要分析，我們可以充分了解到無人機遙感技術是當前社會發展階段的一種新型監測技術，可實現對地理環境、自然或者人為地質災害等進行有效的遙感監控，并且在收集反饋相關信息時具有獨特的優勢。通過對采煤地面塌陷監測的方法以及監測解譯分析來看，該技術應用于采煤地面塌陷監測工作中能夠對塌陷信息進行及時準確的收集整理與反饋，有助于安全治理的決策部署，為后期的煤礦開采工作奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]張杰.采煤地面塌陷監測中無人機遙感技術的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2018，265，17（20）：19+54.

[2]侯恩科，首召貴，徐友寧，等.無人機遙感技術在采煤地面塌陷監測中的應用[J].煤田地質與勘探，2017，25（6）：102-110.

[3]雷東，王澤元，王可可，等.淺析無人機低空遙感技術在露天礦山開采水土保持監測中的應用[J].河南建材，2018，13（：2）：134-135.

[4]肖軍輝，伍麗萍.無人機遙感技術在現代礦山測量中的應用探討[J].世界有色金屬，2018，505（13）：34-35.

[5]楊寶.無人機遙感影像技術在礦山測繪中的應用研究[J].世界有色金屬，2017，23（15）：60+62

（作者單位：山西鄉寧焦煤集團毛則渠煤炭有限公司）