无人机遥感技术在采煤地面塌陷监测中的应用

张伟杰

【摘  要】在开采煤矿过程中，极易引发地面塌陷，这样的现象严重的阻碍了矿区的可持续发展，对采煤区的土地资源造成了巨大的破坏，并且对周边人民的生产生活设施运转也造成了一定的影响，这不仅使当地的生态环境走向恶化，同时也引发了一系列的社会生活经济问题。因此，对采煤区地面塌陷进行有效的监测即可快速准确的获得相关信息，进而利用其信息进行综合治理。以往，对采煤地面塌陷的信息采集都是进行实地测量，但此法工作量大且效率低，难以在最短时间里获取准确的信息。近年来，无人机遥感技术得到快速发展，其逐渐作用于采煤地面塌陷监测工作中，根据实际应用分析，该技术对塌陷地的监测与信息解译都具有一定的优势，本文将对此做详细阐述。

【关键词】无人机遥感技术;采煤;地面塌陷;监测

引言

地面塌陷一般是指地表岩层在自然或者人为因素的影响下向下陷落，从而形成的塌陷坑、洞的一种地质现象。采煤从某种意义上来说，打破了该区域岩层内部的力学平衡状态，使其岩体发生了移位变形，当开采的面积达到一定规模时，周边的岩体也会随之而遭到破坏变形，最终导致地面塌陷。要预防这一结果的产生或者对已经形成的塌陷地进行治理，都需对其相关塌陷信息加以收集整理，而要实现信息的及时有效反馈，其前提便是对塌陷地进行有效的监测，经过多年的研究发现，无人机遥感技术可以为此做出贡献，能够在地面塌陷区获得相关影像，对其影像进行数据解译，便可完成对采煤地面塌陷的监测工作[1]。

一、无人机遥感技术的简要阐述和发展现状分析

无人机遥感是指利用无人驾驶的飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术和遥感应用技术等，以此实现自动智能化、专用化快速获取国土资源、自然环境、地震灾区等空间遥感信息，并且完成遥感数据处理、建模和应用分析的一种实用性强的应用技术。无人机遥感系统具有机动、快速和经济等优势，如今对该技术的研究已经发展成为世界性重大课题。目前，研究进程已经逐步从开发探索阶段迈向实际应用的阶段。无人机是一种结构简单且便于操作的不载人飞行器，多适用于载人飞行器不易进入工作的地区，例如遥感监测地质灾害、指挥空中救援等[2]。

无人机最早出现于20世纪早期，当时主要运用于军事作战。随着社会的发展，自20世纪80年代起，计算机技术的进步使得各种新型传感器不断被研发面世，这对无人机的性能提高起到了巨大的推动作用，续航时间以及承载重量也随之而提升，其作用的领域和范围都得到了较大的扩展。

随着我国改革开放的深入，经济建设和科技都得到了迅猛发展，对于遥感技术的要求也在不断提高，以往的遥感技术逐渐不能满足现代事业发展的需求，基于此新的航空遥感技术得以顺利研发，并逐渐服务于社会经济文化建设事业。如今，新型的以无人机为空中遥感平台的微型遥感技术是适应新时代发展需求而发展起来的一种遥感技术，它能够实现我国现阶段对航空遥感业务的目标需求，能够实现自动更新陈旧地理资料，对其遥感监测的地区形成影像资料，进而完成监测与信息收集反馈的工作。

二、无人机遥感技术对采煤地面塌陷监测的方法

1、监测航线设计

无人机遥感技术要实现对采煤地面塌陷的监测，首先是要确定监测的航线，而航线的设计要符合矿井能容纳的实际标准，要考虑航高、航向及重叠率是否符合矿井能容纳的标准。很多地面塌陷都会出现地表裂缝，这是矿井探勘的一大难点，地表裂缝多且裂缝宽度较小，使用常规的监测法难以对其进行科学合理的勘探，因此，要利用无人机的遥感技术对其进行监测，在此过程中要考虑到航高，只要计算出航高（H=F*GSD/a）基本上就可准确设计出无人机的航线，航高的计算数据可根据矿井的实际情况进行适当地调整，结合实际航拍的图像数据，通过对比分析来确定最为准确的航高数值[3]。

2、遥感影像的获取与处理

无人机遥感技术在对采煤地面塌陷进行监测时，务必要选择合适的时间，例如天气晴朗无风的午后，在这种天气状态下不容易对航线造成影响，航拍的影像和收集的数据较为准确。航拍得到遥感影像后，通常使用POS数据对影像进行重叠度和质量的检测。目前，无人机的遥感技术可实现自动生成点云、DOM等数字产品，在监测采煤地面塌陷时，会拍摄大量的图片，设备要同时处理这些图像资料具有相当大的难度，因此，在上传这些图像时最好将其细化成板块，对应生成文件资料，如此，不仅可以对塌陷信息进行精细化的处理，还能从宏观及微观两个方面来处理图像资料[4]。

三、无人机遥感技术对采煤地面塌陷监测的解译分析

1、塌陷类型和图像解译

依据采煤地形的不同，其塌陷类型也呈现出多元化，拍摄生成的图像也具有差异性。地表裂缝的形态一般有弧形、折线形和交叉性等，若裂缝数量较多且呈平行分布，那么生成的图像大多为深灰色。依据无人机上传的图像资料可以分析出地表裂缝的排列间距和工作面排列形态。

2、解译标志

无人机遥感监测上传的图像资料要通过解译才能生成有用的塌陷信息，解译有其独特的标志，分为直接和间接两种标志。前者的图像呈现出明显的塌陷纹理和色调特征，这证明了塌陷的程度较为严重;后者的图像纹理以及色调大多不会有明晰的特点，图片反映的大多是内部工作面和细小裂缝，或者是已经经过人为改变的塌陷形态，其解译的难度较直接标志更高。

3、解译方法

无人机遥感技术拍摄的图片解译有两种方法，即人工目视解译和计算机自动分类解译。前者主要是依据专业人士的经验知识，多用于解译地形地貌简单的采煤区塌陷拍摄图像，这样的图片大多呈现出明确的特点，依据丰富的经验足够对其塌陷信息进行识别处理;后者大多针对的是前者无法进行识别的图像资料，必须要依靠计算机对其信息进行提取，这种解译方式可以借助光谱和延长线的辅助分析，其解译出来的塌陷信息更为详细精确，识别度也较前者更高[5]。

四、总结

综上，通过对无人机遥感技术的介绍及发展现状的简要分析，我们可以充分了解到无人机遥感技术是当前社会发展阶段的一种新型监测技术，可实现对地理环境、自然或者人为地质灾害等进行有效的遥感监控，并且在收集反馈相关信息时具有独特的优势。通过对采煤地面塌陷监测的方法以及监测解译分析来看，该技术应用于采煤地面塌陷监测工作中能够对塌陷信息进行及时准确的收集整理與反馈，有助于安全治理的决策部署，为后期的煤矿开采工作奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]张杰.采煤地面塌陷监测中无人机遥感技术的应用[J].内蒙古煤炭经济，2018，265，17（20）：19+54.

[2]侯恩科，首召贵，徐友宁，等.无人机遥感技术在采煤地面塌陷监测中的应用[J].煤田地质与勘探，2017，25（6）：102-110.

[3]雷东，王泽元，王可可，等.浅析无人机低空遥感技术在露天矿山开采水土保持监测中的应用[J].河南建材，2018，13（：2）：134-135.

[4]肖军辉，伍丽萍.无人机遥感技术在现代矿山测量中的应用探讨[J].世界有色金属，2018，505（13）：34-35.

[5]杨宝.无人机遥感影像技术在矿山测绘中的应用研究[J].世界有色金属，2017，23（15）：60+62

（作者单位：山西乡宁焦煤集团毛则渠煤炭有限公司）