探析无人机低空摄影测量技术在煤田火区监测中的应用

探析无人机低空摄影测量技术在煤田火区监测中的应用

徐岩

疆维吾尔自治区矿山安全服务保障中心，新疆 乌鲁木齐 830000

摘要：煤田火灾是严重威胁煤矿安全的问题，因此及时准确地监测火区的情况至关重要。传统的监测方法存在着诸多限制，如难以进入火区、监测范围有限等。而无人机低空摄影测量技术具有高效、灵活、全面的特点，为煤田火区监测提供了新的解决方案。本文首先进行无人机低空摄影测量技术的概念简析，探讨其在煤田火区监测中的应用。研究发现，无人机低空摄影测量技术能够实现高分辨率的图像获取，并通过图像处理与分析提供火区的详细信息，如火源定位、火势扩展等。此外，无人机还可以搭载多种传感器，如热像仪和气体传感器，用于监测火区的温度和气体浓度等指标。因此，无人机低空摄影测量技术在煤田火区监测中具有广阔的应用前景，有助于提高火灾的预警和处置能力，保障煤矿安全。

关键词：无人机低空摄影；煤田火区监测；煤矿安全

随着煤炭产业的快速发展，煤田火灾事故频发成为制约煤矿安全生产的重要因素。传统的煤田火区监测方法存在着人力资源有限、监测范围狭窄和监测周期长等问题，无法满足实时、全面、准确的监测需求。然而，随着无人机低空摄影测量技术的快速发展，它在煤田火区监测中的应用逐渐受到了广泛关注。无人机低空摄影测量技术以其高分辨率、全面覆盖和高效性的特点，为煤田火区监测提供了一种新的解决方案。通过无人机的航拍影像获取和处理，结合热成像技术对煤层温度的监测和分析，可以实时评估煤层的自燃风险。

1.无人机低空摄影测量技术的概念简析

无人机低空摄影测量技术是指利用无人机平台进行低空飞行，通过搭载相机或其他传感器设备，获取地面或目标区域高分辨率的图像或数据信息，并通过图像处理与分析方法，实现对目标区域的测量、监测和分析。无人机作为平台载体，通过遥控操作或预设飞行路径，可以在低空范围内进行精确的飞行任务。搭载的相机或传感器设备能够拍摄或记录目标区域的图像、视频或其他数据信息，具有高分辨率和广覆盖的特点，上述数据可以提供丰富的地面信息，如地貌、植被、建筑物等，以及目标区域的特定指标，如温度、湿度、气体浓度等。通过无人机低空摄影测量技术，可以实现多种应用。在农业领域，可以利用无人机获取农田的图像数据，进行土壤质量评估、作物生长监测和病虫害防治等。在环境保护方面，可以通过无人机监测大气污染源、水体质量、森林火灾等，为环境监测与管理提供数据支持。在城市规划与管理中，无人机可以用于制作三维城市模型、更新地理信息数据库、监测建筑物安全等。此外，无人机低空摄影测量技术还广泛应用于灾害监测与评估、电力巡检、交通监管等领域。

2.无人机低空摄影测量在煤田火区监测中的有效应用

2.1应用低空测量技术来对煤田火区面积进行有效监测

低空测量技术是一种广泛应用于煤田火区监测的有效方法。通过利用无人机或其他低空飞行器搭载的遥感传感器，如热红外摄像头和激光雷达等，可以获取煤田火区的相关数据，进而实现对火区面积的有效监测。在应用低空测量技术进行煤田火区面积监测时，首先需要获取火区的图像数据，上述数据可以包括火区热红外图像、高分辨率影像或激光雷达点云数据等。接下来，通过图像处理算法，可以识别和提取出火区的特征，例如火焰和热点等。通过对火区图像进行像素级别的分析，可以得到火区的像素数量。

计算火区面积的具体方法是通过格林公式：

这个公式利用了飞行器的高度、传感器的视场角和地面分辨率来计算每个像素在地面上所代表的实际面积。

通过实时监测煤田火区面积的变化，可以及时发现火灾蔓延的情况，并采取相应的灭火措施。低空测量技术还可以提供火区的形状和边界信息，进一步帮助火灾监测和灭火行动的规划和决策。此外，借助低空测量技术，还可以获取火区温度分布、烟雾浓度和热辐射等额外信息，为火灾的评估和应对提供更全面的数据支持。

2.2应用无人机低空摄影技术对煤层储量进行初步监测

无人机低空摄影技术在煤层储量初步监测中具有重要的应用价值。通过无人机搭载的高分辨率相机，可以获取煤矿区域的航拍影像，然后利用影像处理和地理信息系统（GIS）技术对煤层进行分析和测量，从而得出煤层储量的初步估计。首先，需要选取合适的监测区域。根据煤矿的实际情况和监测目的，选择具有代表性的煤层区域进行监测。这一步骤的准确性和合理性对后续的监测结果具有重要影响。通过规划合适的飞行高度、飞行速度和航线，确保航拍影像具有高分辨率和完整的覆盖范围。航拍时需要注意飞行安全和影像质量的保证。获得航拍影像后，需要进行影像处理。这包括影像的校正、配准和拼接等步骤，以获得高质量的影像数据。同时，还需要进行影像的去噪和增强等处理，以提高后续分析的准确性。在影像处理完成后，可以利用GIS技术对煤层进行地物提取和测量。通过对影像进行分类和分割，可以将煤层与其他地物进行区分，并提取出煤层的空间信息。同时，还可以利用地形和地貌信息，对煤层的厚度和分布进行测量和分析。最后，根据测量得到的数据，可以进行煤层储量的初步计算。

常用的计算公式包括煤层体积计算公式：

其中表示煤层体积，表示煤层面积，表示煤层厚度。通过对不同区域的煤层体积进行累加，可以得到整个煤矿区域的煤层储量估计值。

2.3应用无人机低空摄影技术对煤层的自燃情况进行评价

无人机低空摄影技术可以应用于煤层的自燃情况评价，通过获取高分辨率的航拍影像并结合煤层的地质信息和热成像技术，可以对煤层的温度分布进行监测和分析，从而评价煤层的自燃风险。应当利用无人机进行航拍，获取煤矿区域的航拍影像。同时，还可以利用多光谱相机获取不同波段的影像数据，以获取更多的地质信息。在影像处理完成后，可以结合煤层的地质信息，对煤层的温度分布进行监测和分析。最后利用热成像技术，获取煤层表面的温度数据。通过对煤层不同区域的温度进行比较和分析，可以评估煤层的自燃风险。

在评价煤层的自燃情况时，可以利用相关公式进行分析。其中，常用的公式包括自燃指数公式和自燃潜力指数公式。

自燃指数公式可以表示煤层的自燃倾向程度，计算公式为：

其中表示自燃指数，表示煤层最高温度，表示环境温度，表示煤层最低温度。

自燃潜力指数公式可以表示煤层的自燃潜力大小，计算公式为：

其中表示自燃潜力指数，表示相对湿度。

结束语

无人机低空摄影测量技术在煤田火区监测中的应用，为煤矿安全管理提供了一种新的解决方案。通过无人机的航拍影像获取和处理，结合热成像技术对煤层温度的监测和分析，可以实时评估煤层的自燃风险，上述技术的应用不仅提高了煤矿的安全性和可持续发展能力，还可以减少自燃事故的发生。然而，无人机低空摄影测量技术在煤田火区监测中还面临一些挑战和限制。例如，无人机的飞行时间和载荷能力限制了其在大规模煤矿中的应用。此外，无人机的操作和数据处理也需要专业的技术支持和人员培训。因此，需要进一步研究和改进无人机低空摄影测量技术，以提高其在煤田火区监测中的应用效果。随着技术的不断进步和应用的推广，相信无人机低空摄影测量技术将在煤田火区监测中发挥更大的作用。

参考文献：

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[2]王勇.低空无人机倾斜摄影测量技术在国土管理中的应用研究[J].  2021.

[3]周勇兵.无人机倾斜摄影测量技术在矿山监测中的应用[J].河南科技, 2022, 41(23).