论文范文遥感图像在矿区环境控制中的应用研究

论文类型：论文范文

论文字数：

论点：遥感,矿区,监测

论文概述：

随着国家经济的持续发展，对煤炭能源的需求量不断扩大，导致煤炭产量已无法满足飞速发展的市场需求，这势必要造成煤炭资源的大量开釆。大量开采加速了国民经济

论文正文：

第一章简介

1.1研究背景
随着国民经济的不断发展，对煤炭能源的需求不断扩大，导致煤炭生产无法满足快速发展的市场需求。这将不可避免地导致大量的煤炭资源。大规模采矿加快了国民经济的发展，但也污染和破坏了矿区的环境。煤矿开采对矿山及其周边地区造成了空气污染、噪声污染、水污染和土地资源破坏。它还引发了地面沉降、地裂缝等各种地质灾害，不仅破坏了生态环境，还危及安全生产、人民生命财产和社会经济的可持续发展。因此，资源开发与环境保护的矛盾日益突出。目前，我国煤炭资源的开发仍然以环境为代价。矿区环境管理遵循“先发展、后管理、先破坏、后恢复”的旧方法。这肯定会恶化矿区的环境状况。因此，实时监测和及时控制矿区生态环境进行恢复和管理，对煤炭工业的可持续发展至关重要。淮南素有“煤城”之称，有着百年的矿业历史，煤炭资源丰富。它是华东地区经济发展的主要能源。煤矿是淮南的支柱产业。煤炭资源的大规模开发利用不仅支撑了淮南经济的快速增长，为城市建设做出了重要贡献，同时也带来了矿区塌陷、生态环境恶化等一系列问题。
近年来，随着开采规模的扩大和开采深度的增加，矿区环境问题日益严重，尤其是塌陷区以“几何”速度扩大。本文以古桥矿为研究区域，它代表了淮南的许多矿井，因为古桥矿是一个煤矿面积最大、规模最大的大型现代化矿井。它资源丰富，设备先进，煤质优良，产量高，是淮南许多矿井的典型代表。煤炭资源的大规模开采导致古桥矿区地面塌陷、道路裂缝、建筑物和农田受损、塌陷区积水和生态环境严重破坏。因此，矿区环境的综合管理势在必行，管理的前提是对矿区环境进行客观、稳定的监测，找出存在的环境问题和煤矿开采造成的危害。虽然煤矿区环境管理取得了一定的成绩，但客观上仍然存在监测技术单一和环境信息非实时动态获取的问题。现在对环境的处理已经从污染后处理转变为防止污染和破坏，从表面处理转变为永久性处理。这对[煤矿环境管理的技术支持提出了更高的要求。因此，引进了最先进的地球观测技术——遥感。遥感信息具有实时性、周期性、覆盖面广、价格低廉、数据稳定、信息量大等特点，已成为监测矿山环境的理想技术手段。它不仅能快速、及时、长时间地提供准确的数据，还能提高工作效率，节省人力、物力和财力，改变过去传统监测方法周期长、时效性差、效率低的状况。利用遥感技术对古桥矿区的环境发展进行动态监测是一种有效的方法。快速获取矿区环境的准确周期性信息，为矿区的综合管理提供可靠的基础数据，对其他煤矿区的环境管理具有参考意义，从而更好合理地利用自然资源，促进煤炭工业的可持续发展。

1.2国内外研究现状
随着遥感技术的不断发展，人们越来越广泛地应用遥感技术。国内外许多学者利用遥感技术在矿区环境监测与控制方面取得了一系列进展。
早在20世纪70年代，美国就开始重视矿山环境保护和管理，组织矿山环境和灾害监测项目，主要包括煤矿开采产生的煤矸石的动态监测和矿区土地复垦效果，为灾害预测和矿山管理效果提供基础数据[4]。莱格利用遥感技术对矿区采矿和土地复垦造成的环境问题进行了定性评价和定量分析，[5]。文卡塔拉曼等人利用遥感技术定性分析了印度北部铁矿开采对[矿区水体、植被和土地利用的影响。随着联合国提出可持续发展战略，各国政府和采矿业也开始高度重视保护矿山环境。在过去十年里，在欧洲，欧洲共同体实施的米尼奥(利用先进观测技术监测欧洲采矿活动的环境影响)项目是世界上最有代表性的综合应用遥感技术评估和监测采矿活动对环境影响的研究，[7]。
随着高分辨率卫星的快速发展以及高光谱传感器和微波传感器的普及，IKONOS和Quickbird等高分辨率卫星能够更好地满足矿区环境目标监测精度的要求。约翰(M. K.John)等人发现，IKONOS图像在红树林调查中可以达到米空的分辨率，并且可以应用于大多数树木繁茂、植被稀疏的地区的监测，这是传统的TM/ETM(TM/)等人[8]卫星无法实现的。美国地质勘探局的塞西尔和苏甘。特沃特应用高光谱遥感技术对美国著名的阿巴拉契亚煤矿区进行了监测，并分析了污染水的成分主要来自[9号煤层顶板中的铁氧化物和重金属元素。火星等人通过使用阿维里斯飞行空高光谱数据[10]确定了岩石矿区18种矿物类别和5种种植被空的分布。合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术属于微波遥感，具有连续空覆盖、高自动化和高精度监测地表变形的能力。目前，它已应用于开采沉陷变形监测，以检测地表小变形。英国塞尔比煤田和波兰西里西亚煤盆地成功利用合成孔径雷达遥感干扰技术完成了对其煤矿区地面沉降的研究。德国SDK煤矿公司利用差分干涉雷达遥感技术监测鲁尔区采煤引起的地表变形，并有效观察该地区地表环境变化的位置和速率。

1.3研究内容和技术路线..............................18-20[/ br/] 1.4.1研究内容..............................18
1.4.2技术路线..............................18-20 [/溴/]第二章研究领域及其环境问题概述..............................20-30
2.1研究领域概述..............................20-22
2.2..............................22-27
煤矿开采中的主要环境问题2.2.1环境污染..............................22-24
2.2.2资源破坏..............................24-26
2.2.3地质灾害..............................26-27
2.3研究区域的环境问题..............................27-30
第三章遥感水提取基础理论..............................30-36
3.1水体遥感识别模型..............................30
3.2水体提取方法..............................30-36[/比尔/] 3.2.1单波段阈值法..............................31 [/BR/] 3.2.2水体指数法..............................31-32
3.2.3光谱关系法..............................32-36
第四章遥感数据处理..............................36-52
4.1数据收集..............................36-37
4.1.1遥感数据选自..............................36-37
4.1.2辅助数据..............................37
4.2 ENVI软件平台..............................37-38
4.3遥感图像预处理..............................38-45
4.4最佳波段是..............................45-49
4.5图像增强..............................49-52
第五章研究区环境动态监测监测指标的选择..............................52-72
5.1..............................52
5.2地面沉降监测..............................52-63
5.3水污染监测..............................63-67
5.4植被损害监测..............................67-72
5.4.1归一化植被指数..............................67-68
5.4.2像素二项式模型..............................68-69[/比尔/] 5.4.3植被覆盖度估计..............................69-72

结论

本文以多时相陆地卫星遥感影像为数据源，在几何校正、相对辐射归一化预处理、最佳波段组合增强影像的基础上，实现古桥矿区环境动态监测。根据古桥矿区的实际环境条件，建立了地面沉降、水污染和植被破坏三项监测指标。鉴于监测目标直接分类和提取方法的广泛应用，人机交互解释和分类方法等许多环节中的人工干预导致分类精度较低。因此，本文根据水体光谱特征曲线和背景特征，分别对三幅TM图像提出了改进的光谱关系模型，实现了研究区水体信息的提取，并采用面向对象的分类方法，基于塌陷积水区面积、周长、延伸性和矩形特征的空测量，提取塌陷积水信息。污染水体信息的提取是基于不同污染程度水体的光谱特征，建立分类模板，实现污染水体的分类。
对于植被覆盖，目前常用的归一化差异植被指数和像素二元模型用于估算植被覆盖。根据上述方法，完成三个监测指标的动态监测，掌握研究区4年内的环境动态变化信息。利用遥感技术在陆地卫星图像的基础上对古桥矿区进行监测，取得了一定的效果。这在很大程度上弥补了矿区环境定量客观监测和评价的不足，为矿区生态恢复奠定了基础。然而，提取环境信息的光谱相关方法伴随着高光谱技术的发展，如果使用高光谱图像，其精度将大大提高。为了获得更准确的监测结果，还需要结合高分辨率卫星图像、高光谱图像、数字高程模型和常规监测方法，实现宏观数据和微观数据的统一。

参考

[1]金林雪、郭大支、盛叶华。《地球信息科学技术与矿区环境监测与治理》，[。煤炭工业杂志，1997，22 (4): 370-374。
[2]陈郝云，郭大支。引用该论文[。煤矿环境保护，1999。13 (3): 9-13。[/比尔/] [3]孟波，田立中。[矿区植被污染信息遥感提取技术研究。2010年地雷调查(3): 20-22。[/比尔/] [4]雷李青，岳严阵，孙九林。遥感技术在矿区环境污染监测中的应用研究[。环境保护，2002 (2): 33-36。[/比尔/] [5]戴·李赣。赵红艳。[煤矿区煤尘污染遥感监测研究。河南科学，2009，27 (6): 737-739。[/BR/] [6]彭苏萍，王佳，孟昭平，等.遥感技术在煤矿区水沉降动态监测中的应用——以淮南矿区为例[.煤炭学报，2002，27 (4): 374-378。[/BR/] 7]王保存、苗方、颜星等。基于遥感技术的凯里煤矿地面沉降和静水压动态监测[。土地和资源遥感，2007年(3): 94-97。[/比尔/] [8]陆邵淳，王连元，张守忠。基于遥感技术的鸡西矿区采煤沉陷调查[。黑龙江科技学院学报，2010，20 (5): 343-345。[/BR/] [9]王晓红，聂洪峰，杨清华，高分辨率卫星数据在矿山开发和环境监测中应用效果的比较。土地和资源遥感，2004，59 (1): 15-18。[/比尔/] [10]吴红，杨永德，王宋庆。[矿山生态环境遥感调查与实验研究。土地和资源遥感，2004(4): 46-49。