关键词 红外成像、无人机、煤火监测
引言
根据普朗克定律对物体温度与其辐射通量密度间的关系物质温度的不同所辐射出红外光的强度不同这一原理，使红外成像技术走进我们的生活与工作中。近年随着航天与遥感技术的发展，卫星上装载的发展陆地成像仪与TIRS热红外传感器对红外收集与分析波段的多样性，最终形成统一完整的波段数据，为红外传感器在地面工作与其自无人机上的应用中提供了强大的数据支撑。热红外成像技术的无人机在警用侦查、电力监测、山火预测、煤矿安全、生态监测中受到了广泛的应用。
本次红外无人机在煤火监测中的应用中具有简便快速的操作和大范围成像的效果，证明了红外无人机航拍与煤火监测成果的一致性。对今后红外无人机在煤火中的应用提供了更多的技术可能。
1、温度异常区范围界定
以往常规监测首先，利用红外成像仪对温度异常区进行整体和局部成像，通过红外照片可以直观的判断出温度异常区区内温度异常区区的分布范围，在温度异常区地表确定出温度异常区区的实际位置，为下一步温度测量和物探工作确定重点区域。
下面以此温度异常区为例，在地表踏勘时选用首先对温度异常区地表进行了整体和局部的红外成像，根据温度异常范围使用测温仪器对地表温度测温找出温度异常区范围与异常区边界，同时使用rtk对异常边界采集地形数据，圈定异常区范围，后期布设物探进行验证。
温度异常区区可见光与红外照片对比图
2.红外无人机温度异常区探测
此次加入红外无人机对异常区进行全景拍摄，项目开始前经过现场踏勘前期主要搜集测图区域的现有地形图、影像资料、测区范围、控制点位置和保存情况，因本次红外无人机具有可见光与红外光两种影像功能，根据踏勘范围与已有控制点可直接进行飞行拍摄，通过设置航线将温度异常范围内区域分几个航线拍摄照片与视频，后期经专业软件进行数据的矫正与拼接形成可用的航拍影像图与热红外影像图。图上可看出温度异常区呈片状分布，图上成零散的异常，经红外仪器近距离拍摄与测温为裂隙中返出的水汽，其范围与实际踏勘过程吻合。
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红外无人机航拍效果图
3.物探分析与论证
确定温度异常区区后针对温度异常区区布设物探勘探线，通过分析每条磁、自电异常曲线在平面剖面、剖面图上的反应，来推断解释温度异常区的燃烧范围。普查区内共布设了4条测线，用来控制温度异常区范围和火烧底界。1线控制温度异常区西部的边界，4线控制温度异常区东部的边界，从而达到该测区测网完整的目的。
以3线为例，45-175m范围内磁异常曲线和自然电位异常曲线均反应剧烈。磁异常曲线呈明显正异常，高值达+1125.8nT，多波峰特征与多煤层着火相符；自然电位异常曲线呈明显负异常，最大值达-355.9mV，说明深部存在温度异常体，物探线端点处偶尔出现异常但经红外仪拍摄，并不存在温度异常，说明周围存在其他物体的影响，如公路一侧的端点周围存在电线杆，靠近水泥边坡的一侧周围存在金属废弃物。最后结合红外成像成果和地表燃烧特征，确定燃烧边界。
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温度异常区综合磁、自电异常平面剖面图
通过在温度异常区布设的磁、自电异常平面剖面图确定温度异常区燃烧的平面投影边界，最后结合温度异常区煤层情况、地表温度、裂隙、塌陷等燃烧特征点确定温度异常范围。
4.结论与分析
通过与红外无人机可快速完成对地表温度异常区的划分，可缩短野外踏勘中的工作时间与设备负重。弥补人力无法到达的区域与如倾斜度高难以攀爬，存在裂隙、采空区、塌陷区的影像获取。
考虑到红外无人机受到干扰如，风速，天气等自然因素，大气传输路径也会影响红外辐射传输性的。在无人机性能方面如红外镜头捕获波段的效率，传感器对红外波段数据分析精度、无人机的续航性、飞行过程气流颠簸对镜头平稳拍摄自动矫正的功能性，和后期数据处理与图像的处理都是决定其使用性能与效果关键因素。因煤火发生时伴随水汽、CO2、SO2、H2S对红外辐射的影响，所以红外传感器的性能也十分重要，搭配传输波段的区间的选择上要分辨率高、排除水汽、CO2等因素对红外无人机作业时受到的红外辐射的影响，其次还需对红外拍摄距离方面的影响因素，不仅实现对信息多层面、多角度的感知,需要利用目标的红外辐射光谱特性,与红外数据处理图像融合技术从红外成像中挖掘目标的细节特征,加强红外数据平台数据收集与分析能力，提高红外探测系统的探测性能波段选择和目标细节特征，开发多波段、探测范围广、精度高的红外无人机功能的同时，在红外无人机数据处理与计算中，建立其他科目的数据转换与完整的推演体系，对今后的数据化监测技术提供有力的支持。
参考文献
［1］ 张林，陆辉山，闫宏伟，等．煤粉发热量近红外光谱检测的预处理方法研究［J］．光谱学与光谱分析，2013，33（12）：3212－3215．
［2］ 孙喜贵，基于红外光谱技术的煤炭自燃特性判定实验研究［J］.煤矿安全，2019,19（19）：46－50.
［3］ 金永飞，史雷波，郑学召．基于红外技术的水分对煤自燃倾向性影响的研究［J］．煤炭技术，2017，36（7）：143－145．
［4］ 陆卫东，王继仁，邓存宝，等．神东矿区煤炭自燃标志性气体的红外光谱分析［J］．煤矿安全，2007，38（9）：1－6．
［5］顾聚兴.大气对红外成像系统的影响［J］29(3):39－46.
论文作者:陈博
论文发表刊物:《建筑实践》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/27
标签：异常论文; 无人机论文; 温度论文; 煤火论文; 波段论文; 地表论文; 物探论文; 《建筑实践》2020年第1期论文;