[发明专利]基于无人机热红外影像的煤火识别方法

说明书

本发明公开一种基于无人机热红外影像的煤火识别方法，主要步骤包括：首先将热红外相机装载到旋翼无人机云台上，无人机按照设计的飞行航线完成矿区热红外影像的采集工作；其次，预处理后所采集的热红外影像；再次，经过实验室标准黑体标定热红外相机后将影像DN值转换为表观辐射亮度值；然后，将全部热红外影像进行空三平差定向并镶嵌为热红外正射影像，基于大气传输方程和普朗克函数反演出矿区地表温度；最后，根据Sobel边缘算子生成高梯度图并细化为骨架线，叠加高温区与高梯度线，将二者重合处的温度均值作为矿区火区分割阈值，以此阈值识别出矿区煤火区，煤火的识别精度高达96.7％。本发明以较低的费用实现了复杂矿区条件下的煤火快速、精确的识别与绘图。

技术领域

本发明涉及无人机机载热红外成像探测领域，特别是涉及一种基于无人机热红外影像的煤火识别方法。

背景技术

煤火是由长期氧化作用引起的自燃现象，经常发生在地下煤层、露天煤矿、煤堆等。煤火自燃严重影响了自然资源、生态环境、居民健康等。煤炭的开采成本低、易于保存与运输，作为主要的能源原材料约占总能源消费量的30％左右^[1]。中国作为煤炭开采和使用的大国，煤炭消费约占全国能源的70％，据统计，中国北方煤田火区有56个，煤田火区面积达720km²，每年煤炭燃烧损失量达2000万吨，由煤火破坏的煤炭资源达2亿吨^[2]，因此煤火的识别与防治意义重大。煤火的识别方法很多，有地球化学的方法、电场方法、地磁场的方法，这些方法的探测精度虽高，但是需要深入现场，危险性大，煤火识别效率低。目前使用遥感手段建立地表热场来识别煤火的方法较为普遍，但是卫星热红外遥感识别方法的精度较低^[3]，机载热红外探测煤火的成本又过高，这些原因极大限制了煤火热红外遥感煤火探测技术的发展^[4]，现在急需要一种成本低、探测精度高的煤火快速识别方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种无人机热红外影像的煤火识别方法，从而提高矿区煤火识别的精度和效率，为煤火防治提供精确的煤火位置信息。

本发明的技术方案:基于无人机热红外影像的煤火识别方法，该方法包括如下步骤：

(1)、无人机热红外影像采集；

(2)、热红外影像的预处理；

(3)、热红外相机的辐射定标；

(4)、热红外影像的镶嵌；

(5)、矿区地表温度反演；

(6)、矿区煤火识别。

所述步骤(1)中具体是：

(a)、依照矿区地形情况，选定80％的航向重叠度和70％的旁向重叠度，根据无人机的飞行高度、热红外相机的焦距、单个像元大小、相幅尺寸、设计飞行航线，在地面测试无人机和相机完好后，打开相机拍摄电源，操作无人机沿规划航线飞行并采集热红外影像；

(b)、在飞行区域四角分别安放4个铝制矩形板，并使用GPS RTK技术测量4个铝板中心的x(北坐标)、y(东坐标)、h(高程)值以作为后期处理的地面控制点；

(c)、利用便携式气象站采集飞行期间矿区的气温、大气压、湿度数值。

所述无人机由热红外相机、电路板、无人机专用电池、GPS天线组装成一体，安装到无人机云台上。

所述无人机热红外影像采集过程始终保持热红外相机镜头垂直朝向地面方向，同时保证热红外相机较长的幅面垂直于无人机的飞行方向。

所述步骤(2)具体是：

(a)、剔除进入飞行航线前、飞行航线转弯处、离开飞行航线后的影像，去除模糊影像，保留有效影像，挑选出满足航线80％重叠要求的热红外影像；