[發明專利]一種具有空間基準的矸石山表面溫度場的快速構建方法

無效

• 申請號: 201210120593.6
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102628712A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 汪云甲;田豐;王堅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

技術領域

本發明涉及一種構建矸石山表面溫度場的方法，尤其是可以對矸石山自燃、爆炸進行準確預警的一種具有空間基準的矸石山表面溫度場的快速構建方法。

背景技術

煤矸石中含有少量的煤和黃鐵礦，在一定的條件下矸石山會由于高溫產生自燃甚至爆炸現象，利用紅外測溫技術監測矸石山表面溫度場分布是目前進行矸石山災害預警的主要方法，然而矸石山體積龐大，常用的紅外熱像儀在測量矸石山溫度場時不能一次性成像，且其拍攝的溫度圖像不具有空間基準，導致即使利用紅外熱像儀獲取了矸石山的高溫異常情況，也不能精確地定位到矸石山的實際位置。

文章“矸石山溫度場紅外熱像的空間信息挖掘”和專利（201110005044.X）“基于全站儀和紅外熱像儀的煤矸石山表面溫度場測量方法”通過對矸石山進行區域劃分，將每一個小區域看作是一個平面，利用多項式擬合建立該區域的坐標轉換關系式，雖然能夠給紅外熱像儀所測量的溫度場賦予空間坐標，但是需要在矸石山上建立大量的標志點，既費力又計算繁瑣，且全站儀測量空間點的坐標時需要測站點與目標點之間能夠通視，而矸石山坡度一般又較大，使得現有方法的可操作性不強。

對矸石山表面溫度進行多期監測，總結其變化規律，是實現矸石山災害預警的必要條件。這也需要確保紅外熱像儀的多期監測結果處于同一坐標系統內，才能使得對矸石山表面溫度場的監測有意義。因此，快速構建矸石山表面溫度場的空間基準對矸石山自燃、爆炸預警和治理具有重要意義，也是十分迫切的。

發明內容

為了解決目前很難對矸石山進行準確災害預警的問題，本發明提供一種具有空間基準的矸石山表面溫度場的快速構建方法，該溫度場的構建方法將多期溫度場觀測數據納入統一的坐標框架內，為矸石山災害預警與治理提供一種可操作性強的基礎數據獲取手段。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：該矸石山表面溫度場的快速構建方法包括以下步驟：

（1）控制點布設

布設控制點是為了將后續的矸石山表面溫度場圖像由像素坐標系轉換到具有空間基準的測量坐標系，應遵循以下原則：a）全局性，能夠控制整座矸石山，且分布均勻；b）局部性，能夠反映矸石山的地貌變化特征；c）控制點數量大于后續解算二元高次多項式參數所需要的最少個數。

（2）控制點坐標測量

將基準站架設到矸石山附近的空曠區域，首先利用流動站測量一個礦區已知控制點坐標，以計算從WGS-84坐標系到礦區坐標系的三參數，然后依次采集矸石山所有控制點坐標。

（3）矸石山表面溫度采集

首先在控制點上放置溫度異常標志物，如冷/熱水袋、鐵塊，確保能清楚地反映在紅外熱像儀采集的溫度圖像上，這樣控制點就同時具有了空間坐標和圖像像素坐標，為后續解算高次多項式擬合模型做準備；然后從正面對整座矸石山進行全方位拍攝，采集其表面溫度圖像，拍攝過程中要對所有溫度圖像編號，并記錄各圖像之間的鄰接關系，相鄰圖像的邊緣應具有一定的重疊度，為后續圖像拼接做準備。

（4）溫度圖像整體拼接

利用數字圖像拼接技術拼接所有溫度圖像，獲得整座矸石山的溫度圖像。由于是從矸石山正面拍攝的，所以拼接后的圖像為其平面展開圖。

（5）坐標轉換

矸石山表面溫度圖像以像素為單位將矸石山劃分為若干小區域，且二者一一對應，因此只要建立了圖像像素坐標系與矸石山空間坐標系的轉換關系，就能將所有像素轉換到空間坐標系下，且該點的溫度即為它所對應的像素值。圖像坐標系為二維平面坐標，GPS/RTK測量所獲得的是具有空間基準的三維坐標，建立二者之間的轉換關系模型：

其中為圖像上任意像素的坐標，為與其對應的點的空間坐標。

本發明采用二元高次多項式對其進行擬合，表達式為：

因此，建立如下擬合模型：