点云滤波算法构建矿山开采沉陷模型的对比研究

针对现有机载LiDAR点云滤波算法缺乏详细对比的问题,本文以西部矿区某工作面地表沉陷区为试验区,选择渐进形态学滤波、三角网渐进加密滤波和基于坡度阈值滤波3种经典的算法去噪,并分析了算法的适用性。试验结果表明,在地表起伏明显、植被稀疏的陕北矿区,采集的点云数据利用三角网渐进加密滤波得到去噪后的点云建模效果最优。试验结果可为矿区开采沉陷精细化建模提供重要的技术手段。

基于图像识别的矿山相似材料试验模型变形信息提取

相似材料模型试验是研究矿山开采沉陷及损害的重要手段,试验中获取高精度的模型变形信息至关重要,现有的多种模型变形测量方法在数据采集精度和效率方面仍存在一定的局限性。以陕北某矿的多煤层循环开采与充填开采为模型开展相似材料模拟试验,利用非量测相机近距离拍摄模型得到高分辨率的序列图像,通过图像畸变纠正、自动拼接及特征识别,高精度获取相似材料模型的变形量。首先分析模型测点标志和相机参数对变形测量精度的影响,确定最佳的模型拍摄方案,即使用非量测相机距离模型1.5~2.0 m处进行正射拍照,形成横向重叠度大于55%,竖向重叠度大于30%的图像序列;进一步利用双线性插值方法对所得到的图像进行畸变校正处理,运用全自动稳健的图像拼接算法,使用Harris角点检测算子进行特征点提取,利用RANSAC算法对伪匹配点进行分类处理,通过颜色插值法对接边处进行颜色过渡与平滑等一系列自动处理,从而对图像序列进行拼接,所生成的模型全景图像分辨率较常规的固定相机姿态一次拍摄模型全景的图像提高约10倍。图像处理过程中以测点标志为训练网络,基于Faster R-CNN算法加入置信度,通过选取合适的滑动模板进行区域分析,显著提高了测点标志的识别速率和准确率。结果表明,模型试验中测点坐标提取的精度优于0.027 mm,相当于实地测量精度5.4 mm,完全满足矿山相似材料模型试验要求。通过制作比例尺1∶200的试验模型,模拟分析了多煤层循环开采引起的上覆岩层变形破坏特征,地表最大下沉量达-18.937 mm;在采空区充填情况下,覆岩下部发生微弱变形,地表下沉不超过2 mm。试验结果为矿山相似材料模型试验数据的高效、精准采集提供了有效的技术手段。

基于时序遥感的黄土矿区耕地变化动态监测——以大佛寺矿区为例

西部黄土矿区是我国重要的煤炭生产基地,大范围采煤沉陷对矿区耕地资源造成了显著的破坏性影响,但目前对于这种采动引起的耕地变化缺乏定量监测和系统研究。以黄土高原大佛寺煤矿为研究区,通过时序遥感影像分析矿区内主要农作物时序特征,利用增强型自适应反射率时空融合模型将Landsat影像和MODIS遥感影像进行融合,构建研究区30 m分辨率的NDVI时间序列数据集,采用TIMESAT程序包中的S-G滤波法对其平滑重构,结合多光谱遥感数据以及数字高程模型,采用面向对象决策树分类模型,获取研究时段内各期农耕地利用的时序数据。基于年度遥感数据,按照采煤扰动程度将研究区域划分为采空区、沉陷区、间接影响区以及非开采影响区,通过GIS空间分析技术对各影响区内农耕地面积减少的时空分布情况进行分析统计,揭示了黄土矿区耕地变化的时空分布特征,并探讨了采煤沉陷对耕地的破坏及其相关影响。结果表明:研究区内耕地的变化与煤炭资源开采紧密相关,随着采空区的增加,耕地面积逐年减少,且以采煤初期的减少幅度最大。不同采煤扰动影响区内耕地减少情况存在差异,减少幅度随着距采空区越远而逐渐降低,耕地面积减少情况主要发生在沉陷边界以及地形变化处。此外采空区、沉陷区内耕地生产能力及农作物长势情况均较采矿前有所下降,而在煤炭开采的同时,人为干预保护措施能够在一定程度上缓解耕地面积持续减少的情况。研究结果可为黄土高原煤矿区耕地资源科学利用与保护提供参考依据。

基于改进U-Net网络的遥感影像农村道路矢量中心线提取及优化

遥感影像中农村道路矢量中心线的准确提取对乡村规划和地理信息数据库建设具有重要意义。针对现有深度学习方法未能充分利用上下文信息,且在下采样过程中易造成图像分辨率下降和局部特征丢失的问题,该文改进U-Net网络模型以提高提取结果的准确性。首先,网络结构设计两次下采样处理,并将上下文两处特征信息用跳跃层连接,使输出的道路细节清晰;其次,为避免样本不均衡导致训练效果不理想,采用交叉熵损失函数与广义骰子损失函数叠加的方式提升训练效果;最后,采用邻域质心投票算法和融合算法对提取的道路进行矢量化和中心线优化,得到高精度的农村道路矢量中心线。试验结果表明:改进方法在复杂场景的农村道路矢量中心线提取中准确率达95.03%,较4种对比算法(U-Net、DC-Net、PA-Net、SM-Net)具有明显优势。

山东省土地利用变化对碳排放时空演变格局的影响分析

随着工业和城镇化建设的不断发展,有效控制温室气体排放,推进绿色低碳发展成为重中之重。不同地区的生态和经济存在着空间差异,研究其近年来土地利用对碳排放时空演变的规律,对制定绿色低碳发展方案具有重要意义。鉴于此,本文基于土地利用类型,进行2005—2020年间山东省碳排放时间序列研究,分析15年间省域与市域碳排放量的时空演变特征。研究表明:(1)研究期内山东省碳排放量由21404.41万t增加至43476.60万t,呈逐年递增趋势,但增长速率不断下降,高值区主要集中在济南市、淄博市、潍坊市、东营市、滨州市、济宁市等中北部地区。(2)山东省碳补偿率逐年递减,并且碳补偿率、碳排放经济贡献系数、碳生态承载系数三者均空间差异显著,空间格局呈现出中部及东部高、南北部低的特征。