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。

未来不同情景下陕西省碳储量的时空演变分析

为了解陕西省不同情景下的土地利用发展趋势,并有效评估土地利用变化下陕西省陆地生态碳储量时空演变,研究运用Markov-FLUS和InVEST模型,分析2000~2020年的土地利用变化对于陕西省碳储量变化的影响,并模拟和评估陕西省2025年和2030年3种不同情景下的土地利用结构,碳储量和碳密度的时空变化.结果表明:①耦合的Markov-FLUS模型中各地类的ROC值均在0.7以上,表现出较高精度与优秀的分类性能,模型对研究区的土地利用驱动因子解释能力较好,具有高精度和优秀的分类性能.②2000~2020年,陕西省的耕地大幅减少,林地显著增加,高固碳效益的林地面积增加使得陕西省的碳储量从1546.95 Tg上升到1616.25 Tg.2000~2020年陕西省内各地区的变化互有差异,其中延安的碳储量显著增加了18.89 Tg,榆林的碳储量则在20年间显著减少了3.29 Tg.③海拔、降水和气温成为影响2020~2030年陕西省碳储量时空变化的主要因素,在2025年与2030年的3种不同情景下,在生态优先情景下碳储量分别为1632.27 Tg和1647.43 Tg,碳储量及其增速明显高于自然发展情景和耕地保护情景.④生态优先情景下碳储量增加区占比高于耕地保护情景,减少区占比低于自然发展情景,碳储量的分布表现最为均衡。同时,陕北黄土高原区的南部和北部区域在未来的发展中需要重点关注生态环境的保护.研究结果一定程度上可以为推进生态陕西建设和制定碳中和战略规划提供参考.