Εφαρμογή τηλεπισκόπησης για παρακολούθηση καθιζήσεων σε περιοχή εξόρυξης

Από RemoteSensing Wiki

LI Liang-jun, WU Yan-bin

Περίληψη

Τα δεδομένα από εικόνες τηλεπισκοπικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της συνεχούς εξορυκτικής δραστηριότητας. Υψηλής ανάλυσης παγχρωματικές εικόνες και πολυφασματικές ελήφθησαν στην αρχή ενώ στη συνέχεια, οι έγχρωμες σχηματίστηκαν σε R, G, B ζώνες. Για την εργασία χρησιμοποιήθηκαν εικόνες με ανάλυση 10 m (SPOT), και TM30 εικόνες, της περιοχής ορυχείων Huainan. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν σε συνδυασμό η εντροπία, μέση κλίση, η ενέργεια κύματος και η φασματική παραμόρφωση, σα μια νέα μέθοδος. Το αποτέλεσμα δείχνει ότι η νέα αυτή μέθοδος μπορεί να βελτιώσει την ανάλυση των εικόνων με περισσότερη σαφήνεια και επίσης μπορεί και διατηρεί πληροφορίες από την αρχική εικόνα. Χρησιμοποιώντας τις εικόνες αυτές για την παρακολούθηση των καθιζήσεων σε πεδίο εξόρυξης επιτυγχάνεται ένα καλό αποτέλεσμα.

Εισαγωγή

Τηλεπισκοπικά δεδομένα μπορούν να ικανοποιήσουν τις ανάγκες της παρακολούθησης μιας μεγάλης περιοχής εξόρυξης. Αυτά τα δεδομένα παραθέτουν καθιζήσεις που έχουν προκληθεί και καλύπτουν ένα χώρο σε συνεχή χρόνο. Τηλεπισκοπικές εικόνες είναι ένα σημαντικό μέρος της τεχνολογίας που εφαρμόζεται εξ αποστάσεως για την παρακολούθηση καθιζήσεων που προκαλούνται. Πολλά δεδομένα από εικόνες τηλεπισκόπισης που λαμβάνονται από την ίδια περιοχή-στόχο από πολλούς αισθητήρες αυξάνονται διαρκώς. Η λήψη μιας παγχρωματικής εικόνας με υψηλή χωρική ανάλυση, καθώς και μιας πολυφασματικής εικόνας χαμηλής χωρικής ανάλυσης μπορεί αλληλοσυνεισφέρουν και να συντελέσουν στην αποφυγή ανεπάρκειας δεδομένων σε μια ενιαία εικόνα.

Διαδικασία σύνδεσης

1)προεπεξεργασία εικόνας Αυτό περιλαμβάνει ραδιομετρικές διορθώσεις και ακριβείς γεωμετρικές διορθώσεις. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για την ακριβή γεωμετρική διόρθωση σε ακρίβεια εντός 0,5 pixel και επιτρέπει την ακριβή αντιστοίχιση των εικόνων κατά τη διάρκεια της σύνδεσης.

2) αποσύνθεση κυμάτων των εικόνων Η υψηλής ανάλυσης παγχρωματική εικόνα, f (x, y), αποσυντίθεται χρησιμοποιώντας κύματα ώστε να δώσει μια συνιστώσα χαμηλής συχνότητας Ck( f w x y) , και μία συνιστώσα υψηλής συχνότητας D5k ( f w x y ), όπου W είναι ο συντελεστής κλίμακας. Η πολυφασματική εικόνα χωρίζεται σε τρεις ζώνες R, G, B(κόκκινο, πράσινο, μπλε). Όπου συχνά μετατρέπεται σε IHS όπου περιγράφεται ως Ι (ένταση), H (απόχρωση) και S (κορεσμός) . Η αλλαγή στη φωτεινότητα θα έχει μόνο μια μικρή επίδραση στην οπτικές πληροφορίες όσον αφορά το χρώμα στις εικόνες ώστε να μπορεί να αποδείξει με σαφήνεια τα φασματικά χαρακτηριστικά του που έχει ως στόχο. Ωστόσο, η απόκλιση στο χρώμα από το IHS μετασχηματισμό δεν μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις όπως αντικατοπτρίζονταν στην αρχική φασματικά τα χαρακτηριστικά της πολυφασματικής εικόνας. Για να μειωθούν οι διαφορές στο χρώμα πριν και μετά τη συγχώνευση πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη σημασία στις συχνότητες.

Αποτελέσματα

Εικόνες από SPOT-PAN, με ανάλυση 10 m και πολυφασματικές εικόνες TM3, 4, και 5 της περιοχής εξόρυξης Huainan επελέγησαν. Το μέγεθος της SPOT εικόνας είναι 600 × 450 pixels και το αντίστοιχο μέγεθος της εικόνας TM είναι 200 × 150 pixels (Εικόνα 1).Οι εικόνες 1α και β είναι τα αρχικά του δορυφόρου SPOT-PAN και TM εικόνες. Οι 1γ, δ και ε είναι αυτές όπου χρησιμοποιήθηκαν οι νέες μέθοδοι.

Εικόνες από τις τρεις μεθόδους σύντηξης

α)Αρχικές εικόνες ΤΜ,β) Αρχικές εικόνες SPOT-PAN,γ) Αποτέλεσμα εικόνας με τη μέθοδο HIS

δ)Εικόνα μετά από τη δεύτερη μέθοδο,ε)Εικόνα μετά από την τρίτη μέθοδο

Στην εικόνα 2 μπορούμε να δούμε ότι η χωρική διακριτική ικανότητα και οι φασματικές πληροφορίες με τις τρεις μεθόδους βελτίωσαν πολύ το αποτέλεσμα. Εδώ χρησιμοποιούνται τέσσερις παράμετροι για την αξιολόγηση: εντροπία, μέση κλίση,μέση απόδοση ενός κυμάτιο και στρέβλωση του φάσματος (βλέπε πίνακα 1).

Πίνακας 1: Ποσοτική σύγκριση μεταξύ των τριών μεθόδων σύντηξης

Η εντροπία αντικατοπτρίζει πόσες πληροφορίες μεταφέρει την εικόνα. Όσο μεγαλύτερη είναι η εντροπία της εικόνας τόσο περισσότερα δεδομένα προκύπτουν από την αρχική εικόνα. Η μέση κλίση δείχνει το πόσο η ποιότητα της εικόνας έχει βελτιωθεί. Όσο μεγαλύτερη είναι η μέση κλίση τόσο το καλύτερο αποτέλεσμα της σύντηξης. Η μέση ενέργεια ενός κυμάτιο έχει σχέση με την υφή και πόσο λεπτομερείς είναι οι πληροφορίες που δίνονται. Η στρέβλωση του φάσματος αντικατοπτρίζει το βαθμό της αλλοίωσης στις πολυφασματικής εικόνες. Όσο μικρότερη είναι η στρέβλωση τόσο καλύτερο το αποτέλεσμα της σύντηξης θα είναι.

Για την παρακολούθηση καθιζήσεων σε περιοχή εξόρυξης ελήφθησαν εικόνες από δορυφόρο SPOT-PAN και TM εικόνες, συγκεκριμένα για την περιοχή εξόρυξης Huainan ώστε να φανούν τυχόν αλλαγές που μπορεί να προκάλεσε η υποχώρηση του εδάφους και αν έγιναν όντως καθιζήσεις. Η εικόνα 2α δείχνει τις αρχικές TM 2, 3, και 4 εικόνες που ελήφθησαν το 1987 από το ορυχείο άνθρακα Kongji στην Bagongshan-Caijiagang περιοχή. Η 2β είναι από δορυφόρο SPOTPAN του 2004 και η 2γ είναι με τη νέα μέθοδο σύντηξης. Η περιοχή εξόρυξης Huainan χαρακτηρίζεται από μεγάλο όγκο νερού. Στη 2γ η λευκή γραμμή είναι το όριο των συσσωρευμένων νερών στην περιοχή, η κίτρινη γραμμή είναι όρια της περιοχής καθιζήσεων, το οποίο έχει εξαφανιστεί και η κόκκινη γραμμή είναι το όριο των νέων σχηματισμών μετά τις καθιζήσεις. Μια έρευνα πεδίου έδειξε ότι οι περισσότεροι νέοι σχηματισμοί αντιστοιχούν σε χώρους υγειονομικής ταφής, όπως η περιοχή Lizuizi και το ανθρακωρυχείο Xinzhuangzi. Πρόκειται για χώρους υγειονομικής ταφής που είναι συμπληρωμένοι από στείρα του άνθρακα.

2 α) ΤΜ 2,3,4 του 1987 στο ορυχείο άνθρακα Kongji στην Bagongshan-Caijiagang περιοχή 2β) SPOTPAN του 2004 2γ) Εικόνα επεξεργασμένη με βάση τη νέα μέθοδο

Η εικόνα 3 δείχνει την περιοχή εκμετάλλευσης Erdaohe όπως απεικονίστηκε το 1987, 1993, 2003 και 2004 από TM και SPOT. Από τις εικόνες φαίνεται πως αλλάζει η ποσότητα των υδάτων με την πάροδο του χρόνου. Η μεγαλύτερη έκταση συσσώρευσης υδάτων ήταν το έτος 2004.

Εικόνα 3:Περιοχή εκμετάλλευσης Erdaohe

Η εικόνα 4 δείχνει τις εικόνες της περιοχής Bagonshan-Caijiagang που συλλέγονται κατά τα έτη 1987, 1993, 2003 και 2004 από TM, SPOT μεθόδους (με διαφορετικές γραμμές στο χρώμα είναι οι ίδιες με εκείνες στην εικόνα 3). Συσσώρευση υδάτων στο ανθρακωρυχείο Houtaizi ήταν μικρής έκτασης το 1987 και άρχισε να μεγαλώνει το 1993, αλλά παρέμεινε αμετάβλητη μετά το 2003. Επομένως μπορούμε να καθορίσουμε περίπου τον χρόνο και την περιοχή συσσώρευσης νερού, πότε σχηματίστηκε και πότε εξαφανίστηκε προσδιορίζοντας έτσι εμμέσως και τον την κατανομή και διακύμανση των περιοχών καθίζησης μέσω τηλεπισκόπισης.

Εικόνα 4:Περιοχή εκμετάλλευσης Bagonshan-Caijiagang