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【关键词】地震;遥感影像;遥感技术现状;信息提取
众所周知,中国由于历史原因,大多数的建筑物抗震性不够好,抗震级别不高,一旦地震发生,灾害性非常严重,如汶川地震,破坏性非常大,在十几秒内就造成严重的财产和人身伤害。遥感影像技术的产生和今年的发展为地震的预报与防御以及灾后的救援重建工作都带来了极大的方便。
1.地震灾害
地震是一种自然现象,又可以成为地动,地振动,是由于地壳快速释放能量的过程中造成了振动,在这期间会产生地震波。而引起地面震动(即地震)的主要原因就是觉得地球上板块与板块之间相互挤压碰撞,使得板块边沿及板块内部产生错动和破裂,从而造成地震现象。
地震会带来严重的灾害,造成严重的人身财产损失。地震最直接的灾害是地震的原生现象,比如因为地震断层错动和地震波引起地面振动而引起的灾害。主要表现为:地面被破坏,普通城镇容易造成建筑物与构筑物的倒塌损坏,靠近山区可能引起山体等自然物的破坏(比如泥石流、滑坡等),若是海底地震,沿海区可能引起海啸等,后果破坏程度大,后果严重。并且,地震往往带来的除了直接破坏外还伴有次生灾害。比如房屋倒塌后火源失控引起火灾;灾区水源、供水系统破坏或者被污染,使得灾区生活环境恶化,造成瘟疫等等。
地震往往瞬时成灾,让人措手不及,并由于地震使得大量房屋倒塌,造成大量人员伤亡。所以如何能够准确勘探地震,并能够在地震发生后及时有效的获取灾情信息成为重点研发方向。
2.遥感影像
遥感,[remote sensing],从中文解释上来看,可以简单理解为遥远的感知,泛指一切无接触的远距离的探测;从科技层面上来看,遥感就是通过人造地球卫星上的遥测仪器对地球表面及资源(如树木、草地、土壤、水、矿物、农家作物、鱼类和野生动物等的资源管理)进行感应遥测以及监视管理的一种科学技术手段。遥感是20世纪60年代初发展起来的以航空摄影技术为基础的一门新兴技术。1972年美国发射了第一颗陆地卫星,这就标志着航天遥感时代的来临。经过几十年的迅速发展,成为一门实用的,先进的空间探测技术。
遥感影像(Remote Sensing Image)是指纪录各种地物电磁波大小的胶片(或相片),在遥感中主要是指航空像片和卫星相片。一般遥感影像,数据类型比较多,需要通过金字塔加速、帧缓存技术、多种数据格式等方法进行图像处理,方便遥感影像的显示。
3.遥感信息提取技术
遥感信息提取是遥感成像过程的一个逆过程,是从遥感对地面实况的模拟影像中提取相关的信息,反演地面原型的一个过程。遥感信息提取需要根据专业的要求,运用物理模型、解译特征标志和实践经验与知识,定性、定量的提取出物理量、时刻分布、功能结构等有关信息。
3.1遥感信息提取方法
常用的遥感信息提取方法主要是两大类的:一是目视解译;二是计算机信息提取。
3.1.1目视解译
目视解译主要是利用图形的影像特征和空间特征以及多种非遥感信息资料相组合,用过运用相关的规律,进行综合分析和逻辑推理的思维过程。现在多通过人机交互,应用图像处理方法增强影像,提高影像的视觉效果,使之能够翻译到计算机屏幕上。
3.1.2计算机信息处理
计算机信息处理就是利用计算机进行遥感信息的自动提取,这就必须使用数字图像了。这种处理方式原理是由于不同地物在同一波段、同一地物在不同波段都会呈现出不同的波谱这一特征,通过对某种地物在各个波段呈现的波谱曲线进行分析,然后根据其特点进行了相应的增强的处理之后,在遥感影像上就能够识别并且提取同类的目标物。
4.遥感影像震害信息提取技术研究
遥感影像震害信息提取技术是通过对某一地区的卫星图像或者航空照片进行对比分析,比较同一地区在不同的时期所拍摄到的建筑物的遥感影像来判断该地区地表的变化。由于今年来科学技术的不断发展和创新,遥感影像的分辨率和震害信息提取技术也得到了相应的发展,改善了以往遥感震害信息提取技术存在的结果精度低,震害识别对象单一,遥感地震应急软件平台不都完备的问题,并产生了新的提取方案。
4.1提出基于面向对象分类的震害信息提取技术
面对对象分类方法需要充分考虑地物的大小,结构,形状等基本几何特点,利用对象和周围的环境之间的联系,借助于对象特征知识库以此来完成信息的提取。这种信息提取技术有利于提高分类的精准度。
这一信息提取技术主要涉及三个方面的关键技术即影像分割、影像对象特征的定量描述以及影像分类。对于影像分割,常用的方法是多尺度分割技术,能够精准的分辨出地物目标的分类。而影像对象特征主要是通过利用影像对象的光谱、形状和纹理特征制作相应的数学模型,从而进行表达描述。对于影像分类的方法最常用的就是模糊数学分类的方法。
4.2基于震害知识库的震害信息提取技术
建立震害知识库,这体现的是遥感影像分析技术通过对人类思维方式的模拟来提取遥感信息。在模糊分类推理机制的分类系统中,引入越多的专家知识,越能够丰富分类系统,使得推理更加的合理,能够更加符合人类的思维方式,这样产生的分类结果也就更加精确。由于知识库是人工智能和数据库系统相结合的产物,知识库中的知识数据越丰富,推理规则也就越完善,这样计算机系统的智能化程度就越高,为遥感震害影像信息提取分析人员提供的数据就更加完善,为影像分类是提供的特征参数依据就更加精准,从而能够提高遥感影像震害信息提取的准确性。
4.3通过高分辨率的卫星提取震害信息
随着科技的发展,安装有高分辨率遥感器的人造卫星普遍投入使用,以及雷达遥感无人飞机等高科技产品的飞速发展,遥感影像震害信息的提取技术所得到信息本身的精确度就得到了很大的提升,提取到的信息也必然更为准确迅速而有效,
结语
随着社会的进步,科学的不断发展,遥感影像震害信息提取技术必将不断发展,其信息的精确度、及时性都将得到很大的提高,对地震等灾害的预防以及灾后的救助都能提供极大的便利。
参考文献:
[1] 赵福军.遥感影像震害信息提取技术研究[D].中国地震局工程力学研究所,2010.
[2] 殷亚秋.遥感影像震害信息提取技术研究[J].科技传播,2011,(16):228,234.
关键词:3S技术;环境污染检测;环境保护
1. 3S技术概述
3S技术是遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)的统称,其中,GPS主要用于实时、快速地提供目标的空间位置,为遥感对地观测信息提供了准实时或实时的定位信息和地面高程模型;RS用于实时、快速地提供大面积地表物体及其环境的几何与物理信息及各种变化参数,其对地观测的海量波谱信息为目标识别及科学规律的探测提供了精确的定性或定量数据;GIS则是综合处理与分析多源时空数据的平台。3S的集成将使GIS具有获取准确、快速定位的现势遥感信息的能力,并实现数据库的快速更新;在分析决策模型的支持下,GIS可以快速地完成多维、多元复合分析。
3S技术集成将构成星、地、空一体化的信息系统, 自动、实时地进行数据采集、环境监测、灾害监测、全球生态演变监测、空间信息自动更新等。
2. 3S技术在环境污染检测方面的应用
通过地球观测卫星或飞机从高空观测地球,监测面积大,能及时发现陆地淡水和海水的污染、大面积空气污染、森林大火、火山喷发、洪水淹没等情况。利用遥感技术获取环境信息,时间周期很短,能及时发现环境的变化,便于采取措施控制环境污染,最大限度避免环境危害,保护环境。
装载了差分GRS定位仪的环境检测车,利用差分GPS的准确定位,能将车辆在移动中或在污染源现场采集的数据及时准确的反应到GIS电子地图相应位置上,而每一个固定监测采样点的空间坐标值也能通过GPS精确导入GIS中,并将不断变化的监测值和其在电子地图的相应坐标值进行关联后储存在数据库相应的位置中,这些数据可以为使用这随时调用进行动态分析或环境专题图的输出等。
RS对大范围的环境动态实时监测有得天独厚的优势。人们可以根据被监测污染物质或与其直接相关物质的最大吸收波长,来进行大范围的污染物定性、定量分析。遥感测得的数据,结合GPS精确地对分析的对象进行实时定位,再经过相应地雪编码结合环境数据实时采集系统、环境数据分析进入GIS 直接处理,实现实时动态连续监测,从而试对环境污染的监测得以大面积、全天候、全天时进行。
同时,借助GIS软件的帮助,可建立水土流失管理信息综合数据库,实现水土流失的动态监测。
3.3S技术在公路生态环境保护中的研究和技术应用
3.1 对公路沿线滑坡和泥石流的研究依据
3S技术因其强大的分辨能力与精确的模拟能力,在生态环境保护领域已广泛应用于调查导致滑坡、泥石流的环境因素,进而开展区域危险性分区及预测,为防治生态环境灾害提供科学的依据。
公路沿线的地质灾害发生、发展与其本身的特点有关:由于公路项目呈现线性、涉及范围广的同时所在环境限制性、封闭性明显,工程设计、施工及运行期管理都存在一定的困难,施工完成后的防护措施亦得不到全方位的调查和落实。对于这样的项目,3S技术更加显示出它超越空间、全时段观测能力的优越性;其在公路项目设计、建设等基础工程中的应用已非常广泛、成熟,而在生态环境保护中的应用起步不久、有待探索。
3.2 主要研究内容
第一阶段:对公路沿线典型滑坡和泥石流发生区普查与分析;室内实验、现场监测与理论模型研究;获取监测区的遥感数据,并对遥感数据分类解译及建模;建立本底空间数据库。
第二阶段:建立典型滑坡和泥石流三维数字模型;建立滑坡和泥石流体GIS 数据库;研究基于GIS技术平台的遥感图象数字处理方法;探讨基于GIS 技术平台,根据遥感解译成果,进行滑坡和泥石流危险度区划研究的理论与方法;研究基于GIS 技术平台,利用RS 和GPS 的多时相更新信息,动态监测滑坡和泥石流的理论方法;研究基于GIS 技术平台的滑坡和泥石流预警技术研究。
3.3 研究技术路线
(1)滑坡和泥石流遥感解译与辨识
对公路沿线现有滑坡和泥石流进行调查研究,以取得公路沿线亟待整治的滑坡和泥石流区域的相关信息,以及相应的基础地理信息,如植被、水系、居民地等,并对部分滑坡和泥石流区进行必要的现场野外地质踏勘。
对典型滑坡和泥石流进行地物波谱测试,获取监测区的遥感数据,运用数学图象分析处理方法,进行研究区典型滑坡和泥石流多源遥感数据融合技术研究,充分提取滑坡和泥石流监测区的地貌、植被等分类信息。结合对典型工程实例的几何形态特征及光谱特征的研究,初步建立了一系列遥感解译标志,并根据遥感解译标志圈定滑坡区和泥石流体。
(2)建立典型滑坡和泥石流数字模型
对公路沿线数字地面模型进行加工、处理,作为滑坡和泥石流研究的基础地理信息。建立典型滑坡和泥石流三维数字模型的研制工作。
(3)建立典型滑坡和泥石流体GIS 数据库
对滑坡和泥石流区域信息与川藏公路沿线DEM进行叠加、融合,提取有关信息, 建立针对公路沿线典型滑坡和泥石流体的相关地理信息数据库, 包括典型滑坡和泥石流体的地形地貌、地质构造、地层岩性、土地利用、植被覆盖、水系、城镇居民点以及典型滑坡和泥石流体附近主要的建筑物等等。
(4)研究基于GIS 技术平台,利用RS 和GPS 的多时相更新信息,进行滑坡和泥石流动态监测及预警。准备下一步主要从以下几方面开展研究工作:
a 在遥感图象解译成果以及滑坡和泥石流危险度区划研究的基础上,利用滑坡和泥石流影响因子(例如地形、地貌、地质、气象水文、土壤含水量、土地利用、植被等) 的多时相更新信息,进行滑坡和泥石流动态监测。
b 利用多时相高精度卫星影象资料( 如干涉雷达) 所建立的不同时相的数字高程模型,进行滑坡和泥石流变形动态监测。
c 基于GIS 技术平台,利用GPS 的多时相更新信息,进行滑坡和泥石流动态监测。
4、总结
地理信息系统是一门新兴的学科,亦是一种实用的工具。除了以上提到的这些方面,3S技术在环境领域还用于通过建立数据库进行环境管理、区域环境治理等方面,已经成为环境科学领域中不可或缺的工具。目前,应用3S技术对滑坡、泥石流及水土流失等进行监测的技术正在发展、日趋完善,能起到及时发现以采取保护措施的作用;由此得到的启示是,应该积极把先进的数据技术与环境保护结合起来,做到全方位、全时段监测,提高各种地质灾害动态监测和预警的准确性, 为公路保护及公路地质灾害防护提供及时有效的信息。
参考文献:
[1]杜培军,高井祥.“3S”技术的城市环境监测与管理系统研究[J].环境监测管理与技术 2000.
从大气学到医疗光学,光散射与辐射转移都是极其重要的一部分。本书是光散射综述系列丛书中的第6卷,主要内容是光散射问题中的最先进理论,同时就这些问题给出实验及理论研究技术方面的解决方案。本书的重点在于大气与地面的遥感。
本书共有7章,分为两部分。第一部分是单光子散射,含第1-4章:1.利用极地浊度计测量冰晶和浮质光散射:设计与测量。这项工作对于冰云遥感与气候学非常重要。与光散射领域中的非球形粒子的光散射基本理论相关,冰云中也包含着许多不规则形状的粒子,真实云朵中可回应形状与大小分布的特性描述也是很重要的;2.波长级大小不规则粒子的光散射。不幸的是,这项技术不能被用于长度比光的波长还长的粒子,比如说冰和尘云:但是从另一方面说,这个技术对于复杂形状、链、聚合物都非常有效。这一章主要介绍在离散偶极子近似(DDA)的框架下研究非球形小颗粒的散射;3.任意形状粒子或表面光散射的时域有限差分解决方案。这一章主要介绍了时域有限差分法(FDTD)的最近进展,重点在粒子和表面散射算法中的FDTD算法以及FDTD网格截断的各向异性完全匹配层和奇异散射场各向异性完全匹配层吸收临界状态;4.时域有限差分计算方法的进展。FDTD和DDA算法都是建立在求解麦克斯韦方程的直接结果上,没有考虑波动方程,这种算法在一些简单形状的粒子中,比如球形和回转椭球中是比较常见的处理。
第二部分是辐射转移与遥感,这个部分的主要内容是辐射转移理论的应用与对各种混乱介质的性质的光学测量方法,含第5-7章:5.耦合系统(如大气—水面(耦合系统、大气—冰雪耦合系统等)中的辐射转移;6.云朵与浮质遥感短波辐射的机载光谱测量与能量预算研究。主要内容是光谱信息如何在云朵和浮质的远程遥感中起作用;7.光学测量中雪信息的还原。本章的主要内容是利用卫星资料确定雪晶粒大小,现在这项技术已经成为雪光学反问题的标准解决方式。
本书献给D.Tanre—空间浮质遥感方面的先驱者。适合从事光散射以及辐射转移、遥感和相关领域的科研人员和研究生阅读和参考。
英文名称:Chinese Space Science and Technology
主管单位:中国航天科技集团公司
主办单位:中国空间技术研究院
出版周期:双月刊
出版地址:北京市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1000-758X
国内刊号:11-1859/V
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发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1981
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CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
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中文核心期刊(2008)
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中文核心期刊(1992)
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第二届全国优秀科技期刊
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期刊简介
关键词:水质参数;微污染水;动态监测;TM影像;大浪淀水库
中图分类号:X832 文献标识码:A文章编号:0439-8114(2011)13-2647-03
Dynamic Monitoring of the Slightly Polluted Water Quality Based on TM Images
CAO Zhi-yong1,HAO Hai-sen1,SUN Jun2,WU Liang-qing1,ZHANG Li-jun1
(1.Department of Water Conservancy, Hebei Engineering and Technical College, Cangzhou 061001, Hebei, China;
2. Cangxian Bureau of Land and Resources, Cangzhou 061000, Hebei, China)
Abstract: Dalangdian reservoir, the water source of nearby irrigation and urban life, was used as the research object. The band combinations with highest correlation with water quality parameters were achieved through analyzing the TM images and live measurement data of water quality parameters; then the remote sensing monitoring model of SS and TN was established, inverted and verified. The results showed that the model could meet the need of dynamic monitoring of the water parameters in Dalangdian reservoir, and could make sure that residents know water environment timely.
Key words: water quality parameters; slightly polluted water; dynamic monitoring; TM images; Dalangdian reservoir
随着水体污染问题的日渐严重,水质监测成为社会经济可持续发展必需重视的环节。水环境是一种由多介质组成的多元体系,污染因素具有随机性、复杂性和综合性[1]。内陆水体环境质量的好坏,关系到经济社会的可持续发展、人民群众的身体健康和社会稳定[2]。研究和分析水环境质量监测数据,探求其变化规律,可以为改善水环境质量提供依据[3]。
遥感技术凭借其分辨率高、时间连续、可以大尺度提供水质信息的特点[4],为水质监测开辟了新的途径。对于水质遥感的研究,国内外许多学者已经做了大量的工作,并取得较理想的成果。Dekker等[5]利用TM数据进行富营养化湖泊水质监测;于德浩等[6]对内陆水体水质遥感监测技术的发展现状进行了研究,并对以后遥感水质监测的方向进行了探讨。已有水质研究成果在大面积海域或国内南方内陆水体相对较多,北方内陆水体研究较少[7],对作为附近地区人民生活用水的水库水源的研究更少。
水体中悬浮物、总氮含量是环境监测的常规指标。本研究对沧州大浪淀水库水体悬浮物、总氮这两种水质参数实测数据与库区Landsat5 TM影像进行处理后获取的水体反射率进行相关性分析,建立了遥感监测模型,并进行了反演和验证。结果表明所建模型可以满足对大浪淀水库微污染水的动态监测要求,可为该水库乃至北方水体水质状况的评价和预警提供参考依据。
1研究区概况
大浪淀水库位于河北省沧州市南20 km、南运河以东13 km,地处沧县、南皮、孟村3县交界,属大Ⅱ型平原水库,主体工程于1996年底建成,1997年2月开始向沧州市城区供水。大浪淀库区面积16.89 km2,最高蓄水位12.47 m,库容1.003亿m3。基本解决了附近农田灌溉和沧州市区的饮水问题。
水库由天然洼地和农田改建而成,是一座没有本流域径流直接流入的封闭式水库,水源近期主要为“引黄济冀”的黄河水,在全国平原水库、湖泊中并不多见。水库在引蓄外源水途中带入较多有机质,蓄水后水库水体营养物质丰富,水库水流动性极小,随着气温的升高,库内水生物滋生繁衍,水质属微污染水[8]。
本研究利用遥感技术研究和分析该类型水库的水质指标及变化特征,对动态监测库区水质,控制库区水体富营养化,提高水体质量和保护水资源具有重要的现实意义。
2遥感数据预处理
从遥感地面站购买的卫星遥感图片只是经过几何粗校正的产品,不能够直接利用。对遥感影像进行预处理,其目的在于校正变形的图像数据或低品质的图像数据,以便更加真实地反映实地情况。因此必须对遥感图像进行预处理之后才能够提取光谱数据。
2.1辐射定标
辐射定标的目的是将原始图像的DN值转变为具有一定物理意义的其他数据,以表征传感器入口处的准确辐射值。传感器定标方法很多,常用的有反射率法、辐照度法和辐亮度法等。本研究采取的是辐亮度法。
Landsat5 TM图像DN值向辐亮度Li转换的方法[9]为:Li=DNi×Gaini+Biasi(i=1,2,…,7);式中,Gain为增益系数,Bias为偏置系数。
2.2几何校正
主要利用采集目标图像征点的精确地理位置(GPS经纬度)进行几何校正。首先用GPS采集具有一定地理特征的地面点精确坐标,以所采集地面控制点(Ground control point,GCP)数据为依据,利用ENVI软件在遥感影像中进行对应点位的标定,选择几何纠正模型(即原始图像的几何畸变模型),进而对遥感图像进行相关的几何变换和像素重采样,采用二次多项式法。所用TM图像采集15个地面控制点。在实际的几何校正过程中,经校正过的TM图像,误差均控制在一个像元以内。
2.3大气校正
TM影像的大气校正方法采用ENVI软件的FLAASH辐射传输模型法。ENVI软件中FLAASH模块使用了目前精度最高的大气辐射校正模型MODTRAN 4辐射传输模型,它基于像元进行校正,不仅校正了由于漫反射引起的邻域效应,还可以进行卷云和不透明云层的分类图,并调整由于人为抑制而导致的波谱平滑现象。该模块可处理各种高(多)光谱、卫星和航空数据,还能校正垂直成像数据和侧视成像数据。FLAASH模块采用向导式流程,FLAASH纠正向导指导用户进行大气校正,能够在短时间内完成复杂的大气纠正工作。
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3遥感监测模型构建与模型的反演及验证
3.1遥感监测模型构建
通过遥感图像处理软件ENVI对2005年和2006年共8幅遥感影像进行处理得到了库区多点的水体反射率,由于库区相对较小,反射率变化不大。以具有代表性的输水口附近点所得反射率与水质参数实测数据进行相关性分析,确定了各水质参数相关性最高的波段反射率组合,其中悬浮物含量与(TM2+TM3)、总氮含量与(TM3+TM4)相关性最高。
根据水体反射率与水质参数实测数据的相关性分析,建立了各水质参数的模型。相关系数分别为0.815 5和0.844 6(图1、图2)。
3.2遥感监测模型的反演和验证
对以上遥感监测模型利用2007年5月12日和2009年9月22日的遥感影像与水体实测数据进行了反演和通用性验证。反演的悬浮物含量、总氮含量与实测结果基本吻合,模型估测值与实测值见表1,差值百分比均在20%以内。反演分布图见图3、图4,说明所建模型可以应用于该水体水质参数的监测需要。
4结论与建议
基于TM影像的大浪淀水库水体水质参数的遥感监测模型反演情况可以看出,反演的结果与实测数据基本吻合,所建模型可以用于估测大浪淀水库中悬浮物和总氮的含量。
由于水体中存在着多种关系复杂、相互影响的光学活性物质,在很大程度上影响水质参数反演的精度和可用性[10]。本研究所建模型经过验证虽然偏差值都在20%以内,符合遥感监测水质的要求,但建模所用实测水质参数的数据量及遥感数据相对较少,对反演模型的精度存在一定的影响,加大建模数据量会使模型更可靠,反演精度更高,对于其他水体水质参数估测的借鉴意义也会更大。因此在以后的研究中,应该在加大数据量的基础上,研究更精确的反演模型来判断水质参数在时空上的变化趋势。
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【 关键词 】 遥感(RS);地理信息系统(GIS);空管;管理系统
RS and GIS Applications in the ATC System in Xinjiang
Liu Xiao-yu Li Hong
(Xinjiang Uygur Autonomous Region Center for Remote Sensing XinjiangUrumqi 830011)
【 Abstract 】 Xinjiang operation and management of air traffic control system is based on three-dimensional geographic information platform, the application of remote sensing technology and geographic information systems in the modern civil aviation, remote sensing data of the three-dimensional space, civil aviation, professional data, management information, business processes such as multi-service platform, multi-management system combine to provide an intuitive operator control interface, the Air Traffic Management to run centralized monitoring, operations support, special events and impact analysis, deal with emergencies and plan generation.
【 Keywords 】 remote sensing (RS); geographic information system (GIS); ATC; management system
0 引言
新疆地处我国的最西部,乌鲁木齐飞行情报区(含阿里地区)总面积约200万平方公里,是国内最大的飞行情报区。随着新疆经济的发展和对外合作交流的日益增长,加上新特的地理环境,向民航运输业提出了更大的需求。近年来,新疆民航的机场数量、航线布局、机队规模、运输增长率的不断增加,空管部门的业务工作量和难度也会随之增加,有限的空管工作人员和繁冗的工作形成明显的反差,需要有效地提高工作人员的管理、指挥和监控效率,并能为管理层提供更加准确的决策依据。
1 遥感(RS)与地理信息系统(GIS)的特点
遥感(RS)技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息,判认地球环境和资源的技术。遥感数据具有多源性,即多平台、多波段、多视场、多时相、多角度、多极化等,从这个意义上说,遥感数据是“多维的”。通过遥感数据能获取地物目标的精细光谱特征,并能综合地面目标的空间维、时间维、光谱维特征,还可探测各种目标的成分属性及有机目标的状态属性。
地理信息系统(GIS)是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科,它能把各种专业信息同地理位置和其他有关的视图结合起来,利用计算机建立地理数据库及图形库,将地理环境的各种因素,包括他们的地理空间分布状况和所具有的属性数据,进行数字存储,发展各种分析和处理功能,建立有效的数据管理系统,通过对多因素的综合分析,方便地获取信息,并能以图形和数字的方式来表示分析及处理结果,以满足决策、管理层的需求。空间分析能力是GIS的主要功能,也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征。
遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)是目前对地观测系统中空间信息获取、管理、更新、分析和应用的三大支撑技术。遥感与GIS技术对于空间信息资料的采集、存储、查询、运算、信息提取、分析以及管理已将信息技术领域带入了一个崭新的数字化时代。
2 生成三维地形技术
通过遥感(RS)技术、地理信息系统(GIS)的三维地形数据库,实现多功能空中交通运行管理系统,对地形、地物、障碍物、航路航线、空域等进行数字化处理。其中基础数据包括全疆15米、1米等不同分辨率的遥感卫星影像、全疆高程数据和地州市图层的矢量数据。基于以上基础数据进行海量数据生成三维地形技术的研究:进行三维地理信息数据的预处理工作,对这些数据进行纠正、图像增强与色彩平衡、数据的拼接镶嵌、多源数据配准与坐标转换、多分辩率数据叠加匹配;进行DEM高程数据与影像数据三维融合处理,处理成适合“新疆空管运行管理系统”的三维地形数据模式,生成适合“系统”的二维数据和三维地形数据库。以金子塔模型为基础,建立快速优化的文件索引算法,并利用无损压缩技术和流模式实现三维地形数据快速浏览。
首先对数据进行处理,数据处理包括二维地理信息数据维护和三维数据处理。其中二维地理信息数据处理流程如图1所示。
三维地理信息数据处理流程如下图2所示。
3 RS、GIS在新疆空管管理系统中的实现
新疆民航空中交通运行管理系统是基于数据库技术、网络技术、遥感(RS)技术和地理信息系统(GIS),对地形数据、地物点、航路、空域、作业区等进行数字化处理,实现数据采集和处理、屏幕直观交互操作、状态数据管理、飞机实时监控、航班动态管理、天气信息、预警、应急辅助决策等功能,利用这些功能分析各民航专业系统数据结构,获取航班动态、气象、AWOS、航行情报、机场保障等多种信息,实现对航班运行、专机(重要、特殊任务)飞行、军事训练、人影炮射、急救飞行、临时飞行、紧急事件处置等专业职能,有效利用低空空域,加强空管安全运行工作的协调力度,密切空管运行部门与航空公司、机场和军航之间的联系。
系统利用三维地理信息平台,整合现存的多个空管信息系统中的信息(包括雷达数据、自动化数据、气象数据、航班数据、航行情报数据等),实现快速浏览三维地形数据、乌鲁木齐飞行情报区在天飞机的实时监控、横向和纵向的信息共享和互通。并采用与GIS相关的数据实现与三维地图的关联显示,实现对疆内飞机的实时监控,并可掌握飞行高度、位置等信息。对空域使用提供更加科学直观的判断和管理方式;对航路、航线的描述,可以随时增加、删除、修改;航路下方所经过的山区中的至高点的坐标及高程信息。
近几年随着国际空难的不断出现,也对空管部门提出了新的要求。对于突发事件的发生需要有很好的应急搜救能力去面对紧急情况。本系统的建立提供了科学的搜救分析功能,该功能可以配合空管已有的应急预案方案,实现快速救援。
4 结束语
面对空中交通飞速发展的局面,空管系统保障能力与日益增长的飞行活动需求之间以及空管管理体制、运行机制与系统运行客观要求之间的矛盾等日益突出。该系统的建立是可靠运行保障的手段;可以提高对民航运行情况的掌握准确度,提高领导层决策效率的依据,也是进一步发挥空管自动化等专业系统效能的必然选择。将基于地理信息体统与遥感的三维技术转化为生产力,为空中交通运行管理及管制指挥提供强有力的支持,为保障空中交通安全运行具有非常重要的作用,也是航空运输发展的内在要求。新疆空管从体制改革后就提出,加大基础建设力度,发展和建设现代化的空管系统,顺应我国航空事业发展,积极推进以空管现代化为目标的“系统化、网络化、信息化”建设。随着科学技术的进步,空管手段的现代化程度将不断提高,空管管制指挥工作将朝着网络化、智能化、一体化的方向不断发展。
参考文献
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基金项目:
新疆维吾尔自治区科技攻关项目资助《新疆民航空中交通运行管理系统关键技术研究》(编号:201033118)
关键词∶遥感技术;水文地质;应用探索
本文利用新兴的综合性遥感技术作为探测数据来源,其原理主要是依据遥感器对地表物体进行探测,利用波谱的不同反应来识别地面上的各类地物。利用遥感技术对地下水勘察相关因素信息进行科学准确的评价、判断。通过对地表含水断层、线性构造、裂隙、地面湿度等信息,准确地评价一个地区的地下水资源。同时,微波遥感还能够直观的对地下潜水层进行探测,使地下水资源的开发利用更为全面、科学。
1.遥感技术应用概述
1.1遥感技术概念及特征
目前,人们对于遥感技术的普遍定义为从远处探测和感知事物和物体的技术的统称。因此遥感技术有以下几个特征。首先,遥感技术相较于其他探测技术来说,探测的覆盖范围较大。其次,遥感技术获取的探测数据,信息种类众多,手段多样,技术也相对先进。最后,探测信息表现大多是通过图像的形式来表现,获取探测数据信息方式更为直接、快速。同时整个探测用时也相对较短。
1.2遥感技术体系概述
遥感技术的应用体系一般为探测信息的获取、传输、解译和应用。其中信息的获取主要通过对地表物体波谱进行探测。通过专业的遥感探测数据传播设备和软件对初步信息进行传输,然后再对原始探测信息进行对比统计处理。信息的解译则是主要通过模式识别、模拟实验和地物分析等方法进行信息的细化。最后对这些经过解译的系统性数据信息进一步的应用加工。
1.3遥感技术水文勘察中具体应用流程概述
在水文勘察中,遥感技术的具体应用重视对地下水位有关的环境因素的综合分析,同时注重对遥感图像数据的处理方法。具体应用流程如下∶首先,对勘察地区背景进行必要了解,同时,确立明确的水文勘察目标。根据目标收集相关原始资料。其次,围绕勘察目标对遥感技术的相关原始资料进行分类。对各遥感资料信息进行细致的遥感图像信息处理。同时,根据各类信息不同的遥感图像波段,进行合成波段的合理选择。以此对各类遥感探测图像信息进行解译。然后,再加工各类相关资料信息的解译结果。综合分析地下水位的分布情况,根据土壤的水分、反射率、像元关系等原理,构建科学合理的地下水位分布模型。根据土壤水分以及地下水位分布模型,对单波段以及多波段地下水位进行详细估算。把估算结果和地区背景资料、历史勘察资料等进行对比,检验勘察结果。最后,构建更为全面合理的地下水位分布模型,进行详尽专业的勘察结论以及勘察土建制作。
2.水文气象条件概述
水文气候条件是影响地下水资源最为直接的环境条件。其主要包括地表水文条件以及气象环境条件。地表水文条件包括地区的河流、湖泊等地表水系环境,以及这些地表水系分布位置地表蓄水量。地区地表水系条件的优劣对判断地下水资源有很好的参考价值。气象环境条件包括地区降雨量、地区季节温度、风速等气候条件。降雨量也是判断地区地下水资源的重要参考依据。温度包括日照时长日照强度等,通过这些条件能够准确地判断地区水分蒸况。同样道理,也要对地区风速进行详细定量侦测。这些气候环境条件的数据获取首先要以年为单位,判断地区长期所处的气候环境。同时还要获取地区短期的气候环境数据。通过当前气候环境的变量来判断地区所处的水文气象条件。
3.地下水资源遥感勘察具体应用方法概述
遥感技术对地下水资源的勘察主要依赖于卫星拍摄的当地地形变化以及气候特征等因素信息,然后通过地质学解译标志进行处理。解译标志的方法大致可以分为两种。一种是直接解译标志,一种为间接解译标志。本文采用的是人机交互式的间接解译标志中的人机交互式解译方式。首先,应该对地下水资源相关的地形地貌遥感图像、以及岩性构造、土壤植被、地表水系特征等进行遥感特征分析。其次,通过对遥感图像中光谱信息的提取分析,判断地层岩性情况。确定地区是否存在潜水含水层以及易存水性地层岩性构造。最后,通过数学统计学技巧以及模型学技巧等信息处理方法,对地下水位进行单波段和多波段的评估模型构建。同时,对评估结果进行进一步实测印证,确保遥感技术勘察数据能够更加准确的反映地区地下水资源分布情况。
4.遥感信息分析方法概述
本次所采用的信息数据分析方法主要通过对遥感图像的解译,再结合地区水质气象环境条件的探测以及对地区地形地貌的判断,对地层岩性以及具置信息的判断,最后,通过综合多波段模型呈现的水文数据的变化规律等信息,分析地下含水层分布情况。从而能从多个角度对影响地下水资源分布的各个因素进行具体判断。更加准确的对地区的地下水含水层数量、地下水储存量、地下水深度、水质、形成年代等进行分析,为开发利用当地地下水资源提供更加全面、科学的勘察数据。
5.遥感图像数据处理以及水文地质信息提取方法分析
5.1遥感数据类型的选取
由于不间断的遥感影像成像方式以及独特的对地物的表现方式,遥感图像数据也有明显的特征。因此,在进行遥感图像解析之前应该选择更为适合的遥感图像类型,然后再根据不同图像类型的地物波谱特性曲线来选择合适的解译波段。例如对于水体多采用TM1波段进行解译,岩性识别则一般会用TM5或TM1波段进行,而对于植被则采用TM2波段进行。影响遥感数据类型选择的因素主要包括环境因素以及解译目标等影响。首先,环境因素包括,遥感探测时间以及地形特点等。如对于地质、地貌等遥感数据的解译一般选择在冬天进行遥感影像探测。而对于植被的遥感探测多选择在春季和秋季。另外,考虑解译目标的面积大小以及时间跨度等因素的不同,所选择的遥感影像尺寸以及波段变化组合等也要符合解译目标的实际需求。
5.2遥感数据的处理
在遥感数据处理中,由于遥感数据特殊的传输处理方式,很容易对遥感数据在传输过程中或软件工具处理过程中出现对比度下降、几何变形等失真现象。因此,首先要对出现失真现象的遥感图像进行科学的误差校正,而误差校正要分两个部分进行。首先,对遥感数据辐射量的校正。遥感图像的辐射量主要是指图像的光谱辐射特征。光谱辐射特征会在经过大气层或传感设备本身是受到一定的影响而出现辐射量误差。因此,应该根据具体的数据对比、数据分析等手段确定误差的范围。然后通过对传感器的工作参数进行微调来校正这种误差。其次,遥感图像几何位置的误差。对于遥感图像像元位置的误差,可以通过以一个典型的准确的地物作为空间位置的控制点,根据控制点对地表坐标和遥感图像坐标进行统一校正。
5.3图像合成波段的选择
大多数勘察对象的地物组成成分都较为复杂,不同地质结构的遥感波段参数也不同,其表现出的光谱特征也有差异。同时,同样的地物在不同波段上所表现出来的光谱特征也不一样。因此,大多数情况下,都要选择遥感图像合成波段对地区地物组合进行全面分析。我们可以依据地区水文地质勘察结果以及图像数据提取目标、各种岩层光谱效应以及各个波段光谱信息等因素,综合考虑,选择更为合适的遥感图像合成波段。
6.结论
本文通过对遥感技术的应用特征以及应用技巧入手,对遥感技术在水文地质勘察中的应用流程进行了进一步说明。本文认为在进行复杂地质环境的水文地质勘察工作时,可以应用遥感技术把水文地质勘察工作。通过对地物遥感图像的定量分析,对影响水文地质的各方面因素进行科学评析。继而更加准确客观的全面判定地区的地下水资源状况。由于本人能力有限,缺乏遥感技术实际应用经验,对于遥感技术的应用知识系统和实践经验不足。可能会对遥感数据的解译过程出现一些不够严谨的理解。对于这方面的欠缺,希望能在今后的工作学习中得到补充。
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关键词:遥感技术;水环境保护;水环境监测;水体富营养化
中图分类号:B845.61 文献标识码:A 文章编号:
目前正在使用的遥感数据主要有陆地卫星的多光谱扫描器数据、地球观测系统卫星的传感器数据以及专题制图仪影像数据,其中最为常用的就是专题制图仪影像数据,其信息容量也是相对比较丰富的。在实际水体富营养化以及水体检测中应用最为广泛的也就是专题制图仪影像数据,在水体质感信息以及水质情况的评价与监测方面,取得的效果也是比较明显的。
一、在水体富营养化的评价中应用遥感技术
对于水体富营养化问题的研究就一直没有中断过,随着科学技术的不断进步,在研究的过程中也逐渐的应用了相关先进的科学技术,比如:遥感技术。在研究湖泊水体富营养化评价的时候,北大城市与环境学院的马廷、王学军等就利用遥感技术以及相应的实验监测对太湖的水质进行了相关的水体富营养化评价,建立了相应的水质参数模型,对太湖水质的污染情况进行分析、评价以及预测,充分反映水质空间分布的情况,特别是用于对大规模水域开展相应的监测工作。此项研究结果说明:要想最大限度的利用遥感信息技术,就要加强对主成分的分析、多波段因子组合以及单波段因子的利用,这样才可以得到更加准确的数据。除此之外,还可以利用遥感信息技术对太湖流域的水体进行发展形势预测,特别是水体富营养化方面。近几年来,张海林等结合武汉东湖各个子湖多年来的监测资料与专题制图仪图像的卫星遥感数据,进行相关的分析与统计,最终建立了各个子湖营养情况的指数以及专题制图仪图像灰度值之间的关系模型,同时利用建立的模型对武汉市各大主要湖泊的富营养化情况开展有效的评价工作,并且根据相关的监测资料,利用富营养化修正法对湖泊的富营养化程度开展相应的评价工作。利用这两种方式进行富营养化评价得到的结论基本上是保持一致的,均可以说明:遥感信息技术在水体富营养化方面的应用是非常可取的,不仅可以取得相应的成果,还可以节省大量的资金,操作也相对简便,对大规模的水体的富营养化评价也没有任何的障碍。从研究水库水体富营养化方面而言,台湾大学的雷楚强以及陈克胜等都曾经利用卫星的专题制图仪影像数据对水库的水体情况进行相应的评价。传统意义上对水库的水质进行评价以及监测均是利用野外有限布点的方式,取得的这些有限数据能否完全表示水库的总体水质情况,通常都存在着不小的争议。在利用卫星的专题制图仪影像数据的研究过程中,主要是对台湾中部德基水库的总体水质情况开展相应的评价以及监测。经过研究可以说明,水质主要的三个参数透明度、总磷以及叶绿素与图像波段的变换以及光谱的特点都有着非常密切的联系。所以,专题制图仪影像数据对于水库水质营养情况指数图的绘制有着非常大的帮助。在研究的过程中,主要是通过专题制图仪影像数据确定水库水质,同时通过概率法对水库水质的总体情况进行评价以及监测。经过研究可以说明,水库水质参数同卫星专题制图仪转换光谱的数据特征有着非常密切的联系,尤其是专题制图仪2与专题制图仪4。通过专题制图仪影像数据与透明度、总磷以及叶绿素之间联系,可以进行水库TSI分布图的绘制。通过相关的实践研究可以说明,在对水体进行富营养化评价的时候,将专题制图仪影像数据与科学模型这两方面结合起来应用,具有非常广阔的发展前景。
二、在水环境监测中应用遥感技术
水体以及其中污染物的光谱性质是开展遥感信息技术水体评价以及监测工作的的可靠依据。在对水体污染指数进行预算的时候,大多数的专家学者通常都会选用遥感信息技术,以此来监测水质的相应变化状况。例如:莱思罗普等对森特勒尔莱克以及格林湾水质监测采用的就是卫星的专题制图仪影像数据的评价方法;陈楚群等也是利用卫星的专题制图仪影像数据评价方法对叶绿素浓度的估算进行了相应模型的建设。在水污染监测上,我国先后对渤海湾、大连海、珠江以及滇池等各大水体开展了遥感信息技术的监测工作,研究有机物污染以及油污染等情况。通过富营养化与叶绿素之间的密切联系,进而分析滇池富营养化与水质污染的关系;对渤海湾水体中叶绿素含量进行了相应的估算,找出了水体反射率与叶绿素含量之间的关系,为有机污染物地区的划分提供了可靠的依据。除此之外,对水体热污染原理的掌握,先后对大连海、海河以及黄浦江等开展了红外遥感信息技术的监测工作。目前,对于各大河流、湖泊等均会进行定期的监测,对于发生的赤潮、重大污染物泄漏等事故开展一天一次的监测工作。当一些大规模的河流、湖泊等发生突发污染事故的时候,利用现有的手段或者措施根本没有办法快速、准确的解决问题,并且进行实时的预报以及监测,导致相应的环保部门以及相关单位无法快速采取有效的措施予以解决,这时就可以充分发挥遥感信息技术的作用,及时发现事故,并且对事故进行跟踪监测以及评估,进而制定有效的紧急措施。
三、在水环境保护中应用遥感技术的优势与不足
随着遥感技术的不断应用,在水体富营养化的评价以及水体监测等方面应用的优势逐渐明显,主要表现在:对于水体水质的评价以及监测方面获取信息的速度非常快,得到的信息综合性也非常的强,不仅节省了大量的时间,还节省大量的人力;可以充分的反映水体的空间分布情况,特别合适用在大规模水体的快速监测方面;如果将遥感技术与其他相关方式进行结合,那么就会取得更加有力的数据,其应用前景非常广阔。遥感技术的应用正在不断成熟,在发展的过程中必然会存在着一些问题,主要有:需要进行水体监测的项目非常多,哪些项目利用遥感技术可以取得更好的效果,还不是非常的明了,更是没有建立系统的数据库;可以为监测工作提供的数据并不是非常的充足,需要借鉴国外相关的实施经验,结合本身的实际情况进行数据辨别。我国应用于水环境中的遥感技术还不是很成熟,相对来说起步也比较晚,需要进行不断的努力,深入研究遥感技术的相关应用。
结束语:
总而言之,利用遥感技术研究水环境的情况,并且针对相应的保护措施进行分析,所取得的实践经验以及研究成果,均可以为大面积湖泊、河水以及江水的水环境保护以及管理提供可靠的依据,我国现阶段在水体富营养化以及水环境监测这两方面进行了深入的研究,并且取得了一定的成果。因此,为了更好的保护水环境,一定要加强遥感技术的普遍推广,加大研究力度,为水环境的保护提供有益经验。
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在钻探施工过程中,工人大部分情况下是依靠感觉和经验而获得钻进特征,通过对钻进状态的判断来采取用来调整操作的措施。这种主观性的方法需要钻工具有足够的工作经验和丰富的专业知识,不能轻易掌握并且很难形成标准化操作。近年来,通过利用科学技术研究和对外技术合作,通过各传感仪钻进参数探测系统可以及时准确地掌握钻杆旋转速度,钻进进尺速度,钻杆扭矩,钻进压力,进、返水量,泵压,孔深,泥浆粘度、密度和酸碱度等钻进参数,依据这些参数,钻工可及时、准确地调整操作。不仅大大降低工人劳动强度,还可提高钻进质量和工作效率。随着煤田地质勘探技术的提高,该技术得到越来越广泛的应用。
2地球物理勘探
在当前煤田地质勘探工作中,地球物理勘探是必不可少的技术手段之一。地球物理勘探主要是用物理方法来勘测地壳上部岩石、构造等来澄清地质问题,寻找有用矿产的新兴科学,是根据地质体的物理性质差异,借助一定装置和专门的仪器来探测其物理量分布规律。地球物理勘探常利用的岩石物理性质有:密度、磁导率、电导率、弹性等。与此相应的勘探方法有:重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探等。
2.1电法勘探电法勘探是根据岩石及矿石电学性质如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性等电学性质差异,借助专门的仪器设备观测和研究地球物理场的变化及分布规律,来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。其主要特点是利用的场源形式多、方法变种多、解决的地质问题多,工作领域宽广。
2.2地震勘探地震勘探是地球物理勘探中重要的技术手段之一,是通过利用地下介质弹性和密度的差异,通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应,推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法,目前采用最多的是高分辨地震勘查技术。高分辨地震勘查技术通过采用高分辨二维地震、三维地震、多波多分量震等方法,来查明断层落差,圈定煤层分叉合并区、岩浆岩对可采煤层的影响范围及陷落柱分布情况等。
2.3重力勘探重力勘探是测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常,以确定这些地质体存在的空间位置﹑大小和形状﹐从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。重力勘探具有成本低、深度大、轻便快捷获得煤田地质资料的优点。
2.4磁法勘探通过观测和分析由岩石、矿石磁性差异所引起的磁异常,进而研究地质构造和矿产资源(或其它探测对象)的分布规律的一种地球物理勘探方法。在地面磁法勘探中,一般是布置一系列的平行等距的测线,垂直于被寻找的对象(矿体等)的走向,在每条测线上按一定距离设置测点,在测点上测地磁场垂直分量的相对值,测线距与测点距之比从10﹕1到1﹕1。在煤田地质勘探中,煤矿与周围岩石的磁性具有明显差异而发生磁异常,地面仪器接收到磁异常后形成数据资料进行保存,然后对该资料进行分析和研究,即可推断出随测区域煤矿的分布规律。
2.5地球物理测井地球物理测井是运用物理学的原理和方法,使用专门的仪器设备,沿钻井(钻孔)剖面测量岩石的物性参数,了解井下地质情况,从而发现煤层、金属、非金属、放射性等矿藏资源。这是煤田地质勘探中不可缺少的手段。岩石和矿物有不同的物理特性,如导电特性、声波特性、放射性等。在地球物理勘探中相应地建立了多种测井方法,如电法测井、声波测井、放射性测井和气测井等。
3煤田地质勘探中的遥感技术
目前,在地质勘探中已经形成了煤炭遥感技术体系,遥感技术被应用的领域日趋广泛,如在煤炭资源调查、煤层气资源评价以及煤矿区环境评价,水害防治和监测等方面都得到了应用。煤炭资源遥感技术主要是通过应用航天遥感、航空遥感、地面遥感测试等技术,对地下煤炭资源进行调查和评价,以得到煤炭资源开发利用的可靠信息。遥感技术具有高效率、低成本、层次性、时相性、波段性以及较强综合性等特点,是调查和评价煤炭资源的重要技术手段。随着遥感技术的进步,遥感传感器种类也不断增多,同时,还提高了遥感图像分辨率,使遥感数据处理和信息提取技术也得到一定程度的发展。可见,遥感技术有着日益广阔的发展和应用前景,在煤田地质勘探中,调查煤炭资源的遥感探测模式和技术方法逐步得到完善。
4综合勘探方法
由于大部分情况下勘探区地形地质条件和物理性质等复杂,一种简单的勘探技术很难使勘测结果达到十分精确的水准。因此,根据煤矿区的地形地质条件、构造复杂程度等,可以合理选取多种勘探手段,统筹各项勘查工程布置,将得出的各种地质信息进行综合分析,从而提高地质报告的质量。也就是将钻探技术、物探技术、遥感技术以及测井等技术手段相结合,在勘探区内,运用得出的重磁资料推定煤系的分布范围;用高分辨率数字地震控制断层、褶皱和其它异常体的发育;用钻探结合测井方法验证地震勘探结果,并重点控制煤层的变化。煤田地质勘探技术手段多种多样,每一种勘探方法都有自己的作用和使用条件,应结合工作实践的具体情况选取适当的方法进行运用,以提高煤田地质勘探的工作效率。
5结语