[发明专利]基于偏振光谱分析的瓦斯突出检测方法

说明书

技术领域

本发明基于成像光谱偏振技术的瓦斯突出检测方法，属于煤矿自动化在线监测技术领域，通过对瓦斯突出时，对电磁辐射强度的探测获取瓦斯突出位置的偏振图像信息而推求突出表面状态、温度及其它物理化学特性，从而从不同的角度来观察被测表面，准确确定瓦斯突出的具体位置，并且对瓦斯突出表面理化结构进行精确描述的技术方案。

背景技术

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，随着矿井深度和开采规模的增大，矿井突出危险性逐渐增加，不仅威胁人员安全，还影响正常生产，增加生产成本，严重影响煤矿的社会效益和经济效益，对于煤岩动力灾害的有效预测预报是采取防治措施、保护人员生命安全和国家财产的关键，据不完全统计，2009年全国发生一次死亡3人以上的煤与瓦斯突出事故40起，死亡262人，因此选择一种准确率高、易操作、对生产影响小、费用低的预测预报方法是亟待解决的首要问题。

目前，传统的瓦斯突出预测方法是通过向工作面前方煤体打钻，通过钻屑量、钻孔瓦斯涌出速度等指标来判定突出的危险性。近年来兴起了电磁辐射法来预测煤与瓦斯突出，综合反映了煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象的主要影响因素。但是，其预测结果并不能完全代表整个预测步长范围内煤体的突出危险性，含瓦斯煤体在生产过程中是不稳定的，在预测时刻取得的结果只是静态的，并不能完全代表煤体稳定前整个时期的突出危险性，因此，现在迫切需要一种能够全面、准确预测预报煤与瓦斯突出的检测方法的技术方案。

发明内容

本发明基于成像偏振分析的瓦斯突出预警方法的目的在于：为解决上述现有技术迫切需要解决的问题，公开一种采用机器视觉成像偏振技术将瓦斯突出位置的温度、成份、波长等信息用图像直观的反映出来，更好的分析瓦斯突出煤岩体电磁辐射的影响规律及影响机制，全面准确预测预报煤与瓦斯突出检测方法的技术方案。

本发明基于成像偏振遥感技术的瓦斯突出预警方法，其特征在于是一种采用机器视觉成像偏振技术将瓦斯突出位置的温度、成份、波长等信息用图像直观的反映出来，更好的分析瓦斯突出煤岩体电磁辐射的影响规律及影响机制，全面准确预测预报煤与瓦斯突出检测方法，该方法以成像光谱为基础，以成像偏振为切入点对伪装目标和背景进行分析和建模，完成瓦斯突出时的成像过程，更精确可靠地提取瓦斯突出时的地物的偏振光谱特性，针对其图像进行分类与检测，具体步骤如下：

、实验的安装与调试，按照设定的实验目的和实验场景，放置偏振探测器和目标物，设定偏振探测器方位角为40°~60°，同时，根据太阳光的强弱，对图像采集软件进行曝光和增益的调整，达到瓦斯突出前预警的实验目标；

、辐射定标测量，分别在太阳光和阴影下，对偏振角为0°和90°的多波段图像和光谱仪数据进行采集；

、目标物测量，分别在太阳光和阴影下，对偏振角为0°、45°、90°和135°的目标物多波段图像和光谱仪数据进行采集；

、图像与处理，根据和得到的实验图像，利用最小二乘法建立多波段图像和光谱仪数据之间的相互关系，并利用此关系对其他地物的图像数据进行反演；

、偏振光谱数据参数的求取，太阳光到达被观测目标表面与目标内部结构发生作用后返回目标表面进入探测器，反映观测目标的内部组成结构信息，其辐射传输方程为：

 

式中：为传感器接收到的总辐射的向量；为目标反射的天空散射光的向量；在地面遥感中近似为零，可以忽略不计，由此，便可以得到目标的偏振光谱的数据试验参数，其计算式为：

因此，对某个探测位置单个光谱波段的偏振参数，至少需要四组目标材料数据，类似的还可以得到：

线偏振度：  

偏振相角： 

VI、图像数据的分析，将由V获得的偏振参数与由和获得的未突出位置的多波段图像在光谱仪上进行数据对比，并且根据数据对比结果设定阈值，一旦由V获得的偏振参数超出设定阈值，则判别为瓦斯突出危险区，也就准确检测出煤矿瓦斯突出的位置。

基于成像偏振遥感技术的瓦斯突出预测方法的优点在于：

1、用图像信息直观的反映出成像区域内瓦斯突出的准确位置以及瓦斯含量的多少，精确度高，性能可靠，克服了现有的瓦斯突出预测方法的失效现象及维修现状的不足，提供了一种基于成像偏振技术的瓦斯突出预警方法，且其检测装置的整体结构紧凑，灵巧，适合于矿区工作，而且响应时间较短，真实的反映出探测目标的波谱特征，同时获得目标表面的辐射量、空间信息及偏振光谱信息，节省了大量钻探工程，对生产的影响小及不受煤岩体在空间上分布不均匀及时间上不稳定的影响，避免了不必要的经济损失，经济效益十分可观。