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无人机遥感支持下的煤矸石山自燃监测与预警

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复垦后煤矸石山的复燃问题是矿区土地复垦与生态环境保护中的巨大挑战.超前和及时的自燃监测和预警对治理至关重要,同时也一直是研究和治理中的难题.研究基于无人机遥感技术,提出了一种在复垦后利用植被紫花苜蓿评估煤矸石山自燃风险的方法,并对该方法在自燃监测和预警中的可行性进行评估.以中国山西省某复垦后自燃煤矸石山为例,利用无人机搭载可见光、热红外相机获取了某复垦后煤矸石山的无人机影像,并基于无人机影像提取的图像特征估算了紫花苜蓿地上生物量、株高和植被水分信息;在此基础上提出了自燃风险评估方法,在已发生自燃的研究区A1开展预警可行性探究;同时,利用上述方法对一未知(潜在)自燃研究区A2的自燃风险进行评估.研究结果表明:①无人机是煤矸石山植被监测的有效工具,基于无人机遥感图像特征能够实现紫花苜蓿长势参数的精准估算.基于随机森林的紫花苜蓿生物量和植被水分估算模型在验证集上的决定系数R2分别为0.92和0.78,均方根误差RMSE分别90.58 g/cm2和4.29％;基于作物高度模型的株高预测结果的R2为0.92,RMSE为7.58 cm.②3种紫花苜蓿长势参数均表现出了对自燃的解释能力,在空间分布上与25 cm深度土壤温度Ts,25均表现出一定的负相关性(R2= −0.43～ −0.51),且地上生物量的解释能力最优(R2= −0.51).③基于紫花苜蓿生物量能够在一定程度上掌握地下自燃过程的影响范围、强度和变化方向,从而可能对煤矸石山的潜在自燃风险实现监测和预警.研究旨在为矿区复垦后煤矸石山的复燃防治工作提供新思路和方法支撑.
Monitoring and early warning the spontaneous combustion of coal waste dumps supported by unmanned aerial vehicle remote sensing

肖武、任河、赵艳玲、王启元、胡振琪

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中国矿业大学(北京) 土地复垦与生态重建研究所,北京 100083

浙江大学 公共管理学院,浙江 杭州 310058

矿山生态安全教育部工程研究中心,北京 100083

矿区生态修复 土地复垦 无人机遥感 煤矸石山自燃 紫花苜蓿

国家自然科学基金

42071250

2023

10.13199/j.cnki.cst.2022-1901

煤炭科学技术
煤炭科学研究总院

煤炭科学技术

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：2.095
ISSN：0253-2336
年,卷(期)：2023.51(2)
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