遥感-岩石力学(III)——交汇断层粘滑的热红外辐射与声发射规律及其构造地震前兆意义

以构造地震孕震机制之三即交汇断层粘滑发震为模拟对象,利用双轴加载实验系统和红外热像仪对自然界经常出现的断层组合模式--不同交汇角度的组合断层的物理模型进行了室内加载实验,利用红外热像仪和声发射仪分别测定了加载过程中试样表面的红外辐射及断层活动的声发射时间序列.结果表明(1) 声发射及红外辐射的时间序列特征受加载过程中试样的力学行为所控制,并表现出阶段性变化特点;(2) 声发射与红外辐射特征与断层几何结构有密切关系,当主应力与主断层成45°角时,红外辐射异常区主要沿主断层发育;(3) 垂直交汇的断层与斜交断层的声发射及红外辐射特征有明显差异,交汇角度(1°～90°)越大,交汇点处的红外辐射异常越明显.     

遥感-岩石力学(IV)--岩石压剪破裂的热红外辐射规律及其地震前兆意义

完整岩体压剪破裂失稳是构造地震的另一种可能孕震机制。以此为模拟对象,采集中国首都圈地区的5种典型岩石,进行了岩石压剪破裂过程的红外辐射成像实验。研究发现:(1) 岩石压剪破裂过程存在热弹和摩擦热两种热-力耦合效应,且压剪作用越强,压剪破裂过程中红外辐射升温现象就越明显。(2) 压应变占优势时,岩石压剪破裂存在红外辐射异常破裂前兆。(3) 压剪破裂前兆有明显的“时空”特征,即:时间上,当载荷增加到约80%破坏应力时,沿剪切区域的平均红外辐射温度开始出现加速升温前兆,且压剪比越高,出现前兆的时间越早;空间上,破裂前沿剪切区域出现的高温异常条带具有前沿推进即“由一端向另一端迁移、扩展”的特点。本研究结果对地震、岩爆、矿爆、边坡滑移等自然与岩石工程灾害的遥感与预报具有重要的基础意义。     

基于光谱联合分析的鞍山式铁矿原位测定方法

铁矿组分含量对衡量铁矿石品质优劣具有重要意义.传统的测定方法存在周期长、操作复杂、工作量大、效率低等不足,而目前的光谱原位测试一般仅使用单一光谱范围,难以确定铁矿石中所有组分的含量.选取鞍山式铁矿石作为试验样品,对样品进行了反射光谱与发射光谱的联合测试分析,并应用高光谱分析技术对矿石中的组分含量进行了定量反演.结果表明...     

颗粒度对高品位赤铁矿可见光—近红外光谱的影响研究

岩矿的反射光谱是进行岩矿分类与定量分析的重要依据,而颗粒度是影响光谱反射率的关键因素之一,探究不同颗粒度对岩矿反射光谱的影响至关重要。 为了揭示颗粒度对赤铁矿反射光谱的影响规律,以巴西高品位赤铁矿为研究对象,利用 SVC HR-1024 光谱仪对不同颗粒度的样品进行可见光—近红外光谱测试,分析了赤铁矿样品的光谱反射率随着颗粒度的变化规律。 研究表明:0. 07 ~ 3. 00 mm 颗粒度范围内赤铁矿样品的光谱反射率随着颗粒度变化较小,且无明显规律;颗粒度为 0. 04~ 0. 07 mm 时,颗粒度对于光谱的影响主要体现在 1 000 ~ 2 500 nm 范围的近红外波段,颗粒度与反射率呈负相关关系;当颗粒度<0. 04 mm 时,样品光谱反射率发生突然性升高,在红光波段(620~ 760 nm)的反射峰突显,使得样品呈现明显的砖红色,同时在 850 ~ 1 200 nm 波段。 光谱曲线出现陡边,反射率增加加快。 试验结果很好地解释了赤铁矿在块状呈现钢灰色而在粉末状呈现红色的原因,同时也为提高铁矿遥感分类和定量反演精度提供了参考。     

耦合多因子的地表生态状况指数在干旱半干旱区露天矿的应用效果评价

矿区生态环境遥感动态监测是指导绿色矿山建设和生态恢复的重要基础。 耦合绿度、热度、干度、湿度、亮度多种生态因子的指数,如遥感生态指数( Remote Sensing Ecological Index,RSEI)、地表生态状况组成指数( LandSurface Ecological Status Composition Index,LSESCI)具有可视化、可扩展等优势,已被广泛用于矿区生态环境监测中,但地表生态状况指数在不同景观条件和露天开采模式下表征矿区生态环境的适宜性及差异性尚不明确,并且研究区多为单一矿区易忽略因生态环境背景差异导致的区域异质性。 因此,以新疆位于不同生态功能分区以及地形条件下的金宝铁矿区、黑山煤矿区和乌拉根锌矿区为研究区,基于长时间序列 Landsat 遥感影像提取绿度、热度、干度、湿度、亮度生态因子耦合构建 LSESCI、RSEI、改进遥感生态指数(Modified Remote Sensing Ecological Index ,MRSEI)及标准化遥感生态指数(Standardized Remote Sensing Ecological Index,RSEIs) 4 个地表生态状况指数,结合土地利用数据和 DEM数据,通过相关性分析、缓冲区分析、滑动滤波、Sen+MK 等多种方法综合分析,揭示了基于卫星遥感数据反演获取的地表生态状况指数表征不同生态功能区露天矿地表生态状况性能的差异性。 结果表明:① 不同地表生态状况指数与绿度、热度、干度、湿度、亮度各生态因子的平均皮尔森相关系数达到 0. 6 以上,其中 RSEI 指数对各生态因子拟合程度最好。 ② 结合土地利用数据和 DEM 数据,LSESCI 指数能够有效区分位于山前冲洪积扇区的金宝铁矿露天采区和原地貌裸土及山间谷地,不会过低估计生态环境质量,能够反映露天开采对生态环境的影响范围。 对于原地貌有低覆盖植被且存在土地盐渍化的研究区,如黑山煤矿区和乌拉根锌矿区,相比 MRSEI 和 RSEIs 指数,RSEI 指数与湿度、热度等生态因子相关性更高,不会低估研究区的生态环境质量。 ③ 基于 Sen+MK 时间序列分析算法和最优指数,对2005—2020 年各矿区的生态环境时空变化特征进行了分析,露天开采对研究区内生态环境质量“良”和“优”的土地影响不大,通过露天开采占用、挖损的土地主要为生态环境质量“中”的土地。 相比黑山煤矿区,金宝铁矿区和乌拉根锌矿区的生态环境质量显著下降区域面积小,通过复垦及生态恢复生态环境质量显著提高的面积比例高,其中乌拉根锌矿区复垦率为 34. 58%,金宝铁矿区复垦率为 20. 75%。     

露天采场验收测量的SIFT-ICP点云配准方法

露天采场验收测量是露天矿山测量中的重要工作,传统的散点式测量方式如GPS、全站仪等逐渐向密集的点云测量方式转变,然而多期数据的坐标关联与统一需要点云数据的精确配准。为此,文中在分析以往ICP配准算法的存在不足的基础上,提出了一种改进的SIFT-ICP配准方法。该算法首先对预处理后的点云进行Delaunay三角剖分建模及栅格化,然后对栅格化后的图像实施SIFT算法的粗配准,最后根据粗配准的结果进行ICP算法的精确配准。实验结果表明,该方法能够加快ICP算法的迭代收敛,并提高了配准的精度。     

基于地面三维激光扫描的露天矿采剥工程量计算方法

目前露天矿山采场验收测量主要采用全站仪等点式测量方法,存在采样密度低、体积计算误差大、测量周期长等不足,使用三维激光仪进行露天矿山采场验收测量已经成为一种发展趋势,然而现有的点云配准算法存在配准效率低、精度不高等问题。针对迭代最近点法(Iterative closest point,ICP)点云精配准对初始输入点云要求较高,以及原有SIFT-ICP算法需要使用影像数据作为SIFT算法粗配准数据源的问题,将原有SIFT-ICP算法进行了改进,提出了一种新SIFT-ICP算法。新算法仅使用点云一种数据源,并将SIFT算法快速识别特征点与ICP精确配准相结合,改善了精配准过程中的初始点云输入,从而实现了电云快速精确配准。辽宁省鞍山市鞍千矿现场试验表明:基于地面三维激光扫描和新SIFT-ICP算法能够快速完成点云配准,计算得到的采剥工作量相对误差仅为0.72%,可以替代目前广泛使用的全站仪等点式测量方法,并可大大提高露天矿山验收测量效率。     

数字矿山与智能感控的统一空间框架与精确时间同步问题

统一空间框架和精确时间同步是矿山协同监测的前提,也是数字矿山与智能感控的时空基础。通过分析数字矿山建设的现存问题与发展需求,剖析了数字矿山的空间对象、数据类型、空间坐标和应用系统,指出了建立数字矿山统一空间框架的必要性;提出该框架须满足坐标兼容、矢栅整合2个条件;阐述了基于地球系统空间格网和矿山空间尺度建立该框架的基本思路。通过剖析矿山智能感控的目标对象、监测参数与时间同步性问题,指出了矿山精确时间同步的必要性;分析了矿山物联网时间同步技术的研究现状与技术瓶颈,提出要充分顾及矿山传感器、传感网及反馈控制系统的性能,综合利用卫星同步、硬件同步和软件同步技术,创新发展矿山精确时间同步机制与技术模式。     

受载岩石红外辐射的影响因素及机理分析

在总结过去实验的基础上，对岩石在加载过程中产生红外辐射的影响因素（加载速率、加载方式及岩性）及机理进行了分析和讨论。认为：1）随着加载速率的上升，温度上升加快。但在加载速率2.75×10-5/s到1.65×10-4/s的变化范围，单位应变内岩石红外辐射无明显规律性的变化；2）岩石压缩加载辐射温度上升，而拉伸加载辐射温度下降；3）不同岩性的岩石，因其矿物成分、结构及构造的差异，使得加载过程中的红外辐射规律不同；4）加载岩石红外辐射变化规律受两种热效应——热弹效应和摩擦热效应控制，两种热效应在不同的加载阶段所起的作用不同。     

混凝土破裂与渗水过程的红外辐射特征

 对内含水体的混凝土试样进行单轴压缩加载,利用红外热像仪并辅以声发射仪,观测加载过程中试样的红外辐射与声发射变化特征,研究混凝土破裂与渗水的红外异常前兆。实验结果显示,随着应力的阶段性发展,试样表面的红外辐射呈现早期整体性均匀上升、中期局部高温异常、后期低温异常的主要特征,声发射相应出现早期微量增加、中期均匀增加、后期快速增加的特征。加载中、后期红外热像出现的局部辐射温度“先升后降”现象是混凝土破裂–渗水的重要红外异常前兆,其出现的时间要早于应力和声发射前兆。整个破裂与渗水过程中,高温区域包围低温区域的温度场分布是热像的主要特征。基于实验结果,分析试样红外辐射阶段性变化以及破裂、渗水异常前兆的机制,讨论应力、红外及声发射灾变前兆时间差异性的原因。实验结果对水库大坝以及其他储水混凝土工程破裂与渗水的遥感监测与灾变预警具有重要的意义。