КАРТОГРАФИЯ, ГИС
ТОПЛИННИТЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ - ЕДИН СВОЕОБРАЗЕН ИНСТРУМЕНТ ЗА МИННИТЕСПЕЦИАЛИСТИ 1
Гл. ас. д-р инж. Веселина Господинова, МГУ „Св. Иван Рилски”, София
SUMMARY
The paper presents the essence and characteristics of the thermal images, the methods for their processing and interpretation and their application in mining. This type of tool can be used to determine rock composition, exploration of minerals and natural resources, self-ignition coal’s detection, landslides formation, detection of high-stress and water – seeping areas in underground mines, accidents prevention with mining vehicles, monitoring, analyzes in ecology, and more. This direction in remote sensing provides safety, greater opportunities for mining professionals and shortens the workflow.
Keywords: thermal images, mining, definition field of application
РЕЗЮМЕ
Статията разкрива същността и особеностите на топлинните изображения, методите за тяхната обработка и интерпретация и приложението им в миннодобивната дейност. Този своеобразен инструмент може да се използва за определяне състава на скалите, при проучване на полезните изкопаеми и природните богатства, за откриване на самозапалващи се въглища, зараждане на свлачища, разкриване на зони с повишен скален натиск, и области, в които се наблюдава просмукване на вода в подземни рудници, предотвратяване на аварии с минно оборудване, мониторинг, анализи в областта на екологията и други. Това направление от дистанционните изследвания осигурява безопасност, съкращава работния процес и предоставя по-големи възможности на минните специалисти.
Ключови думи: топлинни изображения, минно дело, формулиране на приложни направления
1. СЪЩНОСТ
Топлинните дистанционни изследвания са част от дистанционните изследвания, която се занимава с придобиване, обработка и интерпретиране на данни, получени главно в топлинната инфрачервена област на електромагнитния спектър. Всички обекти от земната повърхност, природни или антропогенни, излъчват инфрачервени вълни, което обуславя и възможността за тяхното дистанционно наблюдение в топлинния диапазон. Част от такова излъчване преминава през атмосферата и може да бъде засечено от инфрачервени топлинни датчици /друга част се задържа в атмосферата/. Именно тази дълговълнова радиация се регистрира от сензори (датчици) и представлява информация за топлинните характеристики на земната повърхност и обектите на нея. Топлинният инфрачервен спектър е разположен след средния инфрачервен диапазон от електромагнитния спектър /3-10 μm/. При дистанционно наблюдение на Земята от Космоса, топлинният диапазон се възприема в по-тесни граници, съответстващи на прозорците на прозрачността на атмосферата (3-5 μm и 8-14 μm.), тъй като тя задържа по-голямата част от радиацията/излъчването.
2. ОСОБЕНОСТИ, СИСТЕМИ И МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ
2.1. Спектрално излъчване и кинетична
температура
Дистанционните изследвания в топлинния диапазон се базират на факта, че всяко тяло с температура над абсолютната нула, излъчва електромагнитна радиация, която е пропорционална на неговата вътрешна температура. Количеството на излъчената енергия и каква е дължината на вълните зависи от емисионната способност на обекта и неговата кинетична температура. Емисионната (излъчвателна) способност е способността на реален материал да излъчва съотнесена към тази на черно тяло. Тя е спектрално свойство, което се променя в зависимост от състава на материала и геометричната конфигурация на повърхността, и варира между 0 и 1, като за повечето естествени материали приема стойности между 0,7 и 0,95. Кинетичната температура е повърхностната температура на тялото/Земята и е мярка за съдържанието на топлинната енергия в нея. Върху кинетичната температура влияят редица фактори, които се групират в две основни групи: топлинни свойства на материалите и съвкупността от топлина енергия. Съвкупността (множеството) от топлинна енергия включва фактори като слънчево нагряване, дълговълнови низходящи и възходящи лъчения, пренос на топлина между Земята и атмосферата и активни топлинни източници като пожари, вулкани и други. Топлинните свойства на материалите зависят от: топлопроводимостта, топлинния капацитет, топлинната мощност, плътността, топлинната дифузия и топлинната инертност на материала [13].
Като основа за разбиране на физичните принципи на безконтактно измерване на температурата и за калибриране на инфрачервените термометри се използва понятието „абсолютно черно тяло”. То е теоретичен обект, който абсорбира и след това излъчва цялата енергия при всички дължини на вълните. Това означава, че излъчването на такъв един обект е равнo на 1. Но никоя природна субстанция не представлява такова идеално черно тяло.
Сивото тяло има емисионна способност по-малка от 1, но постоянна при всички дължини на вълните. При всяка дължина на вълната, излъчената енергия от сивото тяло е фракция (постоянна част) от тази на абсолютното черно тяло. Ако излъчената енергия от даден обект варира според дължината на вълната, се казва, че обектът е селективен радиатор. Много материали излъчват като абсолютно черно тяло над определени интервали на дължината на вълната. От фиг.1, показваща спектралното лъчение на абсолютно черно тяло и кварц,
ГКЗ 5-6 ' 2017
18
1 Статия с заглавие „Класификация на приложните направления на топлинните изображения в минното дело“, от същия автор е публикувана в списание „Минно дело и геология“, 2018 г. 1-2, 52-59.