遥感地质测量的特点.doc

遥感地质测量是在航空摄影测量基础上，随着空间技术、电子计算机技术等现代科技的迅速发展以及地球科学发展的需要，发展形成的综合性先进技术。遥感地质测量的理论是建立在物理学的电磁辐射与地质体相互作用的机理基础之上的；而技术方法则是建立在“多”技术基础之上的。正是通过多波（光）谱、多时相、多向成像、多向极化、多级增强处理等技术手段来收集和分析遥感数据资料，方能比单靠航空摄影测量获取更多波谱的、空间的、时间的地质信息。遥感地质测量不需要直接接触目标物，而是从远距离、高空以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影或扫描方式，对电磁波辐射能量的感应、传输和处理，从而识别地表目标物。 一、遥感地质测量的特点 （一）大面积的同步观测，视域宽广 在地球上，进行地质调查时，大面积同步观测所取得的数据是最宝贵的。依靠传统的地面调查，实施起来非常困难，工作量很大。而遥感观测则可以为此提供最佳的获取信息的方式，并且不受地形阻隔等限制。遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围就越大，也就越容易发现地球上一些重要目标物空间分布的宏观规律，而有些宏观规律，依靠地面观测是难以发现或必须经长期大面积调查才能发现的。如一帧美国的陆地卫星Landsat图像，覆盖面积为100n mile100n mile（185km 185km）34225km2，在56min内即可扫描完成，实现对地的大面积同步观测。我国全境仅需500余张这种图像，就可拼接成全国卫星影像图，便于进行地学大区域宏观观察与分析对比。 （二）信息丰富，技术先进 遥感地质测量是现代科技的产物，它不仅能获得地物可见光波段的信息，而且可以获得紫外、红外、微波等波段的信息。不但能用摄影方式获得信息，而且还可以用扫描方式获得信息。遥感地质测量所获得的信息量远远超过了用常规传统技术方法所获得的信息量，还能提件超出人们视觉以外的大量地学信息，这无疑扩大了人们的观测范围和感知领域，加深了对某些地质现象的认识。 （三）定时、定位观浏，提高观Ail的时效性 能周期性地监测地面同一目标地质体，有利于对比分析其特点，并可以对某些地质现象（如火山喷发）作动态分析。例如地球同步轨道卫星可以每半个小时对地观测一次（如FY-2气象卫星）；太阳同步轨道卫星（如NOAA气象卫星和FY-1气象卫星）可以每天2次对同一地区进行观测。地球资源卫星（如美国的Landsat、法国的SPOT和中国与巴西合作的CBERS）则分别以16天、26天或45天对同一地区重复观测一次，以获得一个重访周期内的某些事物的动态变化的数据。而传统的地面调查则须大量的人力、物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。因此，遥感大大提高了观测的时效性。 （四）投入相对小，综合效益高 在中、小比例尺地质制图时，具有精度高、速度快、费用省的特点。遥感地质测量的费用投人及所获取的效益，与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。 二、遥感地质测量发展趋势 （1）新的遥感波段开发与遥感器的研制。前者如毫米波段、激光雷达和紫外波段的开发利用。后者主要对可见光，尤其红外波段的高分辨率、窄波段的遥感器的研制。当然还有作为遥感器的运载工具的各种平台的研究（如航天飞机和地质专用卫星等），以及遥感数据资料的实时传输等。 （2）快速、价廉、有效的地学信息处理、提取、分析方法，如地理信息系统、专家系统以及新的图像增强处理方案的开发等。 （3）遥感技术在地质学已开展的领域的深化和新领域的开拓。现有应用领域的深化首先是在矿产资源勘查中的遥感技术应用方面，向模式化、自动化和定量化方向发展，其次是在区域构造分析、遥感地质编制图件上的应用。在遥感技术地学应用新领域的开拓方面，深部构造的遥感分析，包括灾害地质、城市地质等在内的（广义的）环境地质遥感是主要内容。 （4）遥感地学机理的研究。例如遥感地学信息的传输问题，以及一些巨大环状构造的形成机理就是一个有待深入研究的问题。 三、遥感地质测量法的应用 （一）在基础地质工作中的应用 遥感图像视域宽阔，能客观真实地反映出各种地质现象及其相互间的关系，形象地反映出区域地质构造以及区域构造间的空间关系，为中小比例尺地质制图和跨区域甚至全球的区域地质研究提供了有利的条件和基础。例如近年来重新修编的1400万中国构造体系图的工作、对雅鲁藏布江深断裂的延伸和走向的研究、郑庐断裂的延伸和走向问题的论证，都是建立在遥感地质测量基础上的新的认识和发现的体现，解决了一些地质学界长期争论或按常规很难解决的问题。 （二）在矿产勘查中的应用 各种矿产资源的形成、产出，都与一定的地质构造条件有关，如斑岩铜矿与中酸性侵入体有关，煤矿赋存在某些地质时代的煤系地层内。利用遥感地质测量资料来解译、分析区域成矿地质条件；提取某些矿床类型的遥感标志是遥感找矿的基本出发点和理论依据。当前，遥感技术在找矿工作中的应用可归纳为如下几个方面 1利用图像上显示的与矿化有关的地物如岩石、土壤等的波谱信息、色调异常和热辐射异常等直接圈定靶区，为找矿指明方向。 2利用解译获得的资料，分析区域成矿条件，进行区域成矿预测。 3利用数字图像处理技术，进行多波段、多种类遥感图像的综合处理分析，增强或提取图像上与成矿有关的信息，尤其是矿化蚀变信息，为找矿提供依据，指明找矿方向和有利成矿的远景地段。 4利用数学地质方法，综合遥感资料、物探、化探和地质资料，进行成矿统计预测，直接圈定找矿远景靶区。 （三）高光谱遥感的应用 高光谱遥感是高光谱分辨率遥感（Hyperspectral Remote Sensing）的简称。它是在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术（Lillesand ＆ Kiefer，2000）。其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。 高光谱遥感与一般遥感主要区别在于高光谱遥感的成像光谱仪可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息；每个波段宽度仅小于l 0nm；所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线；光谱的覆盖范围从可见光到热红外的全部电磁辐射波谱范围。而一般的常规遥感不具备这些特点，常规遥感的传感器多数只有几个，十几个波段；每个波段宽度大于100nm；更重要的是这些波段在电磁波谱上不连续。例如TM数据第三波段为0.630.369μm而第四波段是0.760.90μm，一中间0.690.761μm之间完全没有数据。所有波段加起来也不可能覆盖可见光到热红外的整个波谱范围。就第四波段而言，其宽度是140nm。如果换成l0nm宽的高光谱数据，TM的一个波段在高光谱里对应14个波段，高光谱的信息量大大增加。 高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命，其丰富的光谱信息，使具有特殊光谱特征的地物探测成为可能，因此有广阔的发展前景。20多年来，高光谱遥感是以航空遥感为基础的研究发展阶段，1999年底第一台中分辨率成像光谱仪MODIS成功地随美国EOSAM-1平台进入轨道，以及欧空局和日本等高光谱卫星遥感计划，使得高光谱遥感进入航天遥感并在应用的深度上有较大的突破。 高光谱遥感的出现，使得定量检测各种矿物存在以及编制相应图件成为可能。其原理是 第一，各种岩性和矿物都有一些可做为标志性的矿物，而这些矿物又都各有自己的波谱特征（表1。图1是高岭石、蒙脱石、伊利石和明矾石（它们都是与热液蚀变有关的标志性矿物）的波谱曲线。四种矿物的吸收谷都在2.21μm附近，其中高岭石曲线的“肩部”在2.18μm处,明矾石的吸收谷在2.21μm，都落在TM-7波段内。根据石榴子石Fe3离子在0.77 0.87μm处吸收的特征，D.S. Windeler, Jr 1993利用VNIR图像数据，识别出石榴子石-辉石蚀变带来。 波长范围 可辩别的主要矿物 可见-近红外 0.401.20μm Fe、Mn和Ni的氧化物及稀土矿物，赤铁矿、针铁矿植被 0.500.80μm 1.302.50μm 氢氧化物、碳酸盐和硫酸盐 1.471.82μm 硫酸盐类明矾石 1.471.76μm 硫酸盐类黄钾铁矾 2.162.24μm 含Al-OH基团矿物白云母、高岭石 迪开石、叶蜡石 蒙脱石、伊利石 短波红外 2.242.30μm 含Fe-OH基团矿物黄钾铁矾、锂皂石 2.302.40μm 含Mg-OH基团矿物绿泥石、滑石、绿帘石 2.322.26μm 碳酸盐类方解石、白云石、菱镁矿 中红外 8.0014.0μm 硅酸盐类石英、长石、辉石 橄榄石 第二，利用多通道的机载高光谱分辩力成像波谱曲线，与某些标志性矿物的实验室实测的典型曲线对比，能半定量地确定标志性的存在，由于AIS可以取得多达220个波谱曲线更接近实验实测得到曲线。图2是AIS的反射波谱曲线，其波长从2.02.3μm，波长间隔为0.01μm，共分为30个波段。其取样点的位置见图右侧。从图上方两条波谱曲线与实验室内测得明矾石的波谱曲线相比较，其形态很相似，可知这两处分别明矾石与高岭石含量较高的地段。 第三，通过某些标志性矿物的检测，来达到找矿和编制分布图的目的。 从高光谱遥感数据中提取各种地质矿物成分也需要发展许多技术方法。主要的技术方法如下 （1）光谱微分技术，是对反射光谱进行数学模拟和计算不同阶数的微分，来确定光谱曲线的弯曲点和最大最小反射率的对应波长位置。在地质遥感上可以确定波长位置、深度和波段宽度，以及分解重叠的吸收波段和提取各种参数，从而达到识别矿物的目的。 （2）光谱匹配技术，是对地物光谱和实验室测量的参考光谱进行匹配或地物光谱与参考光谱数据库比较，求得它们之间的相似或差异性，以达到识别的目的。两种光谱曲线的相似性常用计算的交叉相关系数及绘制交叉相关曲线图来确定。有时也采用编码匹配技术粗略识别岩石矿物的光谱。 （3）混合光谱分解技术，用以确定在同一像元内不同地物光谱成分所占的比例或非已知成分。因为不同地物光谱成分的混合会改变波段的深度，波段的位置、宽度、面积和吸收的程度等。这种技术采用矩阵方程、神经元网络方法以及光谱吸收指数技术等，求出在给定像元内各成分光谱的比例。 （4）光谱分类技术，在高光谱遥感中仍然是有效的识别方法之一。常用的有最大似然分类法；人工神经网络分类法；高光谱角度制图法。 （5）光谱维特征提取方法，可以按照一定的准则直接从原始空间中选出一个子空间；或者在原特征空间与新特征空间之间找到某种映射关系。这一方法是以主成分分析为基础的改进方法。 （6）模型方法，是模拟矿物和岩石反射光谱的各种模型方法。因为高光谱测量数据可以提供连续的光谱抽样信息，这种细微的光谱特征使模型计算一改传统的统计模型方法而建立起确定性模型方法。因而，模型方法可以提供更有效和更可靠的分析结果。 以上各种方法均有成功的案例可以借鉴。