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让卫星看懂地球——遥感信息提取及地质解译

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2017-08-17
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摘要 : 遥感地质作为实现我国地质工作现代化的一种技术,在区域地质调查、矿产勘查及预测、生态地质和环境地质调查中发挥着重要的作用。

遥感技术在地学中的应用

让卫星看懂地球——遥感信息提取及地质解译

  面向21 世纪的地质工作正在走出仅仅面向基础地质和矿产调查的单一模式,充分利用现代空间高新科学技术,发挥空间信息技术(SIT)、遥感(RS)技术、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS),在野外数据采集、信息处理、图像解译、计算机制图和数据管理中的优势,更好、更快、更全面地向社会提供基础决策信息。遥感地质作为实现我国地质工作现代化的一种先进的方法技术,在区域地质调查、矿产勘查及预测、生态地质和环境地质调查中发挥着日益重要的作用。

  遥感技术为人类观测地球表层系统的岩石圈、大气圈、水圈、生物圈各圈层之间的动态变化、相互作用、相互关系提供了全面系统、快速准确的信息获取手段。RS、GIS、GPS为地学提供了全新的研究手段,促进了地学的研究范围、内容和方法的重大进展,标志着地学信息获取和分析处理方法的一场革命,促进了地球科学与空间信息科学的交叉和渗透,进而开始形成一个大边缘学科—地学信息科学。王之卓院士和李德仁院士提出的图像信息理论、陈述彭院士强调的地理信息科学对地球信息交叉学科的发展都具有重要指导意义。

遥感地质学的发展趋势

让卫星看懂地球——遥感信息提取及地质解译

  遥感地质解译是区域地质调查填图工作的一个重要组成部分。遥感地质解译和路线地质调查是不可分割的一个整体工作系统。在填图方法体系中,二者构成了一个相互依存和相互补充的交互式作业系统,且缺一不可。遥感图像的地质信息可以成为区调的生产力,从影像上获取的区域地质信息经过野外验证和调查就可转换为符合规范要求的基础地质数据。因此,将遥感地质解译与路线地质调查紧密结合在一起,是运用遥感技术进行区调填图的基本技术对策。其技术特点和发展趋势是:区调专业人员必须具备双重知识结构,除了具备基础地质调查研究能力外,还必须掌握遥感技术的基础理论、方法和技术。真正实现从地质解译到野外地质填图的一体化;运用微机图像图形处理软件、实现遥感数据的图像处理—地质信息提取—地质解译—地质制图和区域分析的全程计算机化。遥感解译到机助地质制图的工作流程一体化,是区调工作走向信息化管理中的关键技术;在区调填图中,实行路线前的地质解译—路线中的影像地质调绘—路线小结中的遥感地质再解译一体化。这一技术措施可以提高地质人员对图像地质信息的理解能力,并可有效地提高路线地质调查的工作效率和填图质量。

  计算机科学和空间信息科学的发展给地球科学的研究方法注入了新的活力,RS、GPS、GIS 技术作为现代空间信息技术已全面应用于区域地质调查工作。其发展趋势和特点是:从数字线划图(DLG)到数字高程模型(DEM),近年来的数字地质图是基于数字线划地形图而编制的,其地形底图在空间上还是二维的,未包含高程信息。目前,应运用DEM 自动生成系统实现地形底图的DEM 化,使地质制图从二维发展到准三维,提高地质图的三维显示能力和空间表达能力,扩大基础地质图件的社会服务领域;从数字正射影像数据(DOQ)到数字栅格图形(DRG)和影像地质图,影像地质图可提高地质图件的空间表现能力,使地质图的显示更为真实直观,地表景观信息更为丰富,图像及图形色彩更为醒目,可视化程度更高,实用性更强。用最新遥感数据不断更新地理信息系统的基础数据层,使地学专题图面上的地形现势、地理要素、水系要素、交通要素、境界要素等更为直观和真实;另外,用GPS 空间坐标数据取代人工观测点位数据,提高地质观测点源数据的精度,实现野外数据采集计算机化。

  地学区域遥感调查将以地球表层生态地质学解译填图为起点,在区域环境地质、水文地质、灾害地质、农业地质、自然地理和经济地理遥感调查研究的基础上,充实地球表层系统的研究内容,为区域经济可持续发展提供基础决策依据。

  区域地质基础数据库与科学数据库将作为国家空间数据基础设施的重要组成部分通过开放的GIS 进入信息高速公路。区域地质调查资料将从传统的记录方式转化为电子文本和超文本数字方式,在区调信息系统的管理下,建立各种不同尺度的空间数据库和各专业领域的决策支持系统。这就要求对区调数据进行信息深加工,实现数据采集、处理、更新、存储全程标准化,向社会各行业提供空间查询、空间分析和规划决策依据。21 世纪的中国地质工作面临着信息技术革命浪潮的严峻挑战,同时在我们面前又呈现出一个广阔的发展机遇和应用前景。

  多元地学信息综合处理是20 世纪80 年代初国内外迅速发展起来的一项以数字图像处理技术为基础,综合计算机、数字信号处理、多元统计分析、遥感、数学等知识的地学信息处理新技术。多元地学信息综合处理能把大量图件、图像、数据与人脑的认识思维活动建立起联系,取长补短,互为补充,提高信息综合分析的效果。多元地学信息综合处理的关键是多元信息的配准,即不仅要求不同来源的信息空间位置上一致,而且要求投影性质也一致,这样才能保证综合处理的信息异常不发生偏差,或者不产生虚假异常。

  多元地学信息范围很广,包括地质、地理、地球物理、地球化学、遥感、地理信息系统等各种地面、空中调查和探测的数据。

  20 世纪90 年代以来,高光谱遥感技术的兴起与发展,使遥感地质学逐渐步入了定量化的发展阶段。遥感地质应用不再局限于基于图像色调与纹理特征的图像增强和目视解译,而越来越注重对地物波谱特征的量化分析与参数反演、应用模型的建立等。

  高光谱技术的发展已促使地学研究的范围、尺度、内容和研究方法发生革命性的变化,其与GIS、GPS 技术的结合,为地学研究源源不断地提供高精度定位、高频度、多频谱不同级次的宏观影像,极大地拓宽了人类的视野和视觉能力,使人类真正能够从总体上把地球作为一个统一的系统加以分析,在不同级次上揭示地球各个圈层的相互联系和相互作用。

  机载高光谱技术已经将高光谱分辨率与高空间分辨率的特点合二为一,促使遥感信息更加精细化、遥感应用更加综合化和模型化。同时高光谱传感器不断推陈出新,使遥感技术具备了网格化、系统化与工程化的特点。高光谱矿物识别技术的智能化与流程化使矿物识别技术手段与方法日趋实用化,在资源环境领域日益受到重视,经济效益日趋显著。

高光谱技术

让卫星看懂地球——遥感信息提取及地质解译

  高光谱技术是对地观测的高新技术之一,在地学领域具有广泛的应用前景。该技术已开始应用到地质与矿产资源调查、环境污染与生态检测和防治、土地资源和水资源利用与管理等领域。高光谱技术的发展已促使地学研究的范围、尺度、内容和研究方法发生革命性的变化,其与地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)技术的结合,为地学研究源源不断地提供高精度定位、高频度、多频谱不同级次的宏观影像,极大地拓宽了人类的视野和视觉能力,使人类真正能够从总体上把地球作为一个统一的系统加以分析,在不同级次上揭示地球各个圈层的相互联系和相互作用。

  随着高光谱应用技术的不断深入,以及对地物精微特征探测的需求,传感器更加趋向于朝高光谱分辨率、更高空间分辨率及更大幅宽方向发展。利用高光谱仪所获取的海量数据,可以提供更为精细的地表信息,实现采用宏观手段对地表微观特征进行识别与研究,使人们可以在不同领域分别得到相关的、丰富的地物内在信息,促使地学研究将空间尺度的信息与地学机理有机结合,实现遥感地学应用的综合与模型化。高光谱传感器不断推陈出新,使遥感技术具备了网格化、系统化与工程化的特点。

  高光谱数据处理模块与软件不断业务化和商业化,在数据获取、辐射定标、光谱重建、数据处理、地物识别等方面取得了很大的进步,发展了多种辐射校正、光谱重建、波形分析、光谱识别、定量反演等方法;在地质制图、固体矿产和油气调查、大气探测、植物长势监测和农业估产、环境监测、海水有机物探测等方面都取得了明显成效。

  在矿产与能源调查领域,高光谱技术日益受到国外各大矿业公司的重视。其作用主要体现在以下两个方面:第一,随着矿产调查难度的增大,高光谱技术正逐步进入勘查前期的主流程,用于缩小找矿靶区,提高勘查效率和减低勘查风险。第二,普遍关注由采矿活动引起的环境污染问题,充分利用高光谱技术直接对矿山开发环境进行评估和监测。

  随着高光谱预处理技术与信息提取技术的进一步发展,将来的高光谱技术可以将算法与应用模型等嵌入传感器中,直接向不同应用层次的用户提供所需要的产品,及时快速满足用户的应用需求,为用户省去许多不必要的中间环节。高光谱遥感未来的应用模式,直接为用户提供丰富多彩的信息产品,满足不同层次用户的需求。

来源:科学出版社


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