航空多光谱图像地形影响校正的模拟反射率方法

开展强起伏地形等复杂条件下的多光谱数据处理实用方法研究，是使中高山地区多光谱定量化解释成果水平取得明显提高的重要途径之一。本文根据地形因素对航空多光谱图像地质解释影响的特点、多光谱仪的成像方式，应用简化的太阳辐射能量平衡原理，研究了如何从航空多光谱图像像元的亮度变化中消除地形影响，模拟生成反射率图像的新方法。新方法综合考虑了地表太阳辐照度的变化、地物的光谱反射率、反照率和热辐射信息，与目前常规的处理技术（ 如比值法和剩余对数法） 相比，消除了地形坡度和坡向变化对图像解释的影响，保留了地物反照率信息，为多光谱定量化解释提供了更合理有效的反射率图像，对超光谱数据的处理和解释均有潜在的应用价值。

遥感图像数字处理新方法-模拟反射率图像

随着遥感技术的飞速发展及图像分辨率的提高,对改善图像质量的处理技术要求越来越高,现有的处理手段已不能满足新的需求,其中遥感数据信息的完整利用尤为突出。TM数据有七个波段,一般只利用其中三个波段的信息,其它波段的信息没有被利用。基于TM数据的模拟反射率图则囊括TM数据七个波段的信息,信息利用完整,图像质量得到了很大提高。这里严格推导了基于TM数据构建模拟反射率图的原理和构建流程,并根据实验结果,总结了基于TM数据的模拟反射率图的特点主要有:①阴影区的分辨率得到了提高;②整体图像质量提高,图像处理由传统的不定量(拉伸)处理变为定量(特定处理工艺)处理;③信息利用完整;④对水体有一定程度的透视作用。

基于XGBoost算法的近紫外通道地表反射率模拟

紫外谱段在全球极光探测、海洋溢油、大气辉光等领域具有重要应用价值,其地表反射特性是研究中的重要背景数据,但现有卫星数据资源较少,难以满足应用需求。针对这一问题,本文提出了基于机器学习XGBoost算法的近紫外(350~400 nm)通道地表反射率数据模拟方法。首先,选取Sentinel-2 MSI 2、3、4通道多光谱数据为数据源,结合其通道特点基于USGS地物光谱数据库获取植被、水体、土壤等典型地物光谱数据,并等效计算到相应通道。其次,对数据源和待模拟通道开展相关性分析,Sentinel-2 MSI 2、3、4通道与待模拟通道相关系数均大于0.88,这表明基于该数据源可开展近紫外地表反射率数据模拟。然后,基于等效计算后的典型地物光谱数据集,利用XGBoost算法构建近紫外通道地表反射率回归模型。精度分析结果表明,所有通道模型决定系数(R^(2))均达到0.91以上,均方根误差(RMSE)均小于0.076,平均绝对误差百分比(MAPE)整体在20%以内,且上述3个精度指标针对不同类别样本的标准差在0.0212范围内,可见模型精度较高,同时具有良好的稳健性。最后,基于Sentinel-2 MSI 2、3、4通道图像数据,生成355、365、375、385、395 nm的地表反射率模拟图像,图像较好地体现了地物光谱特性。

森林冠层反射率模拟模型敏感参数研究——以INFORM模型为例

利用专门模拟森林冠层反射率的INFORM模型,结合野外实测数据对该模型中的八个输入参数进行了敏感性分析和敏感参数的步长优化研究。结果表明:叶面积指数、冠层高度、平均冠幅和森林密度四个参数是敏感参数,叶面积指数、冠层高度、平均冠幅输入步长分别为0.66、1和0.555 m,森林密度为244~1244棵·hm^-2时,以100棵·hm^-2为输入步长;为1244~5244棵·hm^-2时,以400棵·hm^-2为输入步长。这为减轻模型计算量、提高运行效率、保证模拟结果的精度提供了一定的技术参考。

基于反射率模拟模型的黑土有机质含量估测

定量分析了黑龙江省黑土室内高光谱反射率曲线特征,确定了影响反射光谱曲线的主要特征控制点,建立了黑土光谱反射率模拟模型并对其进行评价,分析比较反射率数据、模拟后的光谱数据与土壤有机质含量的关系,建立了土壤有机质含量光谱预测模型。结果如下：有机质是小于1000 nm范围黑土反射光谱特征的决定因素,随有机质含量变化,黑土光谱反射率在该范围呈现单/双吸收谷特征;黑土反射光谱曲线在450-930 nm范围内有5个主要特征控制点;黑土反射率模拟模型能较准确地描述黑土反射光谱曲线,直线模型的模拟效果更好;以反射率模拟模型系数为自变量的有机质含量预测模型优于基于反射率及其一阶微分的模型,说明反射率模拟模型的曲线控制点选择合理且有代表性,反射率曲线模拟方法能够准确描述黑土的实际光谱反射率。

层间多次波辨识与压制技术的突破及意义——以四川盆地GS1井区震旦系灯影组为例

针对四川盆地GS1井区震旦系灯影组及下寒武统筇竹寺组的地震合成记录与实际记录严重不匹配现象,开展层间多次波辨识与压制技术研究。(1)研发了基于反射率法的多次波正演模拟方法,通过叠后和叠前多次波正演模拟等8种手段,结合VSP资料论证了该区井震不匹配主要是由层间多次波造成的。(2)利用剥层法井点和联井剖面多次波正演模拟结果,结合多次波周期性分析,明确了上覆4组速度反转层是灯影组层间多次波的主要来源。(3)在层间多次波准确识别和来源分析的基础上,通过传统Radon方法创新应用,结合基于模式识别的压制技术,突破了由于层间多次波与一次波速度差异小使得现有方法难以奏效的困境,结合基于模式识别的压制技术,形成了适用、有效、可复制的压制处理方案。(4)提出了一种多次波发育强度评价指标,编制了高石梯—磨溪地区灯四段多次波发育强度分布图。该方案提高了井震匹配程度,压制后剖面结构特征更加符合沉积规律,横向分辨率更高,小断裂与小异常体特征更清晰,并在灯影组发现了串珠反射。基于地震波形分类的储集层预测符合率从60%提高到90%,基于双相介质的烃类检测符合率从70%提高到100%。

超声化学共沉淀法合成纳米ITO粉体及其电磁特性研究

采用超声辅助化学共沉淀法以InCl3·4H2O和SnCl4·5H2O为起始原料制备纳米氧化铟锡（ITO）粉体，通过XRD，SEM，TEM及电磁参数的测试，研究煅烧处理温度对ITO粉体组织结构、微观形貌及电磁性能的影响。结果表明：随着热处理温度的提高，ITO粉体的结晶度提高，晶粒长大；当温度为700℃制备的ITO具有最佳的吸波性能，厚为2．5mm反射率峰值为-9．82dB，小于-5dB频带宽为6．79GHz（11．20～18．00GHz）。

不同纯化处理方法对多壁碳纳米管电磁性能的影响

采用硝酸回流、混酸回流、硝酸回流与混酸超声、混酸超声与双氧水回流、盐酸超声与双氧水回流5种不同工艺方法对多壁碳纳米管进行了纯化处理,使用TEM、XRD和FT-IR比较各种方法对碳管表面结构的影响程度,运用同轴法测定碳纳米管在2～18GHz频段内的复介电常数和复磁导率,研究了不同纯化处理方法对多壁碳纳米管复介电常数与复磁导率的影响。结果表明,经过纯化处理后,碳纳米管表面的无定形碳及催化剂颗粒均能被有效去除,并在其表面嫁接有羟基、羧基官能团;经过纯化处理,碳纳米管的复介电常数的实部与虚部均有所降低,而复磁导率的没有明显变化。综合考察测试结果,优选硝酸回流处理工艺纯化多壁碳纳米管。

光波在煤烟中的传播与衰减特性研究

利用米理论研究了煤烟聚集粒子的总消光截面、散射截面随组成煤烟聚集粒子的基本粒子的尺寸参数的变化,计算了具有一定分布和组成结构的煤烟聚集粒子的回旋半径以及对应的平均不对称因子和平均单次反照率.利用蒙特卡罗模拟方法,研究了光波在随机分布煤烟层的传播与散射特性.讨论了总反射率、总衰减率的变化情况,并且重点探讨了后向散射率随散射角、入射角、光学厚度以及入射波波长的变化规律.

处理解释一体化的层间多次波识别与压制——以四川盆地高石梯—磨溪地区灯影组为例

层间多次波的存在严重影响地震资料品质,造成合成地震记录与实际资料不匹配,对油气勘探开发造成许多负面影响。由于层间多次波来自表层以下的反射位置,因而与一次波差异小,且多源叠加造成多次波周期性特征复杂,目前还没有非常有效的压制方法可以借鉴。针对层间多次波“识别难,压制难”问题,在广泛技术调研的基础上,改变思路,提出了一种处理解释一体化的层间多次波识别与压制技术方案,以四川盆地高石梯—磨溪地区灯影组为例,介绍其实际应用效果。首先,研发了基于反射率法的多次波正演模拟技术,通过含与不含多次波正演模拟结果与实际资料对比分析,结合其它多种手段论证了高石梯—磨溪地区井震不匹配主要是由层间多次波造成的,并得到VSP资料的验证。其次,利用剥层法多次波正演模拟与周期性分析,明确了灯影组层间多次波主要来源于其上覆4组速度反转层。其后,在层间多次波模拟与来源层位指导下,通过多次波压制试验优选技术,建立了偏移前、偏移后和叠后分步组合迭代的多次波压制技术流程,并通过层控剩余速度分析与叠加速度优化,以及层控Radon变换解决了层间多次波与一次波速度差异小的瓶颈问题。最后,基于速度谱上速度展度,研发了多次波发育强度平面预测技术,形成了点、线、面完整的多次波压制处理质控技术,保障了在压制多次波的同时不伤及有效波。该技术方案在高石梯—磨溪地区已经得到规模化应用,落实了超深层地层结构,取得了显著地质效果;在GS1井区应用中提高了井震匹配程度,储层预测符合率提高了20%以上;在GS19井区应用中首次在灯影组内幕发现了大量弱“串珠”反射,它们是未来重要的资源接替区;在高石梯东地区应用中消除了台缘带假像,降低了井位部署风险。

辽东湾北部碱蓬群落及滩涂土壤盐分遥感反演模型

土壤盐分是评价土壤质量的重要指标,也是影响辽河口滨海湿地盐地碱蓬生长的主要环境因素之一,提出一种实时、准确、大尺度监测碱蓬群落及周围滩涂土壤盐分的算法十分必要.为了减少大气对模型的影响,该文利用地面高光谱数据模拟Landsat 8 OLI卫星反射率,采用基于交叉验证的逐步回归分析方法构建土壤盐分反演模型.结果表明:1)碱蓬样本的土壤盐分明显低于裸滩,海南三区域土壤盐分在总体上低于鸳鸯沟和笔架岭区域,而植株高度和生物量普遍均高于鸳鸯沟和笔架岭区域,在一定程度上说明了土壤盐分对盐地碱蓬生长的影响;2)模拟卫星反射率构建的多光谱指数与土壤盐分的相关性相较于单波段在整体上有所提高,其中植被指数NDVI和RVI与土壤盐分的相关性较高,相关系数达到了-0.689和-0.683;3)利用基于交叉验证的逐步回归分析法构建土壤盐分反演模型,模型的自变量为RVI、SAVI和SI3,模型的建模集决定系数R^(2)为0.684,均方根误差(RMSE)为3.45,验证集RMSE为1.88,相对分析误差(RPD)为2.28,表明模型的反演精度和反演能力较好;为了进一步验证模型的精度,对比分析基于逐步回归分析法筛选的指数因子构建的多元线性回归反演模型,发现交叉验证的逐步回归模型的R^(2)、RMSE均优于多元线性回归反演模型,同时土壤盐分反演值和实测值散点图更接近1∶1线,为辽东湾北部碱蓬群落及裸滩土壤盐分因子的反演提供技术及数据支持.

基于宽波段数据定量反演土壤有机质含量的研究

定量分析了北京顺义、通州区土壤高光谱反射特征,利用资源三号、高分一号、高分二号传感器的光谱响应函数,结合高光谱数据生成相应宽波段模拟数据;将土壤光谱数据、拟合宽波段数据分别与实测土壤有机质含量开展相关性分析,提取并筛选敏感波段,利用偏最小二乘法建立基于高光谱数据的土壤有机质含量预测模型;依据宽波段模拟数据和实测土壤有机质含量的相关性,提取并筛选敏感波段,建立土壤有机质含量预测模型。结果表明,在基于土壤高光谱数据建立的土壤有机质含量预测模型中,以对数的一阶微分为最优,其R和RMSE分别为0.697和0.195,偏最小二乘法得到的反演土壤有机质含量的模型是可靠的;在基于模拟宽波段构建的土壤有机质含量估测模型中,以高分一号的拟合精度最高,R和RMSE分别为0.334和0.240;受室外不可控因素的影响,模拟宽波段数据在估测北方地区土壤有机质含量方面仍需进一步研究。

Indication to distinguish the burst region of coal gas from seismic data

The velocity of an over-burst coal seam based on laboratory test results. This seam is about 1/3 compared to a normal coal can be considered as a basis to confirm the area of coal and gas burst by seismic exploration technique. Similarly, the simulation result of the theoretical seismic model shows that there is obvious distinction between over-burst coal and normal coal based on the coal reflection＇s travel-time, energy and frequency. The results from the actual seismic data acquired in the coal and gas over-burst cases is consistent with that of the laboratory and seismic modeling; that is, in the coal and gas burst region, seismic reflection travel time is delayed, seismic amplitude is weakened and seismic frequency is reduced. Therefore, it can be concluded that seismic exploration tech- nique is promising for use in distinguishing coal and gas over-burst regions based on the variation of seismic reflection travel time, amplitude and frequency.

TM/ETM和DEM数据的BRDF特征提取

巴丹吉林沙漠地区地物类型单一,地形起伏,形成了天然的二向反射数据集;因此,本研究利用巴丹吉林沙漠地区的ASTERGDEM产品提供的地面高程数据,计算出每个坡元所对应的太阳-观测几何信息(包括太阳天顶角与方位角和观测天顶角与方位角),假设沙丘上每个坡元的表面结构不随其坡度和坡向变化,加上Landsat-TM/ETM+对地观测的信息,就形成了对同一地物的多角度观测数据集,从而可以提取该地区的BRDF特征。为了检验该方法,利用该方法获取的BRDF特征信息模拟了25景Landsat-TM/ETM+数据,并与实际的Landsat-TM/ETM+图像进行对比分析。结果表明,Landsat-TM/ETM+前4个波段的模拟图像与真实图像地表平均反射率相比,平均误差分别为2.80%、1.92%、2.68%和2.32%,高于一般辐射定标中5%—7%的误差要求,因此本研究方法可为高分辨率数据的交叉辐射定标等应用提供参考。

层间多次波识别与压制技术突破与应用

针对层间多次波"识别难与压制难",持续开展关键技术攻关,历经5年取得了突破性进展.形成了一套适用、有效、可复制的多次波识别与压制技术方案,压制前后井震匹配程度提高20%以上,储层预测符合率提高20%以上.在多次波正演模拟与发育强度预测,层控Radon变换与分步迭代多次波组合压制等方面创新显著,经专家鉴定,该成果整体达到国际领先水平.研究成果已累计推广应用7个工区,面积13,860平方公里,为高石梯-磨溪灯四气藏储量提交与动用、开发方案部署提供了重要技术依据;改善了开发效果,平均单井日产提高81%,累计新增产量5.169亿立方米,共增加收入6.59亿元;发现了大量"弱串珠"反射,指明了气藏开发接替领域.3年来,该成果带来9个项目,新增利润1,818.89万元,经济效益显著.当前,勘探目标越来越深,越来越隐蔽,层间多次波问题日益严重,成果推广前景广阔,经济和社会效益潜力巨大.