面向地质应用的航空高光谱CASI-SASI数据大气校正方法对比研究

蚀变信息提取是高光谱遥感地质应用的重要内容。基于特殊吸收峰的蚀变矿物提取是蚀变信息提取的重要手段。由于大气的吸收和散射作用,为了获得更为真实的地物反射光谱,必须进行大气校正。目前,国内外针对大气校正的对比研究主要集中在大气校正前后图像的质量改善、地物分类效果的提升以及校正图像像元光谱与实际地物光谱的相关关系等方面,而对不同校正方法获得的像元光谱与实际光谱吸收峰位的对应情况则很少讨论,这对于依赖吸收峰特征进行蚀变矿物提取的地质遥感极为不利。利用CASI-SASI航空高光谱成像系统,采集了甘肃龙首山地区的航空高光谱遥感数据,并运用ASD光谱仪,对该地区实际地物光谱进行了测量。以此为基础,开展了FLAASH、快速大气校正(QUAC)、经验线(EMPL)等方法大气校正结果的对比研究。通过对比分析,发现FLAASH,QUAC和EMPL均能在一定程度上消除大气的影响,改善航空高光谱遥感的图像质量,但EMPL方法得到的反射率与实际反射率相关性最好。此外,运用人工目视方法开展了实际地物反射光谱的吸收峰位与不同校正方法得到的对应像元反射光谱的吸收峰位的对比研究,发现不同校正方法得到的像元光谱的吸收峰位与实际峰位均存在不同程度的差异,虽然EMPL对吸收峰位的保留效果最好,但依然有“漏峰”的现象。据此,提出运用多种大气校正方法开展综合研究,以提高不同类型的蚀变带定位准确度。

CASI/SASI航空高光谱遥感测量系统及其在铀矿勘查中的初步应用

介绍了我国首次引进的CASI/SASI航空高光谱遥感测量系统组成及其主要技术指标,并以新疆柯坪地区铀矿勘查为例,阐述了该系统遥感数据获取、数据预处理、铀矿化蚀变矿物填图和野外验证等。研究表明,CASI/SASI航空高光谱遥感测量系统可以获取高空间、高光谱分辨率的遥感数据,在新疆柯坪地区大比例尺提取铀矿化蚀变信息方面取得了很好的效果。

CASI/SASI航空高光谱遥感矿物技术研究——以甘肃北山柳园地区为例

能源勘查、岩石矿物识别、矿物丰度制图以及成矿远景区圈定是高光谱技术发展和应用的主要方向。CASI/SASI航空高光谱数据可以在同一平台下同时获取覆盖可见光-近红外-短波红外光谱段的光谱信息,且光谱分辨率和空间分辨率远远优于多光谱及星载高光谱数据,所以在矿物蚀变信息提取中具有广泛的应用前景。以柳园研究区为研究对象,对CASI/SASI航空高光谱遥感矿物过程中的关键技术进行了实验研究,确定出航空高光谱矿物蚀变信息提取流程,并对研究区蚀变矿物进行识别、填图。通过与研究区地质资料和前人实地勘探资料对比得出,研究区CASI/SASI航空高光谱遥感蚀变异常结果与现实状况相当吻合。

机载高光谱CASI/SASI数据几何校正及精度评定

机载高光谱具有高光谱分辨率和高空间分辨率的特点,展现出了独特的优势。机载高光谱数据的几何校正精度,直接影响着数据能否正常使用,是数据预处理中的关键问题。传统的空中三角测量技术必须依靠地面控制点才可以解算影像的外方位元素,工作量大,而且在无法测量地面控制点的区域不能使用。本文在分析CASI/SASI系统几何校正原理的基础上,结合POS AV系统,设计了一套几何检校方案;检验结果表明,在测区范围内无地面控制点的情况下,利用检校场飞行解算的相关数据,CASI/SASI高光谱数据的几何精度达到了要求。

CASI/SASI数据在宁夏汝箕沟煤田中的应用

航空机载高光谱遥感数据(CASI/SASI)具有图谱合一的优势,能够根据光谱特征进行地物的直接识别。以宁夏汝箕沟煤田的CASI/SASI航空机载成像光谱测量影像数据为主要信息源,利用ENVI软件对数据进行了辐射校正和辐射定标、大气校正(光谱重建)与几何校正等预处理,同时利用FieldSpec~Pro FR便携式光谱仪对研究区烧变岩及煤层各类样本进行光谱测试,提取其光谱特征。在数据处理和实测光谱(野外与室内)分析的基础上,运用混合调制匹配滤波法,对研究区烧变岩和煤层进行高光谱识别,获得了研究区烧变岩和煤层高光谱分布图。通过野外调查验证和地质综合分析可知,野外观察的烧变岩及煤层分布与高光谱遥感解译结果基本吻合。该实例表明CASI/SASI航空机械成像高光谱数据在烧变岩及煤层勘查领域具有较好的应用效果和广泛的前景。

航空高光谱CASI-SASI数据蚀变矿物信息提取与应用——以甘肃省敦煌市小金窝子地区为例

航空高光谱遥感数据具有“空谱合一”的优势,深入挖掘并应用高光谱数据中蕴含的蚀变矿物地质信息具有重要意义。本文应用航空高光谱CASI-SASI数据,建立了基于“整体谱形-特征参量协同”的蚀变矿物信息提取流程,并在甘肃省敦煌市小金窝子地区开展了蚀变矿物信息提取、地质涵义分析和野外查证。基于高光谱CASI-SASI数据成功提取了褐铁矿、绿泥石、绿帘石、短波云母、中短波云母、中长波云母、长波云母共7种蚀变矿物。高光谱CASI-SASI数据提取的大面积区域性分布的蚀变矿物多为区域热液作用产物,小范围定向分布的蚀变矿物与断裂、岩脉等成矿热液活动关系密切,局部产出且具定向性的中短波云母与断裂构造及酸性脉体关系密切,基于野外地质调查和ASD光谱实测的蚀变矿物野外查证工作证实蚀变矿物提取结果可信。褐铁矿+中短波云母的蚀变矿物组合具有金矿化指示意义,为基础地质调查和矿产资源勘查提供了重要的遥感信息。

基于CASI/SASI高光谱影像的几何校正方法及误差分析

CASI/SASI高光谱遥感影像在380~2450 nm的波谱范围内,最多可构建388个连续光谱通道,具备很高的光谱分辨率.针对影像在采集过程中的严重畸变,采用Buddle(实验区)辅助POS数据的方法进行高精度几何校正.通过利用Buddle与POS数据进行联合计算,获取最佳的位置偏移量和角度偏移量.并将偏移量参数用于修正后的共线方程方法中,结合DEM数据进行几何校正.该方法有效解决了偏心矢量和偏心角无法精确测量而带来系统误差的问题,绝对定位精度达到4.87 m,校正精度较高.

基于CASI&SASI航空高光谱的雄安新区西南部农田土壤重金属镍含量反演研究

农田土壤中重金属元素富集会严重制约农作物的生长,且对人类健康造成潜在威胁。高光谱遥感数据具有极高的光谱分辨率,因而可在土壤重金属污染元素信息的定量研究中发挥重要作用。本文以雄安新区西南部及其周边农田土壤作为研究对象,在实验室测定土壤重金属元素Ni的含量,并与土壤可见-近红外高光谱数据建立土壤重金属Ni含量的定量估测模型,进一步基于CASI&SASI航空高光谱数据快速反演研究区农田土壤重金属Ni的含量,获取其分布特征。本文研究并建立了研究区土壤重金属元素基于不同光谱变换形式的多元逐步回归、偏最小二乘回归和BP神经网络统计估算模型,通过模型验证与对比,探索研究区土壤重金属Ni元素含量的最优反演模型。研究结果表明:(1)基于各光谱变换的BP神经网络模型的建模和预测精度整体上大于偏最小二乘法和多元逐步回归法模型,模型拟合精度高,预测能力较好;(2)综合来看,一阶微分处理能普遍改善模型预测效果,其中BP神经网络模型的一阶微分变换结果最佳,对于Ni元素建模精度R 2高达97.1%,验证集精度R 2高达98%以上;(3)选用精度最好的BP神经网络模型,通过CASI&SASI高光谱数据对研究区重金属Ni含量进行反演,反演结果与实测Ni含量数据一致性很好。

航空高光谱遥感技术在铀矿找矿中的典型应用——以新疆雪米斯坦地区为例

高光谱遥感技术是地质矿产勘查领域的重要新技术、新方法。近些年,航空高光谱遥感技术及其在铀矿找矿中的应用得到核地质系统的重视并开展深入研究。在分析前人铀矿找矿思路基础上,阐述了CASI/SASI航空高光谱遥感技术在新疆雪米斯坦地区的铀矿找矿新思路及其典型应用效果。首先深入剖析了白杨河铀矿床及其周围的航空高光谱遥感特征,识别了铀矿床产出的区域热液活动中心、铀成矿高铝绢云母蚀变等区域找矿关键要素,提出“区域热液活动中心识别-铀矿化航空高光谱蚀变组合发育地段确定-蚀变、构造、有利岩性等要素复合地段优选”的航空高光谱遥感铀矿找矿新思路;然后根据全区的航空高光谱遥感信息进行了找矿远景区筛选和野外查证,新发现了铀矿化异常。新发现的铀矿化异常地段航空高光谱遥感特征明显,地表铀异常显著,控矿断裂构造发育,地质环境有利,铀矿找矿前景良好。其是笔者对如何充分挖掘高光谱遥感铀矿找矿信息,提升高光谱遥感技术更好服务铀矿找矿应用效果的深入思考与探索,也是在地表岩石裸露程度良好的地区利用高光谱遥感技术直接寻找热液型矿产的良好例证,希冀为广大地质工作者开展找矿方法创新和应用提供参考。

新疆吉木萨尔地区油气渗漏与盐碱化相关性的航空高光谱遥感探测研究

笔者在新疆吉木萨尔地区开展航空高光谱遥感油气探测示范研究的过程中,发现油气渗漏地区往往有盐碱化现象。据此,利用航空高光谱成像系统在该区取得的可见光-近红外和短波红外遥感数据,采用自主开发的波段分类填图方法,对吉木萨尔农田、荒地和戈壁地区的油气渗漏异常信息进行了提取,经野外验证和化学分析,圈定了7处油气渗漏异常区。同时,构建了盐碱化的高光谱识别模型,利用该模型进行了盐碱化信息填图,并对吉木萨尔同一覆盖区的盐碱化异常进行了提取,圈定了盐碱化异常区。通过对油气渗漏异常区与盐碱化异常区的叠置聚焦分析,发现二者空间位置有高度的重合性。笔者认为这一高光谱遥感探测发现,不仅具有探索的理论意义,而且具有实用价值。其实用价值主要体现在高光谱遥感油气探测中,通过烃碱信息的相互印证,可以减少油气信息的漏判,提高油气渗漏信息识别的准确性。同时,在缺少航空高光谱遥感数据的情况下,还可以利用卫星多光谱遥感数据源,通过提取盐碱化异常和圈定盐碱化异常区的途径,帮助缩小找油气的目标区,为油气资源的调查、评价和选区提供新的信息和依据。上述研究同时表明,自然界的盐碱化可能并非全是由"干旱蒸发"形成,很可能还存在与油气有关的盐碱化,在油气勘查中如何区分这两种类型的盐碱化,特别是应用高光谱遥感技术将二者区分开来,是值得深入探讨的科学问题。

高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用

利用机载高光谱遥感数据(CASI/SASI),对甘肃北山成矿带金滩子-明金沟一带的蚀变矿物异常信息进行提取和分析,总结了区内蚀变矿物异常信息的分布规律及成因;结合典型岩石、矿物ASD地面光谱测量,对不同地质体中蚀变矿物的光谱曲线特征进行分析、总结;选取研究区北部明金沟金矿床的矿化蚀变地质剖面开展光谱测量,结合成矿地质条件分析,建立基于区内金矿床的高光谱遥感找矿模型。以找矿模型为指导,综合成矿地质背景及地球化学异常特征,筛选出成矿有利区段,进而通过野外查证检验高光谱异常信息在成矿预测中的应用效果。野外查证表明圈定出的找矿预测区金矿化发育,成矿潜力较好,说明高光谱遥感能为找矿提供较为准确且可靠的信息。

北山方山口地区典型蚀变岩矿的光谱特征研究

利用遥感数据提取蚀变矿物的基础就是熟知不同岩石和矿物的光谱吸收特征,尤其是要掌握不同物理、化学环境下岩石和矿物的光谱变异特征。北山方山口地区地质演化历史复杂,蚀变岩石类型多样。那么不同岩石和矿物的光谱吸收特征有何特点,跟遥感影像上对应端元的光谱曲线是否吻合呢?另外,何种采集条件下获取的地面岩矿光谱最具代表性呢?就上述问题,笔者对方山口试验区内典型岩矿的光谱特征展开研究。实验结果表明:原位露头岩石样品和原地碎石样品与岩石标样在光谱曲线特征上最为接近,样品表层的沙漠漆对特征峰的吸收深度有一定影响。而岩矿的可见光-近红外光谱主要取决于矿物的成分和分子结构,岩石的物理破坏作用不会导致特征谱带的变化。各蚀变岩石影像端元光谱曲线与其实测光谱曲线所反映的曲线形态和吸收峰位置基本一致,但不同蚀变岩石的光谱曲线相似性很高,因此仅利用遥感影像难以准确识别出蚀变岩石的类别,但利用遥感图像提取含Fe^(2+)、Fe^(3+)、OH^-、CO_3^(2-)离子或离子基团的蚀变矿物具有较好的可行性。这对遥感蚀变矿物信息的提取起到了理论指导作用。

整合机载CASI和SASI高光谱数据的北方森林树种填图研究

将机载CASI和SASI高光谱数据整合,既可以获取可见光—近红外—短波红外区间连续的窄波段地物光谱,又能得到很高的空间分辨率,为高覆盖度的森林树种识别又增加了一种新方法。但是由于两种传感器的光谱响应不同,接收到的辐射值差异较大,如何将两种数据有效整合目前仍是一个难题。CASI和SASI覆盖谱段不同,受大气影响程度也不同,根据植被反射和吸收光谱特性,首先用基于统计模型的经验线性法和基于辐射传输的MODTRAN模型分别对CASI和SASI大气校正,复原地物光谱真实的反射率。然后去除反射率光谱包络线,用Savitzky-Golay滤波函数对归一化后的光谱曲线进行平滑,以去除噪声及异常点,实现CASI和SASI数据(CASI+SASI)的整合。与实测光谱曲线对比发现,整合后的CASI+SASI光谱曲线与实测光谱曲线匹配度较高,并且比单一传感器的光谱信息更丰富,有利于不同树种的区分识别。最后应用光谱微分及曲线匹配技术,选取SVM分类器实现了研究区的树种填图,总体精度达到86.21%,Kappa系数为0.8297,该方法有效可行,为后续的相关研究提供了参考。

GF-5星载AHSI和航空高光谱矿物填图对比--以新疆雪米斯坦地区为例

卫星和航空遥感平台获取的高光谱数据各有技术优势,在经济成本上也有很大差异。在数据处理和提取矿物信息技术方法上面既有一致性,也有不同点。本文以新疆雪米斯坦地区GF-5星载AHIS高光谱数据和CASI/SASI航空高光谱数据为数据源,基于不同的空间尺度和光谱尺度高光谱数据矿物填图做对比分析。结果显示,AHIS高光谱数据可以从空间大尺度上提取与成岩和成矿紧密相关的多种矿物信息,但由于空间分辨率较低,识别的矿物种类较少;CASI/SASI航空高光谱数据空间分辨率较高,且根据蚀变矿物特征吸收峰位置差异,识别出的矿物种类更加丰富。两种高光谱数据提取的矿物在空间分布上一致性较好,可以满足地质勘查的一般需求,但考虑到航空数据源获取成本问题,在未来地质应用工作中需要寻找一种兼顾两者优点的高光谱遥感数据获取方式。

我国西北地区铀矿勘查遥感应用进展

阐述了21世纪以来,遥感技术在我国西北地区铀矿勘查中的一些新进展,具体包括:①ETM多光谱遥感技术在鄂尔多斯盆地北部砂岩铀矿控矿构造识别与分析中的应用和在调查西藏羌塘盆地砂岩型铀成矿条件中的应用;②ASTER多光谱遥感技术和QuickBird高空间分辨率遥感技术在提取和分析新疆巴什布拉克铀矿区油气还原蚀变中的应用;③ASTER、QuickBird、CASI/SASI等多光谱、高空间分辨率、航空高光谱分辨率等多种遥感技术联合在发现新疆萨拉姆布拉克铀成矿带中的应用;④CASI/SASI航空高光谱遥感技术在提取新疆白杨河火山岩型铀矿化蚀变信息中的应用等。这些应用进展体现了遥感技术在我国西北地区铀矿勘查中取得的良好效果,为遥感技术在今后铀矿勘查中的进一步深入应用提供了重要参考。

干旱半干旱高寒山区蚀变矿物遥感信息提取效果与找矿预测

新疆阿尔金地区位于阿尔金成矿带,属于干旱半干旱高寒山区景观区,该区成矿条件优越,但自然地理条件较差,基岩裸露利于蚀变矿物准确提取,采用CASI/SASI航空高光谱遥感进行蚀变矿物遥感信息提取及找矿预测,可以克服自然条件影响,降低成本。本文以CASI/SASI航空高光谱遥感数据为数据源,以干旱半干旱高寒山区景观区为研究背景,评价研究该区CASI/SASI航空高光谱蚀变矿物遥感信息提取效果,通过野外地质调查,发现了镍、铁、钴、钒、钛、铜等元素多金属矿化线索,并最终圈定了YC01和YC02等两处找矿预测区。说明CASI/SASI航空高光谱遥感在干旱半干旱高寒山区蚀变矿物遥感信息提取效果显著。

一种新的高光谱遥感蚀变矿物提取算法——MSSS_t相似光谱匹配组合法

针对高光谱蚀变矿物提取提出的光谱角和光谱信息散度(SIDSAMtan)组合法在复杂地质背景下仍然存在分类精度不足的问题,将波谱特征拟合(SFF)和混合调制匹配滤波(MTMF)加入SID-SAMtan法中,提出MTMFSFF-SIDSAMtan(MSSSt)组合法,可最大化地放大与目标波谱匹配的像元信号。采用相似度增量和相关光谱区分熵指标,定量比较MSSSt、MTMF、SFF、SIDSAMtan、SID、SAM 6种方法对人工模拟的相似光谱的区分能力,发现MSSSt法具有更强的光谱区分能力。在甘肃北山方山口地区,利用新方法从CASI-SASI高光谱影像上提取了绢云母、褐铁矿、绿泥石等9种蚀变矿物,通过地面实测验证对提取结果进行精度评价,发现9种蚀变矿物的提取精度都在90%左右,显示出MSSSt方法行之有效,可作为今后提取高光谱蚀变矿物的方法之一。

甘肃新水井—芨岭地区线性构造解译

本文基于CASI/SASI/TASI数据,参照前人区域地质调查成果(主要是1:200 000区域地质图),运用直译法、延伸法、对比法、逻辑推理法等遥感图像地质解译方法,对新水井—芨岭地区的构造进行解译,得到新水井—芨岭地区遥感解译线性构造分布图,其与研究区构造格架一致。通过遥感数据能够较为快速获得大区域的地质构造信息,更好地指示找矿工作。

甘肃龙首山芨岭铀矿床碱交代型铀矿化蚀变航空高光谱识别

甘肃龙首山铀成矿带是中国内陆一条重要的铀成矿带。芨岭铀矿床是龙首山成矿带中典型的碱交代型铀矿床,蚀变种类繁多,且与铀矿化关系密切,利用航空高光谱技术可以从宏观上获取芨岭铀矿床地表蚀变、构造、岩性分布信息,为芨岭矿床及周边铀多金属矿产勘查提供依据。本文采用CASI/SASI/TASI航空高光谱遥感技术,对甘肃龙首山地区芨岭碱交代型铀矿区及周围地表出露的热液蚀变进行了研究,识别出了碱性长石、赤铁矿、透闪石、中铝绢云母、高岭石、石英(硅化)等与碱交代热液作用演化密切相关的蚀变矿物,并将蚀变矿物与构造、岩性等要素进行了综合分析。研究表明,碱性长石、透闪石、中铝绢云母和石英(硅化)等蚀变矿物分别代表了芨岭及周围地区碱交代热液作用过程中早期碱交代、中期中性交代、晚期酸性交代等不同演化阶段的热液蚀变作用;芨岭铀矿区碱交代热液作用的主要通道是区域不整合面、深大断裂、不同岩性接触带的复合体,马路沟铀矿控矿断裂的芨岭矿区段明显发育透闪石、中铝绢云母、硅化与碱交代作用相关的热液蚀变。根据芨岭铀矿床的航空高光谱遥感特征,提出了龙首山碱交代型铀矿找矿的主要预测判据。这些判据对龙首山的铀矿找矿新区预测和老矿点、异常点的新评价具有重要的意义。

航空成像光谱的蚀变信息提取技术

根据成像光谱仪CASI/SASI的影像特点,制定了高光谱影像的处理方法流程,介绍了各步骤的内容和需要注意的事项。阐述了噪声和坏波段去除、大气校正的过程,并提出了一些经验性的处理方法。在成像光谱岩石蚀变提取算法中,根据经验对已有方法进行了改进;在基于特定算法的矿物填图方法中,依据柯坪地区CASI影像中富含二价铁的辉绿岩脉的光谱特征,提出了富二价铁岩石提取算法。经过实地验证,富二价铁岩石的提取对铀矿勘探具有较好的指导作用。通过提取的信息结果与已经矿区或矿点的空间叠加分析发现,富二价铁岩石空间分布与铀异常点分布有很强的相关性。根据富二价铁与铀矿的空间分布规律,提出了断裂+富二价铁岩石的成矿模式。红色砂岩提供铀源,岩脉提取铀成为存储容器。富二价铁岩石提供铀沉淀催化剂的作用,且线性的富二价铁岩石分布区域对成矿更有利。通过富二价铁岩石的提取,在柯坪南部地区新发现了3条铀异常带。