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。

基于吸收深度系数的SASI机载成像光谱仪光谱定标方法研究

提出一种基于吸收深度系数的光谱定标方法 ,采用去连续统和光谱拟合方法计算机载成像光谱和地面光谱的吸收深度系数,构建光谱定标优化算法的目标函数,通过迭代的方法获取机载成像光谱仪传感器像元的中心波长偏移量。针对SASI机载成像光谱仪的具体特点,在甘肃地面定标场开展了光谱定标试验,结果显示:基于吸收深度系数光谱定标的结果与地面实测光谱吻合程度高;优化定标后的反射率数据精度明显提高,可以有效评估SASI谱段范围内的地物吸收特征的准确性,并可对机载成像光谱仪的"smile"效应进行修正。

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航空高光谱遥感在甘肃省白峡尼山地区的找矿应用

高光谱遥感是当今遥感领域的前沿方向,具有'图谱合一'的特点(Peterson et al.,1999;童庆禧等,2009),实现了由地物鉴别到地物直接识别的重要转变(Baugh et al.,1998;Clark,1999),使遥感工作方法由以图为主的图像分析模式转变为以谱为主的图谱结合模式(甘甫平等,2000;张宗贵等,2000),航空高光谱遥感具有高空间分辨率和高光谱分辨率的'双高'特点。

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。

统计调查活动的课堂实施策略--SASI框架引介

支持学生统计调查活动框架,是由北卡罗来纳州立大学开发的一项中小学统计课堂设计与评价框架,该框架从统计调查活动的实施和统计思维习惯的培养两个方面提出统计活动课程的设计方法。本文介绍了该框架的基本内容和特点,并结合课堂实例说明统计课堂活动的构建及对中小学统计活动开展的启示。

新的超轻RFID互认证协议:使用递归散列的SASI

由于RFID使用无线信道与其相关设备进行通信,应该有一些最佳的加密方法来保护来自攻击者的通信数据。之前提出的超轻量级相互认证协议(UMAP),以成本有效的方式保护RFID系统。针对大多数UMAP的安全漏洞,提出一个改进的UMAP,使用递归散列函数提供强认证和强完整性(SASI)。所提出的协议在其设计中仅包含简单的逻辑运算符XOR,Rot和非三角函数(递归散列),降低了对标签计算能力和存储能力的要求。分析结果表明,该协议可以有效地抵抗去同步攻击、重传攻击和可追溯性攻击,适用于较低成本的RFID系统。

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。

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。

基于机载和星载高光谱遥感的武夷山成矿带蚀变矿物信息识别研究

武夷山成矿带是中国东部中生代火山岩区重要的金铜多金属成矿带之一。为进一步对武夷山成矿带的岩矿蚀变信息进行识别与对比研究,该文利用机载航空高光谱SASI短波红外数据和星载高分五号(GF-5)高光谱数据,在充分分析不同蚀变矿物的实测波谱典型吸收特征和矿化蚀变信息识别提取方法的基础上,基于迪开石、高岭石、石膏、铁绿泥石、铁镁绿泥石、镁绿泥石等6种蚀变矿物的实测光谱特征,应用光谱角填图法(Spectral Angle Mapper,SAM)对闽中永泰—德化—尤溪矿集区的两类高光谱影像的蚀变矿物信息进行自动匹配识别和信息提取。研究表明:①两类高光谱数据都能较好地提取出上述6种典型蚀变矿物的分布范围,且结合地质资料能够推测出火山机构,暗示了较好的找矿前景;②通过对提取的蚀变矿物信息的效果和特征进行对比研究,并经野外实测岩矿样品的光谱验证,SASI数据提取的蚀变矿物信息与实际验证点吻合更多;③通过对比分析,发现应用高空间分辨率SASI数据的蚀变矿物信息提取结果较空间分辨率较低的GF-5数据更加稠密和精确,与空间分辨率越低,像素光谱混合越明显、地物精细区分程度也相对较差的常规认识相吻合。由于该研究中光谱验证点相对较少,且矿物种类有限,同时原始空间分辨率不同等因素,评价结果还需作进一步验证。

雄安新区土地利用变化及其经济影响预测研究

雄安新区承担着疏解北京非首都功能的职责,发挥着促进京津冀地区协同发展的重要使命,预测其规划与基础设施建设发展的经济影响,对于推进新区高质量发展具有重要科学指导意义。本研究首先基于InVEST模型与Dinamica EGO模型模拟了在生境质量约束下雄安新区建设用地的时空演变,并据建设用地类型设置了相应人口密度,预测分析了2035年新区的人口发展规模。基于未来人口规模利用SASI模型预测了2035年雄安新区各镇的经济发展趋势,设置了公路交通基础设施、铁路交通基础设施、公路与铁路交通基础设施3种情景,探究了3种情景下雄安新区土地利用变化及其社会经济发展影响。

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。

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。

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。