高光譜遙感原理范文
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篇1
遙感,即遙遠的感知。因為每種物體都在吸收、反射和發射能量及信息,根據不同物體的電磁波性質是不一樣的。高光譜遙感就是據此原理,不僅遠離物體還能提取該物體的信息。
基于遙感圖像因種種原因伴隨諸多噪聲,并且波段數目多、信息量大、同時波段間相關性大、光譜分辨率高、具有連續的波譜曲線,因而會出現數據存儲、壓縮、管理等等問題。
本文重點介紹江西德興尾礦數據經過高通濾波、低通濾波降噪處理,從而消除或減弱低頻噪聲,起到銳化圖像的作用,使圖像數據更加光滑,增加目標地物與相鄰背景間的灰度反差值。從而使得圖像各像素間在結構、紋理、內容等方面的相關性會比降噪前小一些,更加方便分類、識別、解譯等工作。
關鍵詞:遙感 高通濾波 低通濾波
中圖分類號:TP751 文獻標識碼:A 文章編號:1003-9082(2013)09-0002-02
一、研究數據介紹
“Remote Sensing”,遙感,即遙遠的感知。人類一直憧憬著從天空中觀測地球,古時既有“登東山而小魯,登泰山而小天下”的認識。經過實踐發現,每一種物理都在吸收、反射和發射能量和信息。有一種使我們熟知的電磁波。根據不同物體的電磁波性質是不一樣的。高光譜遙感就是據此原理,不僅遠離物體還能提取該物體的信息。
德興銅礦地處江西省上饒德興市境內,是亞洲最大的露天銅礦,德興銅礦擁有豐富可靠的資源,銅金屬儲量占全國第一位,礦藏特點是儲量大而集中,埋藏淺,剝采比小,礦石可選性好,綜合利用元素多,其尾礦的價值不言而喻。
研究數據來自EO-1/Hyperion,它的波長范圍是0.4-2.5微米,可見光波段和近紅外波段都包含35個波段,短波紅外區域172個波段,不包含中紅外波段,空間分辨率30米,掃描寬度是7.5公里,波段數242,時間分辨率是200天。
二、高光譜發展以及數據特點
1957年世界上第一個人造地球衛星由蘇聯發射成功,從此人類邁入了太空時代。我國遙感事業起步晚些,事實證明高光譜遙感技術在識別礦物以及在蝕變帶成圖很有用處,給地質者提供指引。2011年,神州八號成功發射,同年與天宮一號對接,這標志著我國航天事業的發展也已比較成功。
高光譜遙感成像是相對于多光譜成像而說的,由于擁有成百甚至上千的波段數目,高光譜遙感所獲得的圖像信息要比多光譜成像信息超出很多,并且包含了更豐富更光滑的光譜曲線信息。
遙感圖像的特點有:波段數目多、信息量大、同時波段間相關性大、光譜分辨率高、具有連續的波譜曲線,因而會出現數據存儲、壓縮、管理等等問題。
Hughes現象,G.F.Hughes等闡述分類精度與數據復雜度的關系,即如果樣本數量一定,那么分類精度會隨波段數目增多而先增后減,故降低維度是必然趨勢。
高光譜遙感圖像信息冗余,相關性很強。故提取可能少的波段又要包含著大量的光譜信息,降維降噪是必須的選擇。同時高光譜分辨率高,波段數成百上千,原圖像計算量巨大,存儲困難且計算花費時間很長。計算量隨波段數目的增加呈指數增加,故必須經過降維降噪處理。
高光譜遙感圖像降噪概述:由于數據傳輸、傳感儀器、受到大氣等影響,圖像含噪聲,影響波譜曲線及反射率,使得精確度降低。
綜上所述,降噪處理是高光譜遙感圖像處理中必須一步。常用降噪的算法有高通濾波、低通濾波、帶通濾波等。本文利用低通濾波、高通濾波算法對高光譜遙感數據進行降噪處理。
三、濾波介紹及其實現
高通濾波是高頻通過,低頻減弱,主要作用是消除或減弱低頻噪聲,起到銳化圖像的作用。低通濾波是低頻通過,高頻減弱,用于增強圖像的高頻率特征,使圖像數據更加光滑,增加目標地物與相鄰背景間的灰度反差值。
對江西德興尾礦高光譜遙感數據進行高通濾波后,低頻的噪聲得以消除,使得遙感圖像中的圖像高頻的數據更加銳化并且不改變相位位置,如圖所示,主要作用是消除或減弱低頻噪聲后,研究區域的圖像更加銳化。
對研究區域的高光譜遙感圖像進行低通濾波后圖像如下:
對研究區域的數據實施低通濾波,即低頻通過,高頻減弱,最終增加了目標地物與相鄰背景間的灰度反差值,強化了圖像的高頻率特征,令圖像更加連續光滑。
綜上所述,濾波后前4個波段能夠反應圖像的絕大多數信息,前3個波段的特征值貢獻率超過了85%,完全可以代替原圖像進行后續其他處理。觀察圖像可得,遙感圖像噪聲信息量會隨著噪聲信息隨著波段數的增加而增加,同時通過降噪不同程度地還能降低波段間的相關性。
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篇2
關鍵詞:水工環地質;應用;遙感信息;調查
中圖分類號: P283 文獻標識碼: A 文章編號:
概述
遙感技術首先應用在資源宏觀普查、動態監測上,而后才擴展到生態環境調查、環境污染監測等方面。經過多年的試驗、推廣和應用,遙感已成為各種自然資源調查、環境動態監測與工程應用不可缺少的地理空間信息獲取、更新和分析的手段和數據庫。隨著空間技術的進步,遙感技術已從過去單一的遙感技術發展到包括遙感、地理信息系統和全球定位技術在內的空間信息技術的應用,其領域已深入到了國民經濟、社會發展、國際安全以及人民生活的各個方面,稱為水工環地質調查與災害監測評估的重要技術支撐。
二、水工環領域遙感應用技術的發展現狀
經過近30年的應用研究,遙感技術依靠傳感器技術、圖像處理技術及計算機技術的提高,在水工環領域的應用取得了長足的發展。遙感水文地質開始逐步形成一門獨立的學科。傳統的遙感水文地質著重于水文地質測繪系統中定性特征的解釋和特殊標志的識別,近期的研究則擴展到應用熱紅外和多光譜影像進行地下水流系統內的地下水分析和管理,目前研究的重點集中到了空間補給模式、污染評價中植被、區域測圖單元參數的確定和空間地下水模型中地表水文地質特征的監測。縱觀國內外遙感技術在水工環領域的一些應用成果,可把近年來遙感技術的應用發展現狀概括為以下幾個方面:
4.1從目視解譯發展到計算機輔助解譯
如線性影像計算機自動判釋專家系統及土地利用(分類)計算機判讀模型以及機助信息提取與制圖系統等。由于影像的多解性及識別系統的不完善性,雖還需要投入一定的人力工作,但已大幅提高解譯工作效率。
4.2從幾何形態解譯到充分利用光譜信息
過去的多光譜遙感數據波段劃分過少,只有幾個波段,使地面波譜測試數據與圖像光譜數據難以精確比較。因此,圖像解譯工作很少考慮地物的波譜特征,主要根據影像的色彩、色調、紋理、陰影等所形成的幾何形態特征。隨著機載成像光譜儀(高光譜)技術的商業運作及2000年前后的高光譜成像衛星的發射,使得用光譜信息對地物的分析更精細、更準確。
4.3出現地面溫度反演技術
地面溫度反演是指從熱紅外圖像數據的輻射亮度值獲得地表溫度信息。反演方法主要有地表溫度多通道反演法和多角度數據進行組分溫度反演法等。
4.4從定性分析評價到依靠計算機數字模型模擬的定量分析評價
如遙感技術在地下水流系統應用中,根據遙感數據建立的地形、流域面積、水系密度等數據集結合氣象數據建立空間補給模型。數字模型成為遙感技術實現定量評價的重要途徑,而DEM/DTM是涉及地形數據計算方面不可缺少的工具。
4.5使用單一遙感信息源到多元信息擬合
目前的遙感應用技術,已不再是單一使用各種遙感數據,而是根據需要結合利用了其他信息源,如地質、地形、水文、土壤、植被、氣象、巖土物理力學特征及人類活動等資料。這樣,圖像數據的預處理尤其重要,如幾何較正、多波段數字合成、鑲嵌、數據變換等,而地理信息系統(GIS)在多元信息數據管理中起著重要作用。
4.6從單一手段應用到多手段應用
近年來,遙感技術(RS)與地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS)的綜合應用,即“3S”技術,成為遙感技術應用的主流。GIS是數據庫管理、數據圖形處理、各主題圖件疊加、制圖的重要工具。GPS 衛星定位的基本原理是將無線電信號發射臺從地面點搬到衛星上,組成一個衛星導航定位系統,應用無線電測距交會的原理,便可由 3 個以上地面已知點(控制站)交會出衛星的位置,反之利用 3 顆以上衛星的已知空間位置又可交會出地面未知點(用戶接收機)的位置。用戶使用 GPS 接收機在某一時刻同時接收3 顆以上的 GPS 衛星信號,測量出測站點(接收機天線中心)到 3顆以上 GPS 衛星的距離,并解算出該時刻GPS 衛星的窄間坐標,據此利用交會法解算出測站點的位置。實時動態測量的基本工作方法是,在基準站上安置l 臺 GPS 接收機,對所有可見GPS 衛星進行連續的觀測,并將其觀測數據通過無線電傳輸設備實時地發送給用戶觀測站(流動站)。在流動站上,GPS 接收機在接收 GPS 衛星信號的同時,通過無線電接收設備,接收基準站傳輸的觀測數據和轉換參數,然后根據 GPS 相對定位的原理,即時解算出相塒基準站的基線向量,解算出基準站的 WGS-84 坐標;再通過預設的 WGS-84坐標系與地方坐標系的轉換參數,實時地計算并顯示出用戶需要的三維坐標及精度;GPS可以對地面控制點精確定位,提高遙感數據空間精度。另外,在具體手段配合上,也出現了遙感技術與物探技術、鉆探技術等相結合的新方法。
4.7數字攝影測量技術的發展
數字攝影技術的成熟,推進了制圖工作的現代化,改善了基礎圖件的質量和成圖效率,并影響著遙感技術的調查方法。該技術的產品可直接作為GIS的數據源,便于遙感與GIS一體化研究與開發。如我國自己開發的全數字攝影測量軟件VIRTUOZO,具有數字化測圖、自動生成DEM/DTM和等高線、生成正射影像等功能。
4.8遙感技術應用成果向著便于保存、復制、攜帶及傳輸方向發展
這意味著遙感技術應用成果的數字化。由于是數字成果,可載于多種介質上,如CD-ROM、磁帶及計算機硬盤上,使攜帶處理更加方便。隨著1998年“數字地球”計劃的提出及我國國土資源部“數字國土”工程的實施,遙感應用成果數字化顯得尤其必要。
三、主要遙感信息源及其發展
根據傳感器類型不同,遙感圖像可分為可見光攝影、紅外攝影和掃描、多光譜掃描、微波雷達和成像光譜圖像等。近10年來,傳感器技術迅猛發展,主要表現在:①圖像分辨率提高,衛星圖像分辨率已達到米級。②具備立體觀察功能。③應用波段數增加,機載高光譜成像儀已投入使用。如美國的AVIRIS(航空可見光/紅外成像光譜儀),波譜范圍0.4~2.5/l,波段數224個。CASI(袖珍航空光譜成像儀),波譜范圍0.4~0.95/u,波段數72個。高光譜成像光譜儀簡稱成像光譜儀,也稱超光譜成像儀,按其波段數目可分為高光譜成像光譜儀(波段數
四、結語
在水工環地質中對3S技術的采用,已經得到了很好驗證,可以一步到位外業的測量,節省了很多不必要的中間環節,對外業工作量進行最大限度地減少,從而縮短整個測量工期,提高工作效率。同時,簡化外業工序和迅速完成也可以使所有的后續專業工序更快的完成。
參考文獻:
篇3
1.1直接應用——遙感蝕變信息的提取
巖漿熱液或汽水熱液使圍巖的結構、構造和成分發生改變的地質作用稱為圍巖蝕變。圍巖蝕變是成礦作用的產物,圍巖蝕變的種類(組合)與圍巖成分、礦床類型有一定的內在聯系,圍巖蝕變的范圍往往大于礦化的范圍,而且不同的蝕變類型與金屬礦化在空間分布上常具規律可循,因此,圍巖蝕變可作為有效的找礦標志。
1.1.1蝕變遙感異常找礦標志
圍巖蝕變是熱液與原巖相互作用的產物。常見的蝕變有硅化、絹云母化、綠泥石化、云英巖化、夕卡巖化等。
1.1.2信息提取的實現
與地物發生反射、透射等作用的電磁波是地物信息的載體,地物的光譜特性與其內在的物理化學特性緊密相關,物質成分和結構的差異造成物質內部對不同波長光子的選擇性吸收和反射。具有穩定化學組分和物理結構的巖石礦物具有穩定的本征光譜吸收特征,光譜特征的產生主要是由組成物質的內部離子、基團的晶體場效應或基團的振動效果引起的。各種礦物都有自己獨特的電磁輻射,利用波譜儀對野外采樣進行光譜曲線測量,根據實測光譜與參考資料庫中的參考光譜進行對比,可以確定出樣品的吸收谷,識別出礦物組合。根據曲線的吸收特征,選擇合適的圖像波段進行信息提取。根據量子力學分子群理論,物質的光譜特征為各組成分子光譜特征的簡單疊加。傳感器在空中接收地表物質的光譜特性,根據量子力學分子群理論,物質的光譜特征為各組成分子光譜特征的簡單疊加。傳感器在空中接收地表物質的光譜特性,因為探測范圍內有干擾介質存在(白云、大氣、水體、陰影、植被、土壤等),因此,在進行蝕變礦物信息提取時,根據干擾物質的光譜曲線出發,進行預處理消除干擾。主要造巖礦物成分(0,si,A1,Mg)的振動基頻在可見——近紅外區不產生診斷性吸收谷的譜帶。不同類型的礦物蝕變會引起Fe,Fe,OH一,中某一類的變化,Fe2+,Fe3+,OH一,CO:在可見一近紅外區可產生巖石譜帶中的不同吸收谷組合,例如,在0.4~1.3um范圍內的光譜特性是因為礦物晶格結構中的Fe,cu等過渡性金屬元素的電子躍遷引起的;1.3~2.5的光譜特性是由礦物組成中的CO:,OH口HO引起的。根據吸收谷所處的波長位置、深度、寬度、對稱性等特征進行處理,提取相應的蝕變遙感異常(遙感異常)。現在應用的數據有多光譜TM,ETM+,ASTER數據以及少量的高光譜與微波遙感數據等。蝕變遙感信息在整景圖像上信息占有份額低,但局部地區的信息并不微弱,因此即使是微弱的蝕變異常也可以被檢測出,試驗證明,遙感信息檢測的蝕變檢出下限優于1/20000。目前遙感找礦蝕變異常信息的提取有多種方法,例如波段比值法、主成分分析法、光譜角識別法和MPH技術(MaskPCAandHIS)、混合象元分解等。“ETM+圖像數據的綜合遙感找礦蝕變異常信息的提取”、“ETM+(TM)蝕變遙感異常提取方法技術”都取得了一定的成果。在蝕變遙感信息提取和應用研究中,形成了~套獨特的技術,即“去干擾異常主分量門限化技術”,包括:①預處理:校正及去干擾,校正包括系統輻射校正、幾何校正、大氣粗略校正;干擾包括云、植被、陰影、水、雪等的去除。②信息提取:以整景的TM(ETM+)圖像遙感異常信息的提取為主,其方法以PCA主分量分析為主,比值法為輔,同時用光譜角分析法對所獲得的主分量異常進行篩選,然后進行門限化分級處理,以獲得分級異常圖。由于涉及到的礦床類型、規模、控礦要素、蝕變類型以及礦產勘查程度不同,僅靠單一的處理方法不利于異常信息的提取,因此需要多種方法的有效組合,一種方法為主其他方法為輔這些遙感信息提取技術在資源勘探過程中發揮了很大的作用,目前,利用圍巖蝕變找礦已經取得了很好的效果。
1.2遙感技術間接找礦的應用
1.2.1地質構造信.息的提取
內生礦產在空間上常產于各類地質構造的邊緣部位及變異部位,重要的礦產主要分布于扳塊構造不同塊體的結合部或者近邊界地帶,在時間上一般與地質構造事件相伴而生,礦床多成帶分布,成礦帶的規模和地質構造變異大致相同。遙感找礦的地質標志主要反映在空間信息上。從與區域成礦相關的線狀影像中提取信息(主要包括斷裂、芍理、推覆體等類型),從中酸性巖體、火山盆地、火山機構及深亨巖漿、熱液活動相關的環狀影像提取信息(包括與火山有關的盆地、構造),從礦源層、賦礦巖層相關的帶狀影像提取信啟、(主要表現為巖層信息),從與控礦斷裂交切形成的塊狀影像及與感礦有關的色異常中提取信息(如與蝕變、接觸帶有關的色環、色帶、色塊等)。當斷裂是主要控礦構造時,對斷裂構造遙感信息進行重點提取會取得一定的成效。遙感系統在成像過程中可能產生“模糊作用”,常使用戶感興趣的線性形跡、紋理等信息顯示得不清晰、不易識別。人們通過目視解譯和人機交互式方法,對遙感影像進行處理,如邊緣增強、灰度拉伸、方向濾波、比值分析、卷積運算等,可以將這些構造信息明顯地突現出來。除此之外,遙感還可通過地表巖性、構造、地貌、水系分布、植被分布等特征來提取隱伏的構造信息,如褶皺、斷裂等。提取線性信息的主要技術是邊緣增強。
1.2.2植被波譜特征的找礦意義
在微生物以及地下水的參與下,礦區的某些金屬元素或礦物引起上方地層的結構變化,進而使土壤層的成分產生變化,地表的植物對金屬具有不同程度的吸收和聚集作用,影響植葉體內葉綠素、含水量等的變化,導致植被的反射光譜特征有不同程度的差異。礦區的生物地球化學特征為在植被地區的遙感找礦提供了可能,可以通過提取遙感資料中由生物地球化學效應引起的植被光譜異常信息來指導植被密集覆蓋區的礦產勘查,較為成功的是某金礦的遙感找礦、東南地區金礦遙感信息提取。不同植被以及同種植被的不同器官問金屬含量的變化很大,因此需要在已知礦區采集不同植被樣品進行光譜特征測試,統計對金屬最具吸收聚集作用的植被,把這種植被作為礦產勘探的特征植被,其他的植被作為輔助植被。遙感圖像處理通常采用一些特殊的光譜特征增強處理技術,采用主成分分析、穗帽變換、監督分類(非監督分類)等方法。植被的反射光譜異常信息在遙感圖像上呈現特殊的異常色調,通過圖像處理,這些微弱的異常可以有效地被分離和提取出來,在遙感圖像上可用直觀的色調表現出來,以這種色調的異同為依據來推測未知的找礦靶區。植被內某種金屬成分的含量微小,因此金屬含量變化的檢測受到譜測試技術靈敏度的限制,當金屬含量變化微弱時,現有的技術條件難以檢測出,檢測下限的定量化還需進一步試驗。理論上講,高光譜提取植被波譜的性能要優于多光譜很多倍,例如對某一農業區進行管理,根據每一塊地的波譜空間信息可以做出灌溉、施肥、噴灑農藥等決策,當某農作物干枯時,多光譜只能知道農作物受到損害,而高光譜可以推斷出造成損害的原因,是因為土地干旱還是遭受病蟲害。因此利用高光譜數據更有希望提取出對找礦有指示意義的植被波譜特征。
1.2.3礦床改造信息標志
礦床形成以后,由于所在環境、空間位置的變化會引起礦床某些性狀的改變。利用不同時相遙感圖像的宏觀對比,可以研究礦床的剝蝕改造作用;結合礦床成礦深度的研究,可以對類礦床的產出部位進行判斷。通過研究區域夷平面與礦床位置的關系,可以找尋不同礦床在不同夷平面的產出關系及分布規律,建立夷平面的找礦標志。另外,遙感圖像還可進行巖性類型的區分應用于地質填圖,是區域地質填圖的理想技術之一,有利于在區域范圍內迅速圈定找礦靶區。
2遙感找礦的發展前景
2.1高光譜數據及微波遙感的應用
高光譜是集探測器技術、精密光學機械、微弱信號檢測、計算機技術、信息處理技術于一體的綜合性技術。它利用成像光譜儀以納米級的光譜分辨率,成像的同時記錄下成百條的光譜通道數據,從每個像元上均可以提取一條連續的光譜曲線,實現了地物空間信息、輻射信息、光譜信息的同步獲取,因而具有巨大的應用價值和廣闊的發展前景。成像光譜儀獲得的數據具有波段多,光譜分辨率高、波段相關性高、數據冗余大、空問分辨率高等特點。高光譜圖像的光譜信息層次豐富,不同的波段具有不同的信息變化量,通過建立巖石光譜的信息模型,可反演某些指示礦物的豐度。充分利用高光譜的窄波段、高光譜分辨率的優勢,結合遙感專題圖件以及利用豐富的紋理信息,加強高光譜數據的處理應用能力。微波遙感的成像原理不同于光學遙感,是利用紅外光束投射到物體表面,由天線接收端接收目標返回的微弱回波并產生可監測的電壓信號,由此可以判定物體表面的物理結構等特征。微波遙感具有全天時、全天候、穿透性強、波段范圍大等特點,因此對提取構造信息有一定的優越性,同時也可以區分物理結構不同的地表物體,因為穿透性強,對覆蓋地區的信息提取也有效。微波遙感技術因其自身的特點而具有很大的應用潛力,但微波遙感在天線、極化方式、斑噪消除、幾何校正及輻射校正等關鍵技術都有待于深入研究,否則勢必影響微波遙感的發展。
2.2數據的融合
隨著遙感技術的微波、多光譜、高光譜等大量功能各異的傳感器不斷問世,它們以不同的空間尺度、時間周期、光譜范圍等多方面反映地物目標的各種特性,構成同一地區的多源數據,相對于單源數據而言,多源數據既存在互補性,又存在冗余性。任何單源信息只能反映地物目標的某一方面或幾個方面的特征,為了更準確地識別目標,必須從多源數據中提取比單源數據更豐富、有用的信息。多源數據的綜合分析、互相補充促使數據融合技術的不斷發展。通過數據融合,一方面可以去除無用信息,減少數據處理量,另一方面將有用的信息集中起來,便于各種信息特征的優勢互補。數據的融合包括遙感數據間的融合、遙感數捱與非遙感數據的融合。融合技術的實現方法有多種,簡單易行的是對幾何配準后的像元逐點進行四則運算或HIS變換,還有一些方法是對多源數據先進行預處理(特征提取、判別分析)后再進行信息融合,主要的方法有代數運算融合、小波變換融合等。蝕變礦物特征光譜曲線的吸收谷位于多光譜數據的波段位置,因此可以識別蝕變礦物,但是波段較寬,只對蝕變礦物的種屬進行分類。與可見一紅外波段的電磁波相比,雷達波對地面的某些物體具有強的穿透能力,能夠很好地反映線性、環性溝造。雷達圖像成像系統向多波段、多極化、多模式發展,獲取地表信息的能力越來越強。總的來說,多光譜、高光譜數據的光譜由線特征具有區分識別巖石礦物的效果,所以對光學圖像與雷達圖像進行融合處理,既能提高圖像的分辨率、增強紋理的識別能力,又能有效地識別礦物類型。盡管融合技術的研究取得了一些可喜的進展,但未形成成熟的理論、模型及算法,缺乏對融合結果的有效評價手段。在以后的研究中,應該深入分析各種圖像的成像機理及數據間的相關性、互補性、冗余性等,解決多源數據的輻校正問題,發展空間配準技術。
2.33S的結合
3s是遙感(RS)、地理信息系統(GIS)及全球定位系統(GPS)的簡稱。利用GPS能迅速定位,確定點的位置坐標并科學地管理空間點坐標。海量的遙感數據需龐大的空間,因此要有強大的管理系統,隨著當今人力資源價格的升高,在區域范圍內找礦時,遙感表現出最小投入獲得最大回報的優勢,那么RS與GIS的結合也勢在必行,因為GIS更有利于區域范圍的影像管理及瀏覽。隨著3S技術發展,遙感數據的可解譯程度與解譯速度得到進一步提高,目前,地質工作者嘗試將3S與VS(可視化系統)、CS(衛星通訊系統)等技術綜合應用,取得了較好的效果。
2.4圖像接收、處理及信息提取技術的發展完善
由傳感器接收的地物光譜信息傳到地面接收站,在計算機操作平臺上進行圖像的處理以及遙感信息提取。隨著傳感器的發展、數據量的增大,從海量的遙感數據中提取有用的、相對微量的找礦信息不是一件容易的事,傳感器的發展是信息提取的前提,圖像處理技術的開發是信息提取的關鍵。為了提取更客觀有效的找礦信息,需要進行以下幾方面的工作:
(1)進一步發展高分辨率傳感器,以便接收更微弱、細小的地質信息;
(2)加強信息提取方法的研究解決計算機處理的技術問題,例如補償信號在傳感器的誤差、校正輻射、地形起伏等引起的圖像失真等;
(3)在選擇參與信息提取的波段時,深入波段選取依據的理論研究,例如進行巖石樣品的光譜測試,礦物識別與分析是遙感地質信息提取的核心,所以需要確定不同類型的礦物在各波段的吸收性。同樣在利用植物地化找礦時需配套精密的物質成分分析儀器及技術等;
(4)遙感圖像處理海量數據,經處理后的一景圖數據量很大,為保障數據處理速度,需要強大的計算機技術(硬件與軟件)支撐,:圖像處理中要將算法轉化為計算機的可識別語句,需要計算機語言的發展。發展有利于提高遙感圖像的信噪比、優化信息提叉的軟件平臺,實現不同格式圖像問的兼容性。
篇4
1 全球定位系統全球定位系統(GPS,Global Positioning System)是由地球導航衛星、地面監控系統和用戶GPS接收機等3個主要部分組成。現在最常用的是美國GPs系統,它包括在離地球約20 O00km高空近似圓形軌道上運行的24顆地球導航衛星,其軌道參數和時鐘由設于世界各大洲的5個地面監測站與設于其本土的一個地面控制站進行監測和控制,使得在近地曠野的GPS接收機在晝夜任何時間、任何氣象條件下最少能接受到4顆以上衛星的信號。通過測量每一衛星發出的信號到達接收機的傳輸時間,即可計算出接收機所在的地理空間位置。
農田養分信息具有顯著的空間屬性,其空間變異性很大。在數據采集過程中,其位置的識別是與數據監測密不可分的,因此需要對信息進行準確的定位。
全球定位系統(GPS)提供了全天候、實時精確定位的測量手段。數字農業中,GPS主要是用來確定在田間的位置,結合其土壤的含水量、氮、磷、鉀、有機質和病蟲害等不同信息的分布情況,輔助農業生產中的灌溉、施肥、噴藥等田間操作,其作用從本質來說是提供三維位置和時間。GPS主要應用于以下3個方面:一是智能化農業機械的動態定位(即根據管理信息系統發出的指令,實施田間的精準定位);二是農業信息采集樣點定位(即在農田設置的數據采集點、自動或人工數據采集點和環境監測點均需GPS定位數據);三是遙感信息GPS定位(即對遙感信息中的特征點用GPS采集定位數據,以便于GIS配套應用)。由于GPS存在較大的誤差,所以差分GPS(即DGPS)越來越受到人們的重視。DGPS可以消除衛星鐘差、星歷誤差、電離層和對流層延遲誤差等,從而使定位精度大幅度提高。
2 遙感技術遙感技術(RS,Remote Sensing)的基本原理是利用物體的電磁波特性,通過觀測物體的電磁波,從而識別物體及其存在的環境條件。遙感技術系統由傳感器、遙感平臺及遙感信息的接受和處理系統組成。
其中,接受從目標反射或輻射的裝置叫做遙感器(如掃描儀、雷達、攝影機、攝像機和輻射計等),裝載遙感器的平臺稱遙感平臺(如飛機和人造衛星等)。經過遙感器得到的數據在使用前應根據用途需要做相應的糾正、增強、變換、濾波和分類等處理。
遙感(RS)技術是未來數字農業技術體系中獲得田間數據的重要來源,它可以提供大量的田間時空變化信息。遙感技術在精準農業中的應用主要以下3個方面:一是作物長勢及其背景的監測,運用高分辨率(米級分辨率)傳感器,在不同的作物生長期實施全面監測,并根據光譜信息進行空間定性和定位分析,為定位處方農作提供依據;二是作物冠層多光譜監測,利用地物光譜儀和多光譜相機獲取的信息,監測葉綠素密度的變化,并分析其變化與養分的關系;三是運用多光譜遙感信息(紅外波段),在有作物條件下監測土壤水分。
3 田間信息獲取技術的現狀和發展趨勢3.1 土壤水分和養分信息獲取技術國內外已開始研究采用各種不同的手段來獲取土壤水分和養分信息。目前,除了一些傳統的常規測量方法外,已嘗試采用的較新的技術,包括遙感、計算機及網絡和地面傳感技術等。其中,實踐較多的是以電子技術為支撐的地面信息傳感技術和以空間技術為支撐的遙感信息采集技術。
土壤水分信息的獲取相對于其他土壤養分更易掌握,因此對土壤水分測量方法的研究已經取得了顯著成果。各種在線式的測量方法相繼產生,如電阻法、時域反射法(TDR法)、頻域反射法(FDR法)、中子散射法和近紅外光譜法等。這些方法均有一定的局限性:一是電阻法的測量精度受土壤含水率的影響很大;二是時域反射法在低頻(≤20MHz)工作時較易受到土壤鹽度、粘粒和容重的影響,而且價格比較高;三是頻域反射法的讀數強烈地受到電極附近土體孔隙和水分的影響,特別是對于使用套管的FDR測量;四是中子散射法雖然測量方法簡單,但儀器設備昂貴,并且存在潛在的輻射危害。對于土壤養分信息(土壤中的N,P,K,pH值、有機質、含鹽量和電導率)的獲取技術,常規化學試驗測量方法仍是現在土壤養分信息獲取的主要手段。該方法具有破壞性和不及時性等缺陷,因此隨著近紅外光譜技術的不斷完善和應用的廣泛性,用近紅外光譜技術來檢測土壤養分已經成為國內外學者研究的重點。
近紅外光譜法是根據水的紅外吸收光譜來進行測量的,在紅外區內,水的吸收波長為1 200,l 450,1 940和2 950nm,測量方式有反射式、透射式和反射透射復合式等幾種。紅外光譜水分儀具有無接觸、快速、連續測量、測量范圍大、準確度高和穩定性好等優點,適用于在線水分監測,但在測量自然物體時因表面不規則使得反射率不穩定,影響測量精度,需對樣本做簡單處理。
土壤其他養分信息的研究主要包括土壤中N,P,K,pH值、有機質、含鹽量和電導率等信息的采集。現在,除了常規化學試驗測量方法外,用近紅外反射光譜法來測量土壤養分已成為國內外諸多學者研究的重點。Shibusawa等指出,用400~1 900nm波段來預測土壤濕度、pH值、土壤電導率和土壤有機質等,其相關系數從0.19變化到0.87 ;李民贊研究了基于可見光光譜分析的土壤參數分析,在1 1O0, 1 350,1 398,2 210nm處建立了多元線性回歸模型,相關系數為0.934 ;健等用近紅外光譜法分析了土壤中的有機質和氮素 ;He等對土壤電導率和常量元素的測量 ;鮑一丹等應用光譜技術研究了土壤粒度和含水量對預測土壤氮含量的影響 。
3.2 作物長勢的監測技術對農作物長勢的動態監測可以及時了解農作物的生長狀況、土壤墑情、肥力及植物營養狀況,以便及時采取各種管理措施,保證農作物的正常生長。同時,可以及時掌握大風或降水等天氣現象對農作物生長的影響,監測自然災害或病蟲害對作物產量造成的損失等,為農業政策的制訂和糧食貿易提供決策依據。
應用遙感技術可對大面積農作物的長勢進行監測,其基本方法是利用覆蓋周期短而面積大的NOAA衛星資料,對地面植被吸收的光譜信息和地面實際情況進行分析,并結合常規的方法和資料,建立作物監測模式,用以監測作物長勢,苗情監測通報,指導農業生產¨ 。國際上,關于農作物生長狀況遙感監測與估產有3個標志性的實驗計劃,即美國的LACIE計劃、A—GRISTARS計劃和歐盟的MARS計劃。1974—1977年,美國農業部(USDA)、國家海洋大氣管理局(NOAA)、美國宇航局(NASA)和商業部合作主持了“大面積農作物估產實驗”,主要品種是小麥,地區范圍是美國、加拿大和前蘇聯。1980—1986年,執行LACIE計劃的幾個部門又合作開展了“農業和資源的空間遙感調查計劃”,其中包括世界多種農作物長勢評估和產量預報。歐盟所屬的聯合研究中心遙感
應用研究所通過實施“遙感農業監測”項目,即MARS計劃,也成功地建成了歐盟區的農作物估產系統,并將結果應用于諸如農業補貼與農民申報核查等歐盟的共同農業政策。在農作物長勢監測的方法上,國外科學家主要圍繞適合大面積監測的NOAA—AVHRR的應用進行了多方面的探索,取得了許多突破進展¨卜”J。我國利用氣象衛星監測作物生長狀況的研究始于20世紀80年代中期,并應用氣象衛星對農作物長勢進行宏觀監測的理論和方法進行了研究 。
3.2.1 作物根系信息監測技術作物根系信息基本上是通過圖像識別的方法來得到的。例如加拿大產的ET一100根系生態監測系統,運用透明管材埋設在需要研究的根系周圍,使用特殊圖像捕捉系統對根系照相,然后借助專業根系分析系統對混合圖像進行分析,從而跟蹤了解其生長過程。
這種方法可以非破壞性地動態追蹤分析根系形態因子,根系相關數據能夠定量化,還可以根據用戶需求監測土壤水分狀況,從而研究根系所在區域內溶質運移及水分脅迫所引起的生理變化。該方法已廣泛應用于園藝植物培養和作物生長模型研究等領域。
3.2.2 光合作用測定技術光合作用測定的一個例子是用葉室內裝備最新的小型紅外氣體分析傳感器(IRGA),測量溫度和光合有效輻射(PAR)的傳感器接收信號,再用便攜式微處理器控制葉室內的二氧化碳和水蒸汽濃度,并測量二氧化碳和水蒸汽交換。CIRAS一1植物光合測定儀根據精密測量葉片表面CO 濃度及水分的變化情況,來考察葉片與植物光合作用相關的參數,用以測量植物葉片的光合速率、蒸騰速率和氣孑L導度等與植物光合作用相關的參數。
3.3 作物營養監測技術葉綠素是吸收光能的物質,對作物的光能利用有直接影響。葉綠素含量和作物的光合能力、發育階段以及氮素狀況有較好的相關性。由于葉綠素之間的含氮量和葉變化趨勢相似,通常認為可以通過測定葉綠素來監測植株氮素營養。
葉綠素的常規測定使用分光光度計法,因為這種方法要進行組織提取和分光光度計的測定,所以既耗時間又對植被造成損傷。另外,從大田到實驗室的運輸和樣本制備過程中很可能損失葉綠素,進而導致葉綠素含量發生變化 。
目前,應用較多的是一種日本生產的SPAD一502葉綠素儀。這種葉綠素儀的工作原理是采用兩個不同波長的光源分別照射植物葉片表面,通過比較穿過葉片的透射光光密度差異而得出SPAD值。因此,SPAD值是一個無量綱的比值,與葉片中的葉綠素含量成正相關。在葉綠素儀應用的研究中,各研究者所采用的測定部位都大體相同,即作物生長前期取新展開的第一片完全展開葉作為測定部位,生長后期則取功能葉(小麥取旗葉和玉米取穗位葉)作為測定部位。
葉綠素儀在玉米株與株之間的測定值可能會相差15% ,在同一片葉上不同位置的測定值也不同。一般認為,距離葉基部55% 處的SPAD測定值較大,且偏差較小,是合適的測試位點。
便攜式高光譜儀是一種非損傷性測定葉綠素的方法,它通過測定綠色植物葉片的反射率、透射率和吸收率來測定葉綠素含量,這決定了高光譜技術在植被葉綠素含量評價研究中具有不可替代的作用。國內外很多學者已經對作物氮元素的高光譜及光譜測量進行了研究,并且各種反射率比值及植被指數用于監測植物的氮素虧缺 1卜 。王人潮等利用葉綠素計和高光譜快速測定了大麥的營養狀況,結果表明,可以通過光譜法來測定大麥的氮素水平¨ ;IJi等應用反射光譜檢測了茶葉的葉綠素含量 ;方慧等應用光譜技術檢測了油菜葉片中葉綠素含量¨ 。光譜監測提供了一種自動、快速和非損傷性的植物營養狀態監測方法,并且田問不同處理之間的冠層光譜差異為高光譜和多光譜遙感大面積監測氮素營養提供了可行性。
3.4 作物冠層多光譜監測技術植物冠層光譜特性是植物光譜特性與背景土壤光譜特性的綜合。隨著植物冠層的發育,土壤光譜特性的作用逐漸下降;在植物衰老時,土壤背景的作用又逐漸增大。一般葉面積指數(LAI)達到3左右時,冠層在可見光和中紅外波段的光譜反射率基本穩定;而在近紅外波段,LAI達到5~6時,光譜反射率才能飽和。冠層光譜反射率還受太陽光入射角、雙向反射、氣溶膠和風速等諸多外部因素的影響。由于植物營養狀況能影響葉面積、冠層形態和內在生理特征,而且不同營養元素的影響程度也不同,因此利用冠層光譜分析可以診斷植物營養狀況。現代”精細農業”的一個非常重要的技術手段,就是利用遙感技術監測作物的營養狀況與長勢。與葉片光譜特性一樣,氮素營養對冠層光譜特性影響的研究最為系統和深入。
隨著氮素營養水平的提高,光譜反射率在可見光和中紅外波段降低,而在近紅外波段卻增加。診斷水稻冠層氮素營養水平的敏感波段為760~900 nm,630~ 690 nm和520~550 nm。不同氮素營養水平下的冠層光譜反射率存在著明顯差異,經植被指數轉換后差異更為顯著與穩定。因此,利用冠層光譜測試可以區分作物的氮素營養水平。
植物中磷鉀營養水平與冠層光譜特性的關系研究較少見。總的來說,磷鉀對光譜特性的影響不如氮明顯。在水培和砂培條件下,不同磷鉀水平的植物冠層光譜反射率存在顯著差異,磷鉀營養對冠層光譜特性的影響與氮的影響相似。隨著磷鉀營養水平的提高,可見光波段的光譜反射率下降,而在近紅外波段卻有明顯增加。利用光譜分析,可區分3~5級的磷鉀營養水平。在田間條件下,由于磷鉀的缺乏不嚴重,有時結果不太一致。
還未見報導。由于它們對葉面積、生物量以及葉片葉綠素等生理生化性質的影響與大量元素具有相似性,預計中量及微量元素對冠層光譜特征的影響也具有相似性,但影響程度將會差異較大。
目前,在國外應用的一種田間便攜式分光儀可以方便地檢測作物的冠層反射系數。用數學方法將幾個波長下得到的反射系數進行合并就可以得到作物的“光譜系數”,或稱之為探測值。經過優化的光譜系數在作物的拔節期和抽穗期與作物的供氮狀況密切相關。利用這種分光儀探測原理,并加以改進而研制的拖拉機機載探測施肥系統已經很成熟。它通過探測系統將作物冠層信息輸入計算機,經處理得出作物的需肥情況,計算機通過協調拖拉機步進速度和DGPS(差分GPS)數據,在考慮探測器間距離和施肥區范圍基礎上控制施肥操作。
作物冠層反射和土壤背景輻射在紅外膠片上為不同的輻射顯影。照片經計算機處理后,每個像素的色度變化都可以表示出作物反射光線的情況,而作物反射光線特性的變化正是作物營養變化,特別是氮營養狀況發生變化的結果。這樣分析作物冠層照片就可以準確地分析作物的氮營養狀況。Hansen等用高光譜反射分別對小麥的冠層生物量和氮含量進行了研究 ;Daughtry等通過葉片和冠層反射率來預測玉米葉片的葉綠素含量 ;馮雷等應用多光譜技術檢測了油菜葉片中葉綠素含量 J。
3.5 作物病蟲害診斷及雜草識別技術病蟲害是影響農作物產量和品質提高的重要因子,及時、準確與有效地檢測病蟲害的發生時間和發生程度是采取治理措施的基礎。
目前,用雷達監測飛性昆蟲、孢子捕捉器監測一些作物病原菌、性信息素誘芯或誘餌監測田間鱗翅目害蟲以及燈光誘集飛行趨光性昆蟲等,都是利用有害生物的習性開發出的相對省工和省時的監測手段。
隨著遙感和高光譜技術的廣泛應用,用光譜和遙感技術來監測作物病蟲害的研究也取得了一定的進展。
北京農業信息技術研究中心采用高光譜遙感監測小麥條銹病、白粉病和蚜蟲,以達到大面積、快速、無破壞的病蟲害監測和預測預報的目的。美國利用衛星遙感圖片分析監測森林舞毒蛾擴散及危害程度,監測草地蝗蟲危害等。中國科學院利用綜合航空多光譜數字相機成像系統,監測蝗蟲及主要棉花害蟲。中科院還利用TM圖像遙感監測東亞飛蝗的棲息地蘆葦的植被指數和監測蝗災的動態變化。北京農林科學院利用TM衛星圖片監測麥蚜對冬小麥的危害。吳迪等應用光譜和多光譜技術對茄子和番茄的灰霉病進行了早期診斷識別 -27]。
隨著人們 環境保護意識的提高和對農藥殘留物的重視,對田間雜草清除的研究也逐漸受到許多學者的重視。雜草一作物區分的研究可分為3種:一是人工區分;二是航空遙感技術;三是光學傳感器。人工區分目前是區分作物和土壤背景的最佳方法,但既費時又費力;航空圖片雖然可以在短時間內獲得作物大范圍的圖像,但是研究表明雜草密度對圖像的可視性有嚴重的影響 ;基于地面多光譜傳感器的研究使得對單種作物一雜草的研究有了進一步的進展 。。。
篇5
1多源遙感數據源
隨著遙感技術的發展,越來越多的不同類型的遙感傳感器數據被用于對水域的觀測。不同類型的遙感數據在水產養殖信息提取中具有各自的優勢和特性,因而也對應有不同的應用領域和信息提取精度。一般來說,多光譜遙感記錄了地物的反射、輻射波譜特征,擁有豐富的地物空間分布及光譜信息,有助于識別水產養殖區域,是目前水產養殖區信息提取的主要信息源。但大多數多光譜遙感圖像數據空間分辨率相對較低,即空間的細節表現能力比較差,將多光譜圖像和全色圖像融合,可有效提高圖像解譯能力。目前常用的識別水產養殖區的衛星遙感數據主要有全色圖像、多光譜圖像和微波雷達圖像等,具體參數如表1所示。SAR具有全天時、全天候、多波段、多極化工作方式、可變側視角、穿透能力強等特點,SAR圖像中則含有豐富的地表紋理結構信息。在沿海水域,由于海水對微波雷達的回波能量較弱,而養殖用的基座、圍欄和網箱等回波能量較強,色調比周圍的海水更亮,二者對比度較大,因而可從SAR圖像中提取養殖區域的相關信息。此外,在進行精度驗證時,還可利用GoogleEarth平臺提供的在線照片,這為實地調查驗證提供了便利。
2水產養殖區域的識別方法
由于受研究時間、研究區域和數據源等客觀因素的限制,還沒有一種方法是最普遍和最佳的水產養殖區的識別方法。目前常用的水產養殖區識別方法主要有目視解譯、基于比值指數分析的信息提取、基于對應分析的信息提取、基于空間結構分析的信息提取以及基于面向對象的信息提取等。
2.1目視解譯目視解譯是遙感應用最常用、最基本的方法之一。它根據遙感圖像目視解譯標志(位置、形狀、大小、色調、陰影、紋理、圖形及相關布局等)和解譯經驗,與多種非遙感信息資料相結合,運用相關知識,采用對照分析的方法,進行由此及彼、由表及里、去偽存真、循序漸進的綜合分析和邏輯推理,從遙感圖像中獲取需要的專題信息。目前,目視解譯一般都采用人機交互方式。在解譯前先通過遙感圖像處理軟件對圖像進行必要的預處理,包括圖像增強、圖像融合等,有效地改善圖像的可識別能力,突出主要信息,提高判讀的精度。楊英寶等依據6景TM圖像和3期高精度航片,利用人機交互式解譯方法分析了東太湖20世紀80年代以來網圍養殖的時空變化情況[6];李新國等采用3景航空圖像對東太湖的網圍養殖面積動態變化進行人機交互目視解譯[7];樊建勇等在經過增強處理后的SAR圖像上,對膠州灣海域養殖區進行了交互跟蹤矢量化[8];褚忠信等利用不同時期的TM圖像,對黃河三角洲平原水庫與水產養殖場面積進行了人機交互解譯[9];吳巖峻等用4景ETM+圖像,經過多次外業調查,建立解譯標志,采用人機交互方法,對海南省海水和島上水產養殖區進行了勾畫[10];宮鵬等借助1987—1992年和1999—2002年的TM/ETM+圖像及GoogleEarth平臺提供的高分辨率圖像和部分在線照片,對包括海水養殖場在內的全國濕地分布進行了目視解譯,并繪制了專題圖[11]。目視解譯簡單易行,而且具有較高的信息提取精度,適用于絕大多數養殖區域的識別,但是也存在一定的缺點。當解譯人員的專業知識背景、解譯經驗不同時,可能得到不同的結果,其結果往往帶有解譯者的主觀隨意性。當養殖區域水體同非養殖區域水體的光譜特征或空間結構特征等相似時,解譯人員就很難根據標志將其區分開來,使精度受到影響;而且目視解譯工作量大、費工費時,難以實現對海量空間信息的定量化分析和保證信息的時效性,因此研究遙感信息的自動提取方法已成必然。
2.2基于比值指數分析的信息提取比值型指數[12]創建的基本原理就是在同一圖像的多光譜波段內,求得每個像元在不同波段的亮度值之比,構成新的圖像,以壓制某些造成光照差異的因子或背景的影響,增強地物光譜特征的微小差別,突出目標地物的輻射特征。比值型指數通常又會作歸一化處理,使其數值范圍統一到-1~1之間。馬艷娟等利用ASTER數據,分析養殖水體與非養殖水體在圖像各波段上的特征差異,構建用于提取圖像中水產養殖區域的指數(normalizeddifferenceaquacultureindex,NDAI);并分析用NDAI提取得到的結果中錯分的受大氣、傳感器影響的水體與自然水體的各波段灰度值的分布,構建了用來進一步提取深海區域的指數(marineextractionindex,MEI),將近海水產養殖區的養殖水體與其他水體區分開[13],取得了較高的精度。由于比值指數分析的信息提取方法只考慮各波段上的灰度信息,當部分養殖區在光譜上與深海水域接近或是當深海水域光譜并非均一時,會導致錯分。該方法適用于養殖區與背景環境光譜差異大的地區,否則將無法克服傳統遙感分類方法所普遍存在的“椒鹽”噪聲,從而影響信息提取的精度。
2.3基于對應分析的信息提取對應分析是在因子分析的基礎上發展起來的分析方法,又稱“R-Q型因子分析”[14]。該方法已在生物和統計領域得到廣泛的認同和應用,但在遙感領域的應用相對較少。在遙感應用中對應分析方法既研究圖像波段特征屬性及其相互關系,也研究像元特征之間的關系,有利于提高信息提取的精度。王靜等應用該方法快速有效地進行了滆湖圍網養殖區湖泊圍網分布信息的提取[15]。該方法對遙感圖像的質量要求較高,并在分析前要進行嚴格有效的圖像預處理。此外,該方法并無法有效地解決“異物同譜”和“異物同紋理”的分類問題。
2.4基于空間結構分析的信息提取空間結構分析的處理方法有鄰域分析、紋理分析、線性特征提取等。其中,鄰域分析是對波段每一個像元依據四周鄰近的像元對其進行空間分析的方法[16],分析和運算的像元數目和位置由掃描窗口確定;紋理表現是指圖像灰度在空間上有序重復出現的特征,反映了一個區域中某個像元灰度級的空間分布規律,其基本分析方法有3類:統計分析方法、結構分析方法和頻譜分析方法。周小成等采用ASTER遙感圖像,以九龍江河口地區為研究示范區,利用卷積算子,采用鄰域分析法來增強水產養殖地的空間紋理信息[17];李俊杰等利用紋理統計分析方法中的灰度共生矩陣(graylevelco-occurrencematrices,GLCM),選用中巴資源衛星02星多光譜數據,以白馬湖為試驗區,提取湖泊圍網養殖區,實驗表明紋理量化的均值指標能夠較好地反映自然水體、圍網養殖區和其他地物內部結構的異質性,取得了較理想的效果[18];林桂蘭等利用方差算法對廈門海灣海上的吊養和網箱養殖進行紋理分析,得到養殖專題圖[19];初佳蘭等選用長海縣廣鹿島海區的SAR圖像,統計有效視數(ef-fectivenumberoflooks),并對圖像進行多種方法濾波分析,提取了浮筏養殖信息[20]。基于空間結構分析的養殖區識別方法,適用于近海水產養殖地的自動提取,而不適用于內陸水產養殖地,因為后者在空間上的分布孤立,斑塊小,與其他農用坑塘水體的空間特征類似,但仍可以作為一種遙感圖像識別的輔助方法。#p#分頁標題#e#
2.5基于面向對象的信息提取面向對象的圖像分析主要思想是:首先將圖像分割成具有一定意義的圖像對象,然后綜合運用地物的光譜特征、紋理、形狀、鄰近關系等相關信息,在最鄰近法和模糊分類思想的指導下,確定分割對象所屬類別,得到精度比較高的遙感圖像分類結果[21]。對于養殖區分布的提取,面向對象的圖像分析方法基本步驟包括多精度圖像分割、面向對象的水陸劃分和非養殖水域剔除。首先,使用多精度圖像分割對原始圖像進行分割以獲得分割圖斑,并計算各個圖斑的特征,為后繼分析服務;然后,根據遙感圖像中水域的輻射特性進行水陸分割;接著根據圖斑的光譜、形狀及空間特征提取出面狀、線狀非養殖水域部分;最后,在水陸劃分得到的水域全圖的基礎上剔除以上提取的面狀水系和線狀水系,得到養殖水域提取結果[22]。謝玉林等利用該方法,對珠江口養殖區域進行了提取,驗證該方法在水產養殖區提取上的可行性[22];關學彬等采用該方法對海南省文昌地區的水產養殖區進行監測,取得了理想效果[23];孫曉宇等采用該方法,利用多時相遙感數據對珠江口海岸帶地區水產養殖場的變化進行了提取[24]。面向對象的圖像分析將處理的對象從像元過渡到了圖斑的對象層次,更接近人們觀測數據的思維邏輯,更利于知識與規則的融合。在很多情況下,面向對象的遙感圖像分析方法會比基于像元的分析方法取得更好的效果。采用面向對象技術,在解決常規圖像分類時的椒鹽噪聲效應、結果的可解釋性上有很大優勢,因此在高分辨率圖像信息提取中能夠發揮更大的作用。但是當特征及隸屬度函數選取不當時,會出現較嚴重的誤分現象,此時要結合目視解譯方法,判別分類結果的合理性,優化隸屬度函數,重新進行分類。
篇6
【關鍵詞】高分辨率;遙感地質;找礦方法
中圖分類號:F406文獻標識碼: A 文章編號:
一、前言
在我國,自90年代以來,遙感技術在地質調查中已得到了廣泛的應用。但隨著國家經濟快速的發展,使得其對石油、煤、多金屬等自然資源需求量不斷增大,對地質調查的深度和區域要求更高,因此利用傳統的影像數據和地質調查調查方法已不能滿足當前地質勘查的需求。[2-3]隨著高分辨率傳感器技術的日益成熟,高分辨率影像數據已廣泛應用于生產生活的各個方面。如何將高分辨率影像數據應用于地質調查領域并充分發揮其優勢已成為一個值得探索的課題。
二、傳統影像數據特點及地質調查中的應用
1、傳統影像數據特點及地質調查中的應用困境
遙感技術擁有影像覆蓋面積大、信息量大、獲取信息快等諸多特點,從而使其在地質調查中得到廣泛的應用。至20世紀80年代以來,在我國地質調查中引入了遙感技術,從此傳統的地質調查跟上了信息化步伐,這大大提高了地質調查的效率,減少了人力財力的耗費,加快了我國數字地質信息庫的建設步伐。但由于國家地質勘查工作的進一步深入和國家經濟建設對礦產資源的需求,使得采用傳統的低空間分辨率、低光譜分辨率較低影像數據進行地質調查過程中遇到了新的難題。
2、傳統技術的應用
目前,地質調查中所使用的影像數據多為TM、ETM、SPOT等中低分辨率數據,其數據特點及在地質調查中的作用較為廣泛,以ETM數據為例。ETM+傳感器是搭載在LANDSAT 7衛星上的,它被動接受地表反射的太陽輻射和自身發射的熱輻射,共有8個波段,覆蓋了從紅外到可見光的不同波長范圍。波段1-5和7為可見光。[4]近紅外以及短波紅外波段,空間分辨率為30米,其中第5和7波段為短波紅外波段;第6波段為熱紅外波段,空間分辨率為60米。其在地質調查中的主要應用為:
(一)構造解譯
在實際地質調查中,環形、線型等構造對地質體構造框架起著至關重要的作用,對地質單元之間的接觸關系、礦產資源的分布等都有很大的關系,因此構造現象在地質調查過程中尤為重要。根據ETM數據的分辨率和傳感器光譜范圍,利用ETM影像數據進行遙感地質構造解譯能在小比例尺下完成地質體基本構造解譯。對區域性大斷裂、大斷裂、巖體等均有較好的表象。
(二)巖性解譯
根據遙感成像原理,不同巖石對太陽光的光譜吸收范圍和反射范圍不同,從而使得傳感器上接收巖石反射的能量不同。ETM數據波普范圍為0.45~2.35μm,其中第7波段范圍為2.08~2.35μm,理論上影像對大類巖石具有一定的識別能力。
(三)地質災害解譯
地質災害主要表現為滑坡、崩塌、泥石流等。對于較大規模的地質災害,可以通過ETM、SPOT等中低分辨率影像進行解譯。
3、傳統影像在地質調查中的不足
(一)低光譜分辨率,難以滿足巖性解譯需求傳統影像的光譜分辨率較低,其對巖性的鑒別能力有限。在地質找礦過程中,除特殊情況外,很難普遍用于直接找礦,尤其是在植被覆蓋區或者是第四系大范圍覆蓋區很難直接進行應用。
(二)低空間分辨率,難以滿足大比例尺地質調查需求在傳統的地質調查過程中,一般很難直接利用中低分辨率影像進行直接地質勘查工作,而是需要根據該地區地質演化過程和地質構造環境進行合理布線完成地質調查工作。隨著地質調查工作的深入,小比例尺階段的區調工作基本結束,取之而來的是大比例尺和較大比例尺階段的區調工作。從而傳統影像難以滿足地質單元細化、地質構造解體的需求。
(三)低時間分辨率,難以滿足數字地質信息化需求
進入21世紀以來,各領域爭先加快數字化建設。數字地質信息化也成為主要的信息化建設的一部分。傳統影像的周期較長,分辨率較低,難以和現行的地質調查程度對接,從而阻礙了數字地質信息化建設的步伐。
三、高分辨率影像數據在遙感地質調查中的應用
1、高分辨率影像地質調查優勢
遙感技術進入21世紀有了突飛猛進的發展而遙感技術本身的發展也是遙感地質調查深化的關鍵。新型遙感探測技術,特別是高光譜遙感技術比起目前常用的多光譜遙感技術具有更多的波段數(數十或數百個波段,多光譜幾個或十余個),更高的光譜分辨率(帶寬幾至幾十納米;多光譜帶寬則為百至數百納米),圖譜合一,解像能力到分子級,為遙感直接找礦(主要通過地球化學礦物組成信息提取)帶來了新的希望,而雷達遙感等新型探測技術又為這一希望注入了活力。但目前由于難以獲得高空間分辨率的高光譜衛星遙感數據,所以其在地質調查中難以普及應用。根據其空間分辨率和光譜分辨率特點,其在地質調查中廣泛應用
于巖性-構造填圖、遙感找礦等方面。主要優勢表現為:
(一)高分辨率,追蹤地層界線
Worldview-2影像數據具有0.5m分辨率,利用其高空間分辨率特點可以更加清楚的跟蹤地層界線,從而大視野、廣角度的圈定地質單元界線,使傳統地質調查更加直觀、更加精確。[5]同時對于高山、雪域、海洋等無人區或者工作條件困難的區域,高分辨率數據更是填補了區域大比例尺地質調查空白,節省了人力物力的同時完善了區域地質調查系統。
(二)地物識別,圈定巖性界線
地質調查的一個重要任務就是確定調查區巖性組成、區域構造演化。高分辨率數據可以利用其高光譜分辨率特點,對調查區內大類巖石進行鑒別,從而結合該地區實地勘探路線,明確調查區古地質環境,建立構造演化模式,完善調查區地質體系。
(三)結合地質環境和成礦規律,精確圈定成礦靶區
利用高分辨率數據完成調查區巖性-構造解譯后,結合區域成礦規律及調查區古地質環境建立調查區成礦模型,并精確圈定成礦靶區。
2、探索高分辨率數據地質調查新方法
(一)高中低分辨率數據協作機制
中低分辨率數據在地質調查中能更加有效的體現地質體宏觀巖性、構造特征,建立調查區內地質體宏觀架構。高分辨率數據,能有效的展示地質體之間精確界線及地質體內部各巖性單元的接觸關系。因此,在實際地質調查過程中,建立高中低分辨率數據協作機制,將宏觀構造,細微結構有機相結合能更加有效的利用各種分辨率數據優勢,深化地質調查程度
(二)信息技術應用
針對礦產資源勘查,后遙感應用的技術構成是在信息源上集遙感信息、地質信息、地球物理信息、地球化學信息等多源地學信息為一體,在方法技術上集圖像處理技術、GIS技術、GPS技術、三維可視化技術、多媒體技術、仿真模擬技術、虛擬現實技及傳統地學方法為一體的信息綜合、方法集成、表達多維的應用技術。
(三)遙感找礦模式建立和預測
利用高分辨率影像數據圈定巖性-構造界線,構建遙感找礦影像模式。從找礦的角度說,它表現為一個遙感解譯信息的集成和工作的流程,從影像角度說,它又包括了模式的遙感影像結構。正確而合理的遙感找礦影像模式的建立以典型礦床地質研究為前提,確定成礦、控礦的主要因素,以此作為遙感信息獲取的依據和出發點,開展進一步的遙感系列專題圖像處理和研究工作,將這些要素從相關的遙感圖像上解譯和提取出來。并通過成礦特征到遙感特征的關聯,使之形成有機的匹配和組合。綜合區域成礦特征、成礦規律及控礦條件,建立遙感找礦模型從而進行有效的成礦預測。
四、結束語
目前,遙感地質調查在地質調查領域扮演者越來越重要的角色,因此合理科學的利用高分辨率遙感技術的特長,充分結合多學科優勢,開展地質調查將是未來遙感地質調查的方向。充分借助信息技術多角度多元化,構建遙感找礦模型,將是未來地質找礦新的風向標。
參考文獻:
[1] 張磊; 包平.高分辨率影像數據在遙感地質調查中的應用[J]科技視界2012-10-15
篇7
關鍵詞:遙感技術;地質勘查找礦;應用
中圖分類號: C35 文獻標識碼: A
引言
礦場資源是眾多自然資源的一種,是人類來意生存的重要的物質資源。由于我國人口基數較大,對礦產資源的使用量需求較高,所以,如何有效開發利用、合理使用、以及后備資源的補充等方面的研究逐漸成為我國研究的重點。經濟的發展提高了礦產資源的需求量,同時推動了找礦工作的發展。在地質找礦中運用遙感技術,主要是通過獲取遙感信息,提取巖石中的礦物信息,并進行成礦分析,減輕了地質找礦工作的難度,有利于提高地質找礦工作的效率和質量。
一、遙感技術在地質找礦中的運用
1、遙感識別巖石礦物
成礦的賦存條件和物質基礎是巖石組合和類型,巖石在成礦過程中具有十分重要的作用,遙感技術能夠提前巖石礦物信息,研究礦物的光譜特征,遙感技術中的數據提取技術能夠提取巖性信息。對圖像進行增強、變換和分析,能夠使圖像顏色增強,色調、紋理差異明顯,從而區分出不同類型的巖石及其巖性組合。同時,遙感技術的礦物識別功能在地質填圖中也發揮了重要作用。通常,適合對礦物的光譜特征進行研究的大氣窗口有兩種:0.4-2.5μm,反映了巖石的反射光譜特征;8-14μm,反映巖石的發射光譜特征。遙感技術識別地物依靠其空間特征和地物光譜的差異,高光譜遙感技術的分辨率很高、波段巨多、數據量大,其窄波段能夠對不同巖石的吸收特征進行區分,并提取、量化、重建巖石的光譜特征,識別混合象元的模型并進行分解分析,區分出巖石礦物的不同。如今,我國將遙感技術的巖性識別功能多應用在巖石率高、植被稀少的地區,在植被覆蓋較多的區域運用較少,對遙感識別巖性技術的研究重點是高光譜和多光譜提取巖性信息。
2、提取礦化蝕變信息
遙感技術在地質找礦中的應用主要是提取地質信息,而巖石的蝕變信息是其中的重要內容。圍巖蝕變是圍巖和含礦熱液相互作用產生的,圍巖相應的礦床類型、化學成分與蝕變類型密切相關。通常,圍巖蝕變范圍超出礦化范圍,因此圍巖蝕變是找礦的有效標志。圍巖蝕變的常見類型包括絹云母化、硅化、褐鐵礦化、云英巖化、矽卡巖化和青磐巖化等。巖石礦化蝕變后會與正常巖石在顏色、結構和種類方面形成差異,導致巖石反射光譜差異,蝕變巖石的光譜波形出現異常,為遙感技術提取圖像信息提供了科學依據。所以利用遙感技術能夠識別圖像異常,找出準確的圍巖礦化蝕變區域和開采位置。現階段,我國大多使用ASTER、ETM+數據和遙感微波數據等作為數據源,其中ETM+數據源應用最多,將該數據作為信息來源,通過彩色圖像合成法對單波段的圖像進行分類,并提取區域生金礦的蝕變信息,從而有效圈定異常礦化蝕變信息,結合野外驗證工作,能夠發現礦化蝕變帶;此外,利用ETM+數據,對圖像實施大氣校正、幾何校正等預先處理,并通過掩膜方法提取了礦化蝕變信息,從而發現了多個金、銅礦點。
3、提取地質構造信息
地質構造信息也是地質信息的重要組成部分。通過戶外地質觀察發現,礦化蝕變區域是沿著地質構造分布。成礦的主要條件即地質構造,對內生礦床作用顯著。提取的主要地質構造信息是環形影像和線性影像。構造環境不同導致提取出的成礦信息不盡相同。例如,不同區域的破碎斷裂帶、節理帶的線狀信息、火山盆地、熱液活動、深成巖漿等環狀信息、賦礦巖層、礦源層等帶狀信息、蝕變、礦化等色塊、色帶、色環異常信息。通過多波段數據,能夠綜合解譯礦區構造信息,從而確定礦區的成礦構造和成礦環境;結合幾何學方法,定量分析礦區線性構造,能夠確定成礦遠景區。遙感技術具有成像模糊功能,能夠使研究區域的線性紋理和形跡逐漸清晰,拉伸遙感影像的灰度、增強圖像邊緣、進行比值分析、方向濾波、卷積運算后,突顯出了構造信息。同時,通過分辨率較高的衛星數據,能夠使構造信息更加清晰。統計分析解譯的環形或線性影像,并結合物探、化探等相關資料,能夠明確成礦構造的特征及其分布;通過數學統計方法,能夠分形解譯出遙感圖像的線性構造,驗證內生金屬礦與線性構造之間的分布規律,從而明確找礦靶區;利用地質構造、水系特征、地表巖性、植被分布、山谷地貌等信息,能夠提取出地質構造隱伏信息。
4、利用植被波譜特征確定找礦位置
地下水和微生物能夠引發地表礦化巖石結構和成分的變化,從而改變巖石上覆蓋的土壤成分。遙感技術的利用生物化學方法確定找礦位置的原理是:植物生長會吸收巖石和土壤中蘊含的礦物元素,礦物元素與植物生物循環共同作用,形成植物組織,對植物酶的活性具有直接影響。當植物體內重金屬積累超過閾值后,便會出現毒化作用,對植物生存必要的生命元素的吸收產生抑制作用,使植物在生態和生理方面出現變異。這些變異使植物的光譜反射率以及光譜波形變化異常,反映在在遙感圖像上,則呈現出色彩、色度和灰度的變化,而遙感技術則能夠提取或探測出這些特征。
5、提取多光譜遙感蝕變信息
多光譜遙感技術具有多光譜攝影和系統掃描的功能,對不同普段的電磁波譜進行攝影遙感,從而獲取植被和其他地物的影像。多光譜遙感能夠影像的結構和形態差異或光譜特征對不同地物進行判別,增加了遙感信息量。多光譜遙感由于空間分辨率和波譜分辨率的影像,其數據源在地質找礦運用中受到一定限制,但是新的數據源出現為地質找礦提供了更加有效的信息。其中,ASTER遙感數據具有較多波段、更高的空間分辨率和更窄的光譜范圍,在提取礦化信息時具有顯著優勢。需要重視的是,單一數據源只能夠反映出目標地物的單一特征,在判別地物時并不準確,集中多源數據,能夠匯總有效信息,剔除無效信息。數據源集中包括遙感數據之間和遙感與非遙感數據融合。目前,遙感找礦中應用最為廣泛的是物探、化探和多光譜的融合。
二、遙感技術在找礦工作中的利用
1、線性構造與成礦之間的關系
通過對線性結構進行分析,需找成礦的可能性地質地貌所形成的線性構造,會對成礦有一定的影響。通常情況下,在地質地貌發生變化比較大的地區會出現礦產,比如巨型斷裂帶。但是,很多具有工業遠景的礦床主要分布在平行的次級斷裂以及節理帶之中。通過感知地形結構,對礦區的特點進行分析在利用遙感圖像中,可以得知,巖漿區中的礦床一般會存在與剪切應力場的拉張區域,在利用遙感技術進行技術處理,可以使人們的目光鎖定在該區域之內,對拐點的附近進行勘察,從而減少時間與精力。
2、環形構造影像與成礦之間的關系
影像環形構造是由航天遙感圖像發現的,并且與礦產有著相應的聯系。在與礦產形成密切關系的影響環形構造中,很多原因是與巖漿有著密切關系的,因此導致找礦的意義有所不同。除此之外,巖漿侵入中造成環形體的重要因素為金屬礦產,由于巖漿在侵入的時候會引起圍漿的變化,往往會導致邊界變得模糊。影像線性體與環形體之間相互依存的關系為找礦工作提供了理論基礎,具有復合的關系。
結束語
總之,一個地區地質條件造就了礦產資源的不同,在勘察礦產資源的過程中,不僅要結合以往的經驗,并且還要根據實際情況進行研究,從基礎出發,在理論上闡述礦床的基本成因&遙感技術,在總結分析的過程中,建立相應的遙感資料,積極尋找勘察礦石的有效方案。
參考文獻
[1]錢建平,伍貴華,陳宏毅.現代遙感技術在地質找礦中的應用[J].地質找礦論叢.2012(03).
篇8
論文摘要 在遙感技術中,為了更精確地判讀多光譜圖像,掌握地面上各種地物的光譜輻射特性是十分重要的。介紹FieldSpec?誖 HandHeld 手持便攜式光譜分析儀的測量原理方法、工作規范及注意事項,概要地說明了影響光譜測量的因素。
在遙感領域中,為了研究各種不同地物或環境在野外自然條件下的可見和近紅外波段反射光譜,需要適用于野外測量的光譜儀器。對野外地物光譜進行測量,我們使用的是美國ASD公司FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀。其主要技術指標為:波長范圍為300~1 100nm,光譜采樣間隔為1.6nm,靈敏度線性:±1%。FieldSpec?誖HandHeld手持便攜式光譜分析儀可用于戶外目標可見—近紅外波段的光譜輻射測量。該光譜儀在戶外主要利用太陽輻射作為照明光源,利用響應度定標數據,可測量并獲得地物目標的光譜輻亮度;利用漫反射參考板對比測量,可獲得目標的反射率光譜信息;通過對經過標定的漫反射參考板的測量,可獲得地面的總照度以及直射、漫射照度光譜信息;利用特定的輔助測量機械裝置,可獲得地面目標的BRDF(方向反射因子)光譜信息參數。
為了使地物光譜數據可靠和高的質量,使數據便于對比和應用,有必要提出地物光譜測試規范和測量要求。
1儀器的標準和標定
1.1光譜分辨率
實用分辨寬度對0.04~1.10μm小于5nm,1.1~2.5μm小于15nm。對于FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀,起始波長為325nm,終止波長為1 075nm,波長步長為1nm,則光譜分辨率取3nm。
1.2線性標定
線性動態范圍有3個量級,最大信號對應為0.8~1.0,太陽常數照明的白板(<90%)峰值響應輸出。線性誤差小于3%(回歸誤差)。
1.3光譜響應度的標定
反射率小于、等于15%(大于1%)的目標,信噪比應大于10。反射率大于15%的目標,信噪比應大于20。
2野外測定方法與工作規范
2.1目標選取
選取測量目標要具有代表性,應能真實反映被測目標的平均自然性。對于植被冠層及用物的測量應考慮目標和背景的綜合效應。
2.2能見度的要求
對一般無嚴重大氣污染地區,測量時的水平能見度要求不小10km。
2.3云量限定
太陽周圍90°立體角,淡積云量,無卷云、濃積云等,光照穩定。
2.4風力要求
測量時間內風力小于5級,對植物,測量時風力小于3級。
2.5測量方法
在11時30分至14時30分進行測量,每種地物光譜測量前,對準標準參考板進行定標校準,得到接近100%的基線,然后對著目標地物測量;為使所測數據能與衛星傳感器所獲得的數據進行比較,測量儀器均垂直向下進行測量。
3野外光譜測量注意事項
野外光譜測試的基本要求是在晴天中午前后進行,風力不超過5級,如果測試土壤光譜,必須在雨過3d以后進行。為了使數據具有代表性,要仔細比較選擇被測地物,對同一種地物測量多次,保證測試結果準確可比。
3.1儀器的位置
儀器向下正對著被測物體,至少保持與水平面的法線夾角在±10°之內,保持一定的距離,探頭距離地面高度通常在1.3m,以便獲取平均光譜。視域范圍可以根據相對高度和視場角計算。如果有多個探頭可選,則在野外盡量選擇寬視域探頭。測量植物冠層光譜時,注意測量最具代表性的物種。
3.2傳感器探頭的選擇
當野外地物范圍比較大,物種純度比較高、觀測距離比較近時,選用較大視場角的探頭;當地物分布面積較小時,或者物種在近距離內比較混雜,或需要測量遠處地物時,則選用小視場角的探頭。
3.3避免陰影
探頭定位時必須避免陰影,人應該面向陽光,這樣可以得到一致的測量結果。野外大范圍測試光譜數據時,需要沿著陰影的反方向布置測點。
3.4白板反射校正
天氣較好時每隔幾分鐘就要用白板校正1次,防止傳感器響應系統的漂移和太陽入射角的變化影響,如果天氣較差,校正應更頻繁。校正時白板應放置水平。
3.5防止光污染
不要穿帶淺色、特色衣帽,如果穿戴白色、亮紅色、黃色、綠色、藍色的衣帽,就會改變反射物體的反射光譜特征。
要注意避免自身陰影落在目標物上。當使用翻斗卡車或其他平臺從高處測量地物目標時,要注意避免金屬反光,如果有,則需要用黑布包住反光部位。
3.6觀測時間和頻度
光譜測試應在10~14時之間完成,并在無云晴朗的天空下進行,盡量避免過早或過晚。在時間許可時,盡量多測一些光譜。每個測點測試5個數據,以求平均值,降低噪聲和隨機性。
3.7采集輔助數據
在所有的測試地點必須采集GPS數據,詳細記錄測點的位置、植被覆蓋度、類型以及異常條件、探頭的高度,配以野外照相記錄,便于后續的解譯分析。
野外地物光譜測量是一個需要綜合考慮各種光譜影響因素的復雜過程,我們所獲取的光譜數據是太陽高度角、太陽方位角、云、風、相對濕度、入射角、探測角、儀器掃描速度、儀器視場角、儀器的采樣間隔、光譜分辨率、坡向、坡度及目標本身光譜特性等各種因素共同作用的結果。光譜測定前要根據測定的目標與任務制定相對應的試驗方案,排除各種干擾因素對所測結果的影響,使所得的光譜數據盡量反映目標本身的光譜特性,并在觀測時詳細記錄環境參數、儀器參數以及觀測目標(如土壤、植被、人工目標)的輔助信息。只有這樣,所測結果才是可靠的并具有可比性,為以后的圖像解譯和光譜重建提供依據。
參考文獻
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篇9
關鍵詞:遙感;土地利用;變更調查
中圖分類號:TP79文獻標識碼:A
Application of remote sensing to land use change survey
Abstract:The paper puts forward the selection of technique flow, according to the characteristics and requirements of land use change survey.at the research findings on dynamic monitoring of land-use by remote sensing at home and abroad. The experimental results showed it is a feasible method for land use change survey based on remote sensing.
Key words: Remote sensing;Land use;Change survey
土地利用變更調查,就是利用已有的詳查形成的基礎圖件,根據野外實地調查,對變化的地類圖斑逐一轉繪,量算面積,以更新土地利用現狀的基礎圖件和數據,保持土地利用資料的現勢性。
目前采用的方法主要有兩種:一是利用已有的土地利用現狀圖,外業進行實地對照,利用皮尺、全站儀等測量設備獲取相關的位置數據,在土地利用現狀圖上繪制變更圖斑;此種方法速度慢、精度低,當變化范圍較大、變化內容較多時,丈量難度大;費用高、周期長。這種傳統的更新方法自動化程度低,成圖周期長,很難做到更新的全面性和實時性。土地利用基礎圖件在更新上往往落后于土地利用狀況變化,造成了土地利用變更狀況得不到及時反映,不能適應當前經濟、社會迅速發展的需要,直接影響著耕地保護、土地利用規劃和土地利用政策的制定和執行,影響了整個土地管理工作。二是利用遙感影像解譯,經外業調繪獲取已變更圖斑資料,內業繪制與處理。此方法更新較快,能夠實現土地利用現狀變更的動態監測。本文結合實際工作,探討利用遙感技術進行土地利用變更調查的方法。
一、土地利用變更調查對遙感資料的要求
衡量衛星遙感資料在土地利用變更調查中應用效果的主要標志是識別地類的能力和地類圖斑面積量測的精度。地類判讀精度和面積量測精度主要取決遙感影像的分辨率。同時與判讀地物的光譜特征有關。根據現有實踐推論:更新1:1萬比例尺圖件,圖像實際分辨率在2~3 m,1:2.5萬比例尺圖件的更新。需要5~8 m分辨率,分辨率15m的資料可滿足1:5萬土地調查要求。近年來,遙感數據源已基本形成高中低分辨率全覆蓋系列,IKAN0S全色波段影像分辨率為1m,多光譜波段影像分辨率達到4 m,SPOT5全色波段影像分辨率為2.5m,為不同比例尺的土地利用基礎圖件和1:1萬土地利用數據庫更新提供了充分的選擇空間。彌補了其精度上的不足。
二、遙感土地利用變更調查技術方法
1、技術路線
以遙感技術為主要手段,利用多時相的衛星遙感資料,根據地類的可解譯程度,確定遙感解譯地類,建立遙感解譯標志,結合計算機技術,對工作區的土地利用變化情況進行解譯調查,圈定土地利用變化范圍,并統計變更地類面積。工作程序見圖l。
2、土地利用現狀變更調查技術問題
變更調查需解決的問題:一是找出變化的區域,即監測:二是對變化的區域按一定精度量測上圖。
土地利用遙感監測是基于同一區域不同年份的同一時相影像問存在著光譜特征差異的原理,來識別土地利用狀態變化的工作。常用的土地利用遙感監測方法基本上可以分兩種:即逐個像元比較法和分類后比較法。結合工作的具體情況,利用 envi3.5 軟件的融合和分類功能,繪制了某地區土地利用空間分類圖及土地利用動態監測圖。
1) 變化圖斑、地物的判讀。采用逐個像元比較法, 即對不同時相的影像作相應的處理后,采用光譜特征變異法。當兩個不同源數據存在較大的時相差時。受實際土地利用變化的影響.不同時相的影像在相同位置處將對應不同的地面目標.導致光譜特征不一致.從而檢測出變化信息。
2) 變化圖斑界、地物的提取。利用多光譜遙感影像對土地利用進行分類,對波譜曲線進行統計學分析,將光譜曲線相似的像元歸為一類,而我們下面要進行的動態監測也要用到這些曲線。對于不同地物的監測,要用到不同的波段進行彩色合成。影像不清楚的做標記,以便外業調繪重點修測。下圖為典型地物波譜曲線圖。
3) 外業調繪和精度檢驗。由于內業對于很多地類都無法區分(如菜地和旱地等不容易區分。所以需外業進行補充性的調繪。外業調繪利用GPS(RTK)和全站儀相結合,對變化區域的地物和地類進行實地核實和測量.將測量結果與利用影像提取的線劃成果進行比較,檢測出利用遙感影像提取線劃的各點誤差及變更地類圖斑面積誤差。
三、應用實例
以美國LANDSAT一7衛星的ETM數據處理為例作說明。工作區為南方某鎮,主要調查土地利用類型分類面積統計的變化情況,通過實地定點調查,利用兩期的 TM、ETM影像和已知訓練區的土地類型、光譜特征數據對計算機進行訓練,計算出對應于各種土地類型的多元統計特征,并以此建立分類判定規則,對未知地區進行計算機自動分類。采用 Maximum Likelihood 方法,得到分類圖像如圖3、圖4:
從以上實例可以得出,運用遙感影像進行土地更新調查,方便、快捷,對變化的地類圖斑,可以很好的提取圖斑的邊界線以及圖斑的面積,數據也能很好的反映10年來土地利用的變化情況。旱地和魚塘面積在減少,建設用地面積在增加。
四、結論
篇10
關鍵詞:水文地質,勘測方法,核磁共振技術
所謂水文地質,就是指大自然當中地下水的變化以及具體的運動現象,水文地質學就是以自然界中的地下水為主要研究對象的學科,主要內容就是探究并分析地下水化學成分、物理性質、分布狀況、形成規律以及有效利用方式。貴州省地處我國西部地區,地質條件較為復雜,各種自然地質災害頻頻發生,本文將對核磁共振技術進行較為深入的分析。
1、水文地質勘測技術分析
1.1光譜微分析技術
此技術主要包括對反射光譜進行相關的數學模擬以及對于不同階段微分值的相關計算。通過這一技術可以提高對于光譜彎曲率及其最大、最小的反射率波長位置測定的準確率。通常情況下,可以通過使用一階微分法來將一部分線性的或者一些接近線性的背景、也或者噪聲光譜對于非線性的目標光譜等產生的影響。
1.2混合光譜分解技術
混合光譜分解技術主要用于分析光譜數據以及對其同一個像元內的不同成分所占比例的確定,或者是識別在已知的端元組分中分析其他的組分。在使用混合光譜分解技術時,由于在一定程度上受到圖像分辨率的限制,在圖像之中往往會存在很多的混合性像元。對于混合像元的分解技術則主要是提取像元之中不同地物類別豐度的一種方法。除此之外,光譜吸收指數還可以實現高光譜遙感圖像處理以及對于光譜吸收特征的有效識別,也能夠對混合光譜進行分解。
2貴州水文地質勘測核磁共振技術的運用
2.1核磁共振技術
核磁共振技術應用范圍相當廣泛,在化學、物力、生物學以及醫學等領域都有所涉足,同時也是當前世界水文地質勘查先進方法之一,在水文地質勘查領域應用核磁共振技術的一大表現就是運用地面核磁共振對滑坡水文地質條件加以勘測。所謂核磁共振,屬于原子核物理現象,也即是擁有核磁順磁性的物質對電磁能量進行選擇性的吸收,在地層中,具有最高豐度以及最大磁旋比的核磁順磁性核子就是氫核,而地層中大部分的氫核都存在于水中。核磁共振找水儀就是借助地面核磁共振對地層水氫核進行測量進而達到找水目的。如果地層中有地下水存在,那么將一個不同于地磁場方向的外磁場賦予其中,后果就是氫核磁矩與地磁場相偏離,如果外磁場消失,氫核將會保持與地磁場一致的方向以地磁場為中心旋轉。需要注意的是,自由水具有不同于結合水的信號頻率,借助核磁共振技術進行測試,只能適用于巖土層中的自由水,而無法測試結合水,所以,借助核磁共振技術進行測試所獲取的數據只是巖石層中地下水反應。其中還利用到高光譜技術不僅能實現對地球表面的地質信息進行探測,而且還能夠實現對行星以及月球表面的信息探測。高光譜遙感技術所具備的這一特點是其他類似技術所不能代替的。Mars Odyssey計劃衛星搭載的熱輻射成像儀(THEMIS),它屬于多光譜的熱輻射成像儀。這種成像儀雖然比TES的光譜分辨率要低一些,但是它的空間分辨率卻比較高,從而能夠有效地彌補TES數據中的不足之處。
雖然在核磁技術領域應用最成功的屬于水文填圖,但是如何有效的利用其所能夠識別的并且還可以填繪的水文進行地質環境的分析則屬于高光譜地質應用中的一個關鍵性問題。通過使用熱紅外成像儀,可以將其對水文的識別并且進行擴大。通過這種水文的共生組合有助于深入并客觀的分析相關研究區的地質環境。以水文識別以及水文的精細識別為基礎,還可以根據水文共生組合的相關規律以及水文本身對于地質的意義所產生的作用,來對各種地質因素間存在的內在性聯系進行直觀的反演,從而還有助于提高高光譜地質應用中具體分析并解決相關地質問題的能力。
按照核磁共振找水儀工作原理,如果地層中存在地下水,就可以獲取核磁共振信號,根據信號可以對地層中地下水存在性以及時空性做出判斷,如果未獲取到核磁共振信號,就意味著此地層中不存在地下水。所以,以所獲取的核磁共振信號為依據,可以對含水層以及隔水層進行劃分,在此技術上,在進行相應的解釋及處理,就可以確定含水層具體的深度。由于核磁共振信號振幅的最初值與巖體層含水量之間具有正相關的關系,因此,可以對含水層的具體含水量做出判斷。
2.2地面核磁感應系統在貴州水文地質勘測中的應用
地面核磁感應系統在貴州水文地質勘測中可以應用于如下幾個領域:
(1)查找巖溶水
貴州省的巖溶石山區缺水嚴重,尤其是在近兩年,云貴高原大旱。找水成為了一個水文地質勘察的難點。借助地面核磁感應系統,可以在貴州的喀斯特地貌環境下尋找巖溶水,該系統的探測深度在喀斯特地貌環境下可以高達200m,并且對該范圍內各個含水層的情況以及特征包括巖石的結構和特征進行探查。然后系統還能夠對含水層的滲透參數、厚度、埋深、含水量以及預計的開采指標進行分析。該系統已經成功的在湖北永安地區的喀斯特地貌環境下,找到了巖溶水。因此,我們可以推斷該系統也能在貴州地區有較大的運用空間。
(2)解決生態問題
貴州省的水污染問題也是目前越來越嚴峻的一個問題,運用地面核磁感應系統能夠對地表水、地面水的污染進行調查和研究,從而為妥善的解決生態問題提供數據支撐。
(3)為工程建筑解決水文地質勘測問題
貴州省的地質條件非常的特殊,不少地方由于存在大量的石灰巖等,如果勘探工作不到位,在工程建筑的施工過程中,或者建筑建成之后,都很容易出現較大的問題。而運用地面核磁感應系統能夠探查路基、建筑物地基等得水文地質條件,從而為工程建筑施工或者后期的維護提供參考。
2.3核磁共振技術在實際應用中的工程案例
隨著經濟的發展,為了解決西南地區交通的不便,近年來大力開展了機場的建設。而由于機場建設工程量較大,場地分布較廣,因此所遇到的工程問題也較多。其中,巖溶的發育對機場建設的影響尤為突出。當時貴陽龍洞堡機場航站區進行工程建設時,對巖溶洞隙的勘察及地基處治是至關重要的,輕則影響設計方案、投資預算,重則影響業主的整個投資取向以及整個區域的發展。但是就是采用了核磁共振技術對于機場航站區巖溶洞隙發育問題進行調查,通過調查和研究分析國內外巖溶勘察方法、巖溶施工處治新技術、新方法,對巖溶探測及處治技術進行了研究,根據場區的地形地貌、地層巖性、地質構造、巖溶發育程度、水文地質情況、人類工程活動對巖溶發育的影響等條件,對場區的巖溶以及基巖破碎帶發育情況進行詳細了解,介紹了上述方法的工作原理、技術參數及具體應用。對復雜巖溶形態的地基處治方法各有其適用范圍:爆破回填是對溶溝、石芽直接出露或埋深不超過3m時所使用的處治方法;跨越是對洞徑小于6m的落水洞采用的方法,在本文中分別使用了拱形蓋板跨越和平板跨越;樁基是由于基巖面起伏劇烈,地基均勻性極差,為減小和避免地基不均勻性的影響所采用的處治方法;灌漿是當溶溝、石芽埋深3-8m,溝(槽)內充填土為軟弱松散土時,以及對溶洞進行了樁基處理后仍然不穩定時采取的處治方法。
3結語
單純借助傳統的水文地質勘測方式已經難以滿足當前水文地質勘測的實踐需要,一方面,無法充分揭示復雜的水文地質條件,另一方面,無法獲得準確實用的相關參數,并且相關的花費較高,用時較長。在水文地質勘測實踐中,根據實際狀況選擇利用核磁共振技術,根據其自身的特性,在某些方面不但可以獲取準確可靠的相關參數信息,還可以極大的節省人力、物力和財力,將貴州省水文地質條件充分的揭示出來。但是,地面核磁感應系統目前也存在一定的局限性,它的抗電磁干擾能力還不夠強,在電磁干擾嚴重的時候,會極大的影響勘探的結果精確性。因此,我們一方面要注意應用地面核磁感應系統的環境選擇,同時也要不斷的提高其抗電磁干擾能力,擴展器應用領域。
參考文獻:
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