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基于高光谱遥感的青藏高原岩矿信息提取方法与应用研究

叶成名  
【摘要】:高光谱遥感技术的出现和快速发展是遥感发展历程中重要的里程碑,凭借成谱成像的优势,在当前人类快速获取大面积地表信息应用中发挥着重要作用。随着地质调查工作的迅猛开展和地质调查方法和技术的深入研究,高光谱遥感技术在此领域的应用和推广也得到高度重视和加强,在国土资源部的地质调查工作的“十二五规划”中,明确提出了建立完善星-空-地立体地质调查评价技术体系。为此,论文以遥感地质应用为切入点,围绕高光谱遥感岩矿信息提取,以区域环境特殊、矿产资源丰富、规模较大、我国能源战略有重要地位的青藏高原为试验区,开展了从数据采集、数据处理到信息提取与岩矿识别的方法与应用研究,研究成果可为我国在地质遥感应用提供参考和借鉴,为我国开发利用青藏资源、保护青藏地质环境提供技术支持。论文取得的主要成果和贡献如下: ○1研究总结了一套青藏高原地区开展高光谱遥感岩矿信息提取应用的方法。论文围矿岩信息提取应用,先探讨了岩矿波谱特征响应机理,并对典型矿物离子和基团的吸收特征进行了初步分析,在此基础上开展了Hyperion高光谱数据为主,ASTER、ETM、IRS-p6和CBERS-02b为等数据为辅助的岩矿信息提取与识别系统研究,分析总结了一套从数据采集、数据处理到信息提取和蚀变识别的应用方法,并对应用环节中的关键技术、数据应用有效性等进行了优缺点分析。应用该方法,在基于试验区前期研究资料、实地考察成果的监督分类方法和基于野外、室内样本实测光谱,标准光谱库和图像端元分析选择的岩矿识别方法的综合应用下,成功识别到一批区域典型蚀变矿物,后经对样本采样和实验室测试分析,有效验证了信息提取和识别的有效性。最后从应用实践出发,给出了一些有指导意义的建议,对高光谱遥感技术在我国开展现代地质填图新技术新方法的研究、推广和工程应用有一定的现实意义。 ○2研究总结出了区域典型岩矿光谱特征并初步发现了光谱压力效应在青藏高原区域遥感应用的影响表现。针对青藏高原的岩矿区域分布特征,论文选择了有典型岩矿分布的东昆仑造山带为试验区,对区域典型岩矿类型进行了实地光谱测量,包括灰岩、砂岩、砾岩、大理岩、白云岩等大类。结合区域自然条件下的风化和地表覆盖特征完成了风化面、新鲜面、黄土覆盖等多条件下的光谱测量工作。在此基础上分析了各岩性的光谱特征和自然条件影响下的光谱影响规律,给出了典型岩石的光谱诊断位置。此外,初步发现了光谱压力效应在青藏高原区域应用的影响表现。由于区域海拔较高、气压较低,水汽含量相对较少,在压力光谱增加效应影响下,大气吸收的谱带中心有所偏移,宽度缩小,此发现对开展青藏高原地区遥感应用的基础研究有一定的指引意义。 ○3提出了一种面向岩矿信息提取的光谱匹配方法。在详细分析了传统的监督分类方法和面向全波形的光谱匹配方法基础上,深入分析了岩矿信息提取和识别中的光谱匹配方法特点,提出了一种基于岩矿光谱响应的全窗口加权相关波谱匹配方法,该方法是在最小距离法、相关系数法、窗口分类法基础上,顾及到岩矿电磁波的环境因素不稳定性和不确定性影响,是一种有针对性地综合光谱匹配方法。其基本思想是以假定外界环境因素对岩矿电磁波的影响是随机性的(温度、湿度、水汽、大气等量化指标具有随机性),具有正态分布的特征为前提,在全波长范围内,依据待识别岩矿的光谱特征区间,进行有效贡献性区间划分,以波谱贡献大小为权重依据,进行全窗口相关系数计算,最终的相关系数是岩矿识别的参考。


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