高光谱遥感水文地质应用新进展

高光谱遥感是一种利用成像光谱仪同时获取地物目标辐射、光谱和空间等多重信息遥感的技术,水文地质是高光谱遥感重要的应用领域之一,通过高光谱遥感图像分析,能够提取大区域包气带及含水系统的水文地质信息,可为水文地质环境的识别及实时监测、地下水资源高效管理、地下水数值模型构建等提供科学数据。通过调研凝练了高光谱遥感基本原理方法及其在水文地质方面的应用研究,重点总结了地下水环境污染和水文信息反演方面的高光谱遥感应用研究进展,分析了高光谱遥感水文地质应用所面临的挑战,并展望了高光谱遥感水文地质应用研究的发展趋势,主要包括:通过土壤和植被的光谱信息实现对研究区包气带土壤重金属污染状况的大面积、短周期连续快速监测;在高光谱图像中提取构造、地层岩性等地质和水文地质特征,以环境指示因子（如植被）为有效补充,获取饱和带地下水环境信息;通过高光谱图像识别植被类型、计算植被覆盖度、分析叶片反射光谱特征并建立模型反演土壤含水量和地下水位,为研究和保护缺水地区生态环境提供数据支撑。     

基于地物光谱特征的成像光谱遥感矿物识别方法

成像光谱技术是遥感技术发展的前沿技术之一 ,它是在可见光、近红外及短波红外上 ,集图像、光谱于一体的具有高光谱分辨率的纳米遥感技术。文中从岩矿光谱特性的研究入手 ,通过光谱特征识别准则 ,利用机载的可见光、近红外及短波红外成像光谱 (HyMap)数据 ,开展成像光谱遥感矿物识别的试验研究。试验识别的矿物有绿泥石、绿帘石、橄榄石、绢云母、滑石、石膏及黑云母等。试验结果表明 ,通过矿物光谱特征分析与其识别原则进行成像光谱遥感矿物识别获得了很好的效果。因此 ,基于地物光谱特征进行成像光谱矿物直接识别确实可行 ,有利于矿产资源评价中成矿物源和矿化蚀变信息分析。     

基于光谱特征参数组合的高光谱数据矿物填图方法

受大气环境等因素的影响, 高光谱遥感矿物识别难以达到较高的精度.为解决该问题, 根据光谱吸收特征参数在大气变化中能保持相对稳定的特点, 提出一种基于光谱特征参数组合的高光谱矿物类型识别方法.文中计算了多种光谱特征参数, 通过最佳指数因子(optimum index factor, OIF)优选特征参数组合, 选定最佳特征参数组合, 利用模式识别方法实现矿物识别.利用机载可见/红外成像光谱仪(airborne visible infrared imaging spectrometer, AVIRIS)高光谱数据, 在美国内华达州Cuprite矿区进行了该方法的应用试验研究, 并与前人矿物填图结果做了对比.结果表明: 吸收波谷位置-吸收面积-吸收右肩位置(P-A-S₂)光谱特征参数组合的矿物识别效果最优, 整体精度达到74.68%.      

高光谱遥感卫星技术及其地质应用

在收集国内外高光谱技术发展、地质应用与研究实例资料的基础上,主要介绍了国内外高光谱地质应用的现状及其主要进展,并简要介绍了高光谱地质应用的主要技术。结合地质应用成功的实例,分析了高光谱遥感卫星技术在矿物识别与填图、岩性填图、矿产资源勘探、矿业环境监测、油气渗漏监测等地学方面的应用优势与前景,同时指出了目前高光谱遥感卫星技术地质应用存在的主要问题与发展趋势。     

高光谱遥感卫星技术及其地质应用

在收集国内外高光谱技术发展、地质应用与研究实例资料的基础上,主要介绍了国内外高光谱地质应用的现状及其主要进展,并简要介绍了高光谱地质应用的主要技术.结合地质应用成功的实例.分析了高光谱遥感卫星技术在矿物识别与填图、岩性填图、矿产资源勘探、矿业环境监测、油气渗漏监测等地学方面的应用优势与前景,同时指出了目前高光谱遥感卫星技术地质应用存在的主要问题与发展趋势.     

蚀变矿物光谱解混深度学习方法研究

高光谱遥感是当前遥感技术领域的热点,其“图谱合一”的技术优势使得定量化遥感技术成为实用化技术。目前卫星、航空和无人机的高光谱技术应用热潮兴起,在地质调查、矿产勘查和环境监测中逐步得到深化应用。地质领域中,利用反射光谱,可以识别40余种矿物,对于追索矿化热液蚀变中心和预测铀成矿有利区、分析热液运移的时空演化等具有重要意义。由于复杂地质场景中矿物的紧致、非线性混合,为精确识别其光谱特征和丰度信息带来了挑战。将深度学习技术引入到高光谱地质分析中,能够从高光谱数据中获得更为关键的信息,具有广阔的应用前景。但在实际的地质应用中,很难获得大量高光谱标签数据来训练深度神经网络。文章提出一种针对有限样本铀矿蚀变矿物光谱数据的深度学习方法,采用稀疏降噪自编码神经网络模型提取矿物端元光谱,结合Hapke物理模型进行光谱数据增强,最后利用稀疏全连接的深度神经网络进行矿物含量的提取。实验室和航空高光谱遥感数据实验结果表明,与传统的方法相比,该方法的矿物定量分析精度更高,填图效果更好,为高光谱矿物填图、地质调查和铀矿地质勘查等应用提供了新的技术支持。     

铀矿勘查钻孔岩心高光谱编录及三维矿物填图技术研究

综合阐述了钻孔岩心高光谱编录技术研究现状、系统构成及其矿化蚀变高光谱矿物识别与三维矿物填图等技术方法,重点分析了钻孔岩心高光谱编录技术实际应用效果与应用前景.     

Hyperion高光谱遥感岩性识别填图

Hyperion高光谱数据在蚀变矿物填图方面已凸显其优越性,而在岩性识别方面大多仍在探讨中.通过应用Hyperion数据结合野外光谱采集,在研究区进行了岩性填图的试验研究.同时,叙述了野外采集光谱数据的过程,建立了野外实测光谱数据库,利用野外实测岩石光谱作为端元光谱进行SAM(Spectral Angle Match)光谱角岩性填图.这对于地质环境复杂地区的岩性填图工作具有一定的应用价值.     

植被覆盖区卫星高光谱遥感岩性分类

植被高覆盖区岩石和土壤在遥感图像上表现为弱信息、小目标,如何利用卫星高光谱遥感提取岩性弱信息是目前遥感地质应用中的最大挑战之一。以黑龙江呼玛地区为例,选择美国EO-1卫星Hyperion高光谱数据。由于植被与下伏岩石-土壤的光谱混合,分别计算研究区含土壤因子和不含土壤因子的植被指数,并对两类不同的植被指数进行主成分分析,以此分离植被和岩石-土壤组分。在含土壤因子植被指数主成分分析的二维组分散点图上,明显区分出背景植被与异常岩石-土壤组分,证实了植被与岩石-土壤组分经主成分分析分离的效果。同时在不添加土壤因子植被指数的分析中,明显区分出植被覆盖信息。通过对实验区典型岩石进行野外光谱测试,然后对光谱进行连续统去除处理,将其作为参考光谱,与分离后的岩石-土壤光谱进行光谱特征拟合（SFF）,从而成功地识别出研究区内不同岩石类型,特别是玄武岩、流纹岩、砂砾岩、安山质凝灰岩、大理岩和石英片岩识别效果较好。根据研究区内不同岩石地层单元内岩石组合特征,通过分离后的组分合成图像,成功地实现了岩性分类。与已知地质图叠加,证实通过卫星高光谱数据提取的不同岩石类型颜色边界与地质图岩性界线吻合较好。结果表明：通过植被与岩石-土壤光谱组分分离,结合高光谱遥感的光谱特征拟合,能够识别不同的岩石类型,实现植被覆盖区岩性分类。     

高光谱分辨率遥感在地质应用中的关键技术及前景

遥感技术应用于地质中的目的之一是分辨和识别出不同的岩石和矿物等地质体。宽波段遥感只能分辨不同岩石类型，而难以识别含不同成分的岩石和矿物。高光谱分辨率遥感则可通过诊断性光谱特征对岩石或矿物成分及结构进行识别。通过对高光谱分辨率遥感应用于地质中的关键技术进行分析，对未来高光谱分辨率遥感在地质中的应用进行了预测。     

Hyperspectral Remote Sensing of Forests: Technological advancements,Opportunities and Challenges

In real world what we are able to see is just because of light or energy reflected or emitted from the viewing object is falling upon retina of human eye. The variations in intensity of light reflected back from any object in different wavelengths are sensed and provide ability of discriminating different objects having similar size and shape. In the same way, in spectroscopy we sense the reflected light through artificial sensors and record as image (in airborne and satellite spectroscopy) or as spectrum (in field spectroscopy). In remote sensing discrimination of different object mainly depends on difference in reflection of energy in different wavelength region of light. Considering this behaviour of light, in hyperspectral remote sensing the reflected light coming from object is split into multiple continuous and small-small wavelength bands and are sensed in each wave band separately. Therefore we are having reflection response of object in multiple and narrow wavelength regions, which can be used in discrimination of different objects that are not separable in multispectral remote sensing due to less number of broad range wave bands. Collection of data is one aspect of the technology but as soon as these data are collected, a question arises how to and where to use this data? To answer where to use, a list of applications like discrimination, mapping and monitoring of different features and process of landforms in ecosystem have been reported, and forestry is one of them. And question of how to use these data in each applications involve converting the raw data into useful information using a multistep process of atmospheric, radiometric and geometric correction, removal of bad data and data redundancy, transformation and extraction of most useful data, data segmentation and extraction of useful information. For this purpose variety of data processing techniques, algorithms, concepts and schemes have been reported from time to time. In this review article we have summarized the available technical developments in hyperspectral remote sensing during the last three decades and tried to discuss the opportunities and challenges in hyperspectral remote sensing applications in the forestry sector.     

机载高光谱成像技术在长江经济带苏、皖、浙地区生态环境保护中的应用

机载高光谱成像是一种快速、无损的检测技术,具有光谱分辨率高、波段窄而多和图谱合一的特点。国内小型化的机载高光谱成像仪主要依赖进口,价格昂贵,且高性能的高光谱设备进口困难,限制了高光谱技术在国内的推广和普及。中国地质调查局南京地质调查中心在国家重大仪器开发专项和国家重点研发计划支持下,成功研制出以推扫式小型化成像光谱仪HMS400/1000为核心的轻型机载高光谱成像系统SSMap,建立了机载高光谱遥感综合调查技术方法和作业流程,形成了一套可靠的地物分类方法和水土污染光谱定量反演模型。本文在介绍机载高光谱成像技术基本原理和分析国内外研究现状的基础上,以自主研发的机载高光谱成像系统SSMap为例,结合长江经济带生态环境的需求,详细探讨了总面积4500余km²的航空高光谱遥感作业方法、信息提取与调查应用。通过长江经济带江苏、安徽、浙江等地区的生态环境地质调查应用示范,取得了高质量的机载遥感数据,获得了一批重要调查成果。研究表明,机载高光谱成像技术在生态环境调查、水体监测、土地利用和土地质量评价等方面具广阔应用前景。具有自主知识产权的国产化机载高光谱成像仪降低了采购成本,推动了机载高光谱技术普及,服务了国家重大区域发展战略,具有显著的经济和社会效益。     

Hyperspectral satellite data (Hyperion) preprocessing—a case study on banded magnetite quartzite in Godumalai Hill, Salem, Tamil Nadu, India

This paper deals with many calibration methods involved in preprocessing of hyperspectral remote sensing data, while radiation calibration with respect to magnetite minerals without altering image reflectance. Radiometric calibration is the basis and important for both hyperspectral data applications and quantitative remote sensing. While at present there are many methods available for radiometric calibration in the spaceborne hyperspectral data, here, we used the highest spectral resolution Hyperion EO-1 satellite data using a variety of calibration models, which include the calibration model based on atmospheric radiation theory, conversion model as scene dependent such as flat field model, internal average reflectance model, logs residual modified model, and linear model based on the experience of the ground calibration, and so on, and hyperspectral data calibration study was implemented with magnetite mineral. After the above three models contrast, we have arrived at the conclusion that calibration model based on atmospheric radiation theory is the finest radiation calibration method for Hyperion satellite data preprocessing.     

高分五号航天高光谱遥感技术在甘肃龙首山铀矿找矿中的应用

为深入研究和探讨高分五号(GF-5)航天高光谱遥感技术在铀矿地质找矿中的应用效果和潜力,基于龙首山成矿带航天高光谱数据,开展高光谱数据处理和蚀变信息提取工作,创新实现了GF-5高光谱波段修复,通过构建标准光谱库和诊断光谱,运用MNF算法、PPI算法,结合SAM光谱角填图技术,完成蚀变矿物端元提取和光谱匹配,实现研究区钠长石、方解石、石英、绿泥石、赤铁矿和高岭土蚀变矿物的提取,综合区域铀矿成矿地质背景,通过开展地面波谱测量和野外调查,在验证蚀变准确度的基础上,剖析航天高光谱蚀变信息和成矿规律,构建了区域找矿定位模型,圈定找矿预测区3处,取得了较好的找矿效果,为国产GF-5高光谱遥感在地质找矿中的应用提供了参考。     

高光谱遥感技术在基岩区区域地质调查填图中的应用

高光谱遥感以其超高的光谱维数据优势,使对地物的精细识别和区分能力较传统多光谱遥感数据有质的提升。以HyM ap高光谱数据和高分五号高光谱数据为数据源,选择中国西部基岩区区域开展了高光谱遥感岩性-构造解译工作。通过图像增强处理后,对研究区地层单元、岩体/脉、构造等进行了遥感地质解译。对比已有的地质调查结果,发现高光谱遥感数据相较多光谱/高分数据对岩性-构造信息的展布情况显示得更加清晰和直观,同时其对不同岩性段、不同岩相带,以及细小构造等区分能力突出,表现出明显的技术优势。研究认为,高光谱遥感可为基岩区区域地质填图提供更加客观、真实的地质体、构造展布情况,能提高地质调查填图的效率和质量。     

Hyperspectral remote sensing monitoring of pyrite mine wastes: a record of climate variability (Pyrite Belt,Spain)

Monitoring of mine waste on sulphide deposits through hyperspectral remote sensing data contributes to predicting surface water quality, quantitatively estimating acid drainage and metal contamination on a yearly basis. The mineralogy of surface crusts loaded with highly soluble salts is a record of available humidity and temperature along the year. A temporal monitoring of salt efflorescence on mine wastes at a mine site in the Iberian Pyrite Belt (Spain) has been mapped in this work using hyperspectral airborne Hymap data. Climate change estimations are made based on oxidation stages derived from well-known sequences of minerals tracing sulphides oxidation intensity, using archive spectral libraries. Therefore, mine-waste weathering products of sulphide mapped from airborne hyperspectral remote sensing data can be used as a short-term record of climate change, providing a useful tool for assessing environmental geoindicators in semi-arid areas.     

基于完全谱形特征的成像光谱遥感岩矿识别技术及其应用

成像光谱以图谱合一、自动生成像元光谱进行直接识别岩矿而极具应用潜力.本文提出并利用基于地物完全谱形特征的成像光谱遥感多波段组合的主成分(PC,Principal Component Analysis)变换方法提取岩类与蚀变分布;相应地利用光谱角识别技术直接提取与矿有关的蚀变矿物;最终进行波段组合、波段运算、反差增强与RGB合成提取出相关岩矿信息进行成矿综合分析.利用岩矿谱形特征进行谱段组合的PC变换的第一分量(PC1)更多地包含岩矿的波谱特征;PC2噪声多,信息模糊,相对信噪比低.利用PC1提取岩矿信息可靠、准确.这是一种面向目标的定量与半定量相结合的岩矿识别技术,在后沟金矿区起到了良好的应用效果.     

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。      

Hyperspectral interpretation of selected drill cores from orogenic gold deposits in central Victoria,Australia

HyLogger hyperspectral data obtained from seven orogenic gold deposits in central Victoria, including Bendigo, Ballarat, Maldon, Fosterville, Costerfield, Castlemaine and Wildwood, are presented. The data demonstrate that fresh diamond drill core displays substantial mineralogical variation that can be attributed to the effects of cryptic hydrothermal alteration that might not otherwise be recognised. The most significant hyperspectral response lies in the white mica compositions, which vary in a systematic manner between high-Al muscovitic zones (Al–OH absorption around 2208 nm) that define a phyllic alteration halo around mineralised structures, and low-Al phengitic–chlorite zones (Al–OH absorption >2014 nm) inferred to represent either more distal alteration or possibly regional metamorphic background. An extensive ferroan dolomite alteration halo overlaps the phyllic and sulfidic alteration zones and extends beyond the sampled core in most instances. This ferroan dolomite halo has previously been defined petrographically, geochemically and using carbonate staining techniques, and is further characterised using thermal infrared hyperspectral data in drill core from the Ballarat goldfield. The mineralogical trends identified by the hyperspectral data are best developed in diamond drill core from the Costerfield, Fosterville and Ballarat goldfields, and are less pronounced at the other deposits. At Bendigo and Castlemaine the reasons for this are not immediately clear, but may be related to the close timing of gold mineralisation relative to peak metamorphism. The Maldon area lies within the contact aureole of the Harcourt Batholith and so has been thermally overprinted leading to the recrystallisation of earlier hydrothermal assemblages. The Wildwood deposit is similar to the Magdala deposit at Stawell and differs from the other goldfields in its geological setting, host rock lithologies and style of hydrothermal alteration, with the development of Fe-rich chlorite closely associated with gold mineralisation. The results demonstrate how hyperspectral data can be used to define large hydrothermal alteration footprints associated with orogenic gold mineralisation in central Victoria that are of direct benefit to mineral explorers, as well as independently characterising lithological variations in drill core.     

Hyperion高光谱遥感在青海东昆仑东大滩地区找矿中的应用

利用ENVI软件,对青海东昆仑东大滩地区Hyperion高光谱数据进行处理后,运用光谱角填图法、波谱特征拟合法及匹配滤波法,对高光谱数据进行了矿物蚀变信息的提取,获得了东大滩地区矿物蚀变图像。在磨石沟二长花岗岩、花岗闪长岩岩体外围的南东侧,存在着硅酸盐、碳酸盐、三价铁等矿物蚀变。野外对蚀变异常地段进行验证,野外观察的矿物蚀变异常与遥感图像显示的蚀变异常区域基本吻合;结合区域地质背景与成矿条件,进行了区内成矿预测与优选靶区圈定,并发现了东大滩铜矿化点,说明高光谱遥感能为找矿提供准确且可靠的信息。