遙感技術(shù)在地學(xué)中的應(yīng)用

　　面向21 世紀(jì)的地質(zhì)工作正在走出僅僅面向基礎(chǔ)地質(zhì)和礦產(chǎn)調(diào)查的單一模式，充分利用現(xiàn)代空間高新科學(xué)技術(shù)，發(fā)揮空間信息技術(shù)(SIT)、遙感(RS)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)，在野外數(shù)據(jù)采集、信息處理、圖像解譯、計算機制圖和數(shù)據(jù)管理中的優(yōu)勢，更好、更快、更全面地向社會提供基礎(chǔ)決策信息。遙感地質(zhì)作為實現(xiàn)我國地質(zhì)工作現(xiàn)代化的一種先進的方法技術(shù)，在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘查及預(yù)測、生態(tài)地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中發(fā)揮著日益重要的作用。

　　遙感技術(shù)為人類觀測地球表層系統(tǒng)的巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈各圈層之間的動態(tài)變化、相互作用、相互關(guān)系提供了全面系統(tǒng)、快速準(zhǔn)確的信息獲取手段。RS、GIS、GPS為地學(xué)提供了全新的研究手段，促進了地學(xué)的研究范圍、內(nèi)容和方法的重大進展，標(biāo)志著地學(xué)信息獲取和分析處理方法的一場革命，促進了地球科學(xué)與空間信息科學(xué)的交叉和滲透，進而開始形成一個大邊緣學(xué)科—地學(xué)信息科學(xué)。王之卓院士和李德仁院士提出的圖像信息理論、陳述彭院士強調(diào)的地理信息科學(xué)對地球信息交叉學(xué)科的發(fā)展都具有重要指導(dǎo)意義。
[page]

　　遙感地質(zhì)學(xué)的發(fā)展趨勢

　　遙感地質(zhì)解譯是區(qū)域地質(zhì)調(diào)查填圖工作的一個重要組成部分。遙感地質(zhì)解譯和路線地質(zhì)調(diào)查是不可分割的一個整體工作系統(tǒng)。在填圖方法體系中，二者構(gòu)成了一個相互依存和相互補充的交互式作業(yè)系統(tǒng)，且缺一不可。遙感圖像的地質(zhì)信息可以成為區(qū)調(diào)的生產(chǎn)力，從影像上獲取的區(qū)域地質(zhì)信息經(jīng)過野外驗證和調(diào)查就可轉(zhuǎn)換為符合規(guī)范要求的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)。因此，將遙感地質(zhì)解譯與路線地質(zhì)調(diào)查緊密結(jié)合在一起，是運用遙感技術(shù)進行區(qū)調(diào)填圖的基本技術(shù)對策。其技術(shù)特點和發(fā)展趨勢是：區(qū)調(diào)專業(yè)人員必須具備雙重知識結(jié)構(gòu)，除了具備基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查研究能力外，還必須掌握遙感技術(shù)的基礎(chǔ)理論、方法和技術(shù)。真正實現(xiàn)從地質(zhì)解譯到野外地質(zhì)填圖的一體化;運用微機圖像圖形處理軟件、實現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的圖像處理—地質(zhì)信息提取—地質(zhì)解譯—地質(zhì)制圖和區(qū)域分析的全程計算機化。遙感解譯到機助地質(zhì)制圖的工作流程一體化，是區(qū)調(diào)工作走向信息化管理中的關(guān)鍵技術(shù);在區(qū)調(diào)填圖中，實行路線前的地質(zhì)解譯—路線中的影像地質(zhì)調(diào)繪—路線小結(jié)中的遙感地質(zhì)再解譯一體化。這一技術(shù)措施可以提高地質(zhì)人員對圖像地質(zhì)信息的理解能力，并可有效地提高路線地質(zhì)調(diào)查的工作效率和填圖質(zhì)量。

　　計算機科學(xué)和空間信息科學(xué)的發(fā)展給地球科學(xué)的研究方法注入了新的活力，RS、GPS、GIS 技術(shù)作為現(xiàn)代空間信息技術(shù)已全面應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作。其發(fā)展趨勢和特點是：從數(shù)字線劃圖(DLG)到數(shù)字高程模型(DEM)，近年來的數(shù)字地質(zhì)圖是基于數(shù)字線劃地形圖而編制的，其地形底圖在空間上還是二維的，未包含高程信息。目前，應(yīng)運用DEM 自動生成系統(tǒng)實現(xiàn)地形底圖的DEM 化，使地質(zhì)制圖從二維發(fā)展到準(zhǔn)三維，提高地質(zhì)圖的三維顯示能力和空間表達能力，擴大基礎(chǔ)地質(zhì)圖件的社會服務(wù)領(lǐng)域;從數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)(DOQ)到數(shù)字柵格圖形(DRG)和影像地質(zhì)圖，影像地質(zhì)圖可提高地質(zhì)圖件的空間表現(xiàn)能力，使地質(zhì)圖的顯示更為真實直觀，地表景觀信息更為豐富，圖像及圖形色彩更為醒目，可視化程度更高，實用性更強。用最新遙感數(shù)據(jù)不斷更新地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，使地學(xué)專題圖面上的地形現(xiàn)勢、地理要素、水系要素、交通要素、境界要素等更為直觀和真實;另外，用GPS 空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)取代人工觀測點位數(shù)據(jù)，提高地質(zhì)觀測點源數(shù)據(jù)的精度，實現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集計算機化。

　　地學(xué)區(qū)域遙感調(diào)查將以地球表層生態(tài)地質(zhì)學(xué)解譯填圖為起點，在區(qū)域環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)、自然地理和經(jīng)濟地理遙感調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，充實地球表層系統(tǒng)的研究內(nèi)容，為區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)決策依據(jù)。

　　區(qū)域地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫與科學(xué)數(shù)據(jù)庫將作為國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分通過開放的GIS 進入信息高速公路。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料將從傳統(tǒng)的記錄方式轉(zhuǎn)化為電子文本和超文本數(shù)字方式，在區(qū)調(diào)信息系統(tǒng)的管理下，建立各種不同尺度的空間數(shù)據(jù)庫和各專業(yè)領(lǐng)域的決策支持系統(tǒng)。這就要求對區(qū)調(diào)數(shù)據(jù)進行信息深加工，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、更新、存儲全程標(biāo)準(zhǔn)化，向社會各行業(yè)提供空間查詢、空間分析和規(guī)劃決策依據(jù)。21 世紀(jì)的中國地質(zhì)工作面臨著信息技術(shù)革命浪潮的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，同時在我們面前又呈現(xiàn)出一個廣闊的發(fā)展機遇和應(yīng)用前景。

　　多元地學(xué)信息綜合處理是20 世紀(jì)80 年代初國內(nèi)外迅速發(fā)展起來的一項以數(shù)字圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合計算機、數(shù)字信號處理、多元統(tǒng)計分析、遙感、數(shù)學(xué)等知識的地學(xué)信息處理新技術(shù)。多元地學(xué)信息綜合處理能把大量圖件、圖像、數(shù)據(jù)與人腦的認(rèn)識思維活動建立起聯(lián)系，取長補短，互為補充，提高信息綜合分析的效果。多元地學(xué)信息綜合處理的關(guān)鍵是多元信息的配準(zhǔn)，即不僅要求不同來源的信息空間位置上一致，而且要求投影性質(zhì)也一致，這樣才能保證綜合處理的信息異常不發(fā)生偏差，或者不產(chǎn)生虛假異常。

　　多元地學(xué)信息范圍很廣，包括地質(zhì)、地理、地球物理、地球化學(xué)、遙感、地理信息系統(tǒng)等各種地面、空中調(diào)查和探測的數(shù)據(jù)。

　　20 世紀(jì)90 年代以來，高光譜遙感技術(shù)的興起與發(fā)展，使遙感地質(zhì)學(xué)逐漸步入了定量化的發(fā)展階段。遙感地質(zhì)應(yīng)用不再局限于基于圖像色調(diào)與紋理特征的圖像增強和目視解譯，而越來越注重對地物波譜特征的量化分析與參數(shù)反演、應(yīng)用模型的建立等。

　　高光譜技術(shù)的發(fā)展已促使地學(xué)研究的范圍、尺度、內(nèi)容和研究方法發(fā)生革命性的變化，其與GIS、GPS 技術(shù)的結(jié)合，為地學(xué)研究源源不斷地提供高精度定位、高頻度、多頻譜不同級次的宏觀影像，極大地拓寬了人類的視野和視覺能力，使人類真正能夠從總體上把地球作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)加以分析，在不同級次上揭示地球各個圈層的相互聯(lián)系和相互作用。

　　機載高光譜技術(shù)已經(jīng)將高光譜分辨率與高空間分辨率的特點合二為一，促使遙感信息更加精細化、遙感應(yīng)用更加綜合化和模型化。同時高光譜傳感器不斷推陳出新，使遙感技術(shù)具備了網(wǎng)格化、系統(tǒng)化與工程化的特點。高光譜礦物識別技術(shù)的智能化與流程化使礦物識別技術(shù)手段與方法日趨實用化，在資源環(huán)境領(lǐng)域日益受到重視，經(jīng)濟效益日趨顯著。
[page]

　　高光譜技術(shù)

　　高光譜技術(shù)是對地觀測的高新技術(shù)之一，在地學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該技術(shù)已開始應(yīng)用到地質(zhì)與礦產(chǎn)資源調(diào)查、環(huán)境污染與生態(tài)檢測和防治、土地資源和水資源利用與管理等領(lǐng)域。高光譜技術(shù)的發(fā)展已促使地學(xué)研究的范圍、尺度、內(nèi)容和研究方法發(fā)生革命性的變化，其與地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的結(jié)合，為地學(xué)研究源源不斷地提供高精度定位、高頻度、多頻譜不同級次的宏觀影像，極大地拓寬了人類的視野和視覺能力，使人類真正能夠從總體上把地球作為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)加以分析，在不同級次上揭示地球各個圈層的相互聯(lián)系和相互作用。

　　隨著高光譜應(yīng)用技術(shù)的不斷深入，以及對地物精微特征探測的需求，傳感器更加趨向于朝高光譜分辨率、更高空間分辨率及更大幅寬方向發(fā)展。利用高光譜儀所獲取的海量數(shù)據(jù)，可以提供更為精細的地表信息，實現(xiàn)采用宏觀手段對地表微觀特征進行識別與研究，使人們可以在不同領(lǐng)域分別得到相關(guān)的、豐富的地物內(nèi)在信息，促使地學(xué)研究將空間尺度的信息與地學(xué)機理有機結(jié)合，實現(xiàn)遙感地學(xué)應(yīng)用的綜合與模型化。高光譜傳感器不斷推陳出新，使遙感技術(shù)具備了網(wǎng)格化、系統(tǒng)化與工程化的特點。

　　高光譜數(shù)據(jù)處理模塊與軟件不斷業(yè)務(wù)化和商業(yè)化，在數(shù)據(jù)獲取、輻射定標(biāo)、光譜重建、數(shù)據(jù)處理、地物識別等方面取得了很大的進步，發(fā)展了多種輻射校正、光譜重建、波形分析、光譜識別、定量反演等方法;在地質(zhì)制圖、固體礦產(chǎn)和油氣調(diào)查、大氣探測、植物長勢監(jiān)測和農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、海水有機物探測等方面都取得了明顯成效。

　　在礦產(chǎn)與能源調(diào)查領(lǐng)域，高光譜技術(shù)日益受到國外各大礦業(yè)公司的重視。其作用主要體現(xiàn)在以下兩個方面：第一，隨著礦產(chǎn)調(diào)查難度的增大，高光譜技術(shù)正逐步進入勘查前期的主流程，用于縮小找礦靶區(qū)，提高勘查效率和減低勘查風(fēng)險。第二，普遍關(guān)注由采礦活動引起的環(huán)境污染問題，充分利用高光譜技術(shù)直接對礦山開發(fā)環(huán)境進行評估和監(jiān)測。

　　隨著高光譜預(yù)處理技術(shù)與信息提取技術(shù)的進一步發(fā)展，將來的高光譜技術(shù)可以將算法與應(yīng)用模型等嵌入傳感器中，直接向不同應(yīng)用層次的用戶提供所需要的產(chǎn)品，及時快速滿足用戶的應(yīng)用需求，為用戶省去許多不必要的中間環(huán)節(jié)。高光譜遙感未來的應(yīng)用模式，直接為用戶提供豐富多彩的信息產(chǎn)品，滿足不同層次用戶的需求。