讓衛星看懂地球——遙感信息提取及地質解譯

遙感技術在地學中的應用

面向21 世紀的地質工作正在走出僅僅面向基礎地質和礦產調查的單一模式，充分利用現代空間高新科學技術，發揮空間信息技術（SIT）、遙感（RS）技術、全球定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS），在野外數據採集、信息處理、圖像解譯、計算機製圖和數據管理中的優勢，更好、更快、更全面地向社會提供基礎決策信息。遙感地質作為實現地質工作現代化的一種先進的方法技術，在區域地質調查、礦產勘查及預測、生態地質和環境地質調查中發揮著日益重要的作用。

遙感技術為人類觀測地球表層系統的岩石圈、大氣圈、水圈、生物圈各圈層之間的動態變化、相互作用、相互關係提供了全面系統、快速準確的信息獲取手段。RS、GIS、GPS為地學提供了全新的研究手段，促進了地學的研究範圍、內容和方法的重大進展，標誌著地學信息獲取和分析處理方法的一場革命，促進了地球科學與空間信息科學的交叉和滲透，進而開始形成一個大邊緣學科—地學信息科學。王之卓院士和李德仁院士提出的圖像信息理論、陳述彭院士強調的地理信息科學對地球信息交叉學科的發展都具有重要指導意義。

遙感地質學的發展趨勢

遙感地質解譯是區域地質調查填圖工作的一個重要組成部分。遙感地質解譯和路線地質調查是不可分割的一個整體工作系統。在填圖方法體系中，二者構成了一個相互依存和相互補充的互動式作業系統，且缺一不可。遙感圖像的地質信息可以成為區調的生產力，從影像上獲取的區域地質信息經過野外驗證和調查就可轉換為符合規範要求的基礎地質數據。因此，將遙感地質解譯與路線地質調查緊密結合在一起，是運用遙感技術進行區調填圖的基本技術對策。其技術特點和發展趨勢是：區調專業人員必須具備雙重知識結構，除了具備基礎地質調查研究能力外，還必須掌握遙感技術的基礎理論、方法和技術。真正實現從地質解譯到野外地質填圖的一體化；運用微機圖像圖形處理軟體、實現遙感數據的圖像處理—地質信息提取—地質解譯—地質製圖和區域分析的全程計算機化。遙感解譯到機助地質製圖的工作流程一體化，是區調工作走向信息化管理中的關鍵技術；在區調填圖中，實行路線前的地質解譯—路線中的影像地質調繪—路線小結中的遙感地質再解譯一體化。這一技術措施可以提高地質人員對圖像地質信息的理解能力，並可有效地提高路線地質調查的工作效率和填圖質量。

計算機科學和空間信息科學的發展給地球科學的研究方法注入了新的活力，RS、GPS、GIS 技術作為現代空間信息技術已全面應用於區域地質調查工作。其發展趨勢和特點是：從數字線划圖（DLG）到數字高程模型（DEM），近年來的數字地質圖是基於數字線劃地形圖而編製的，其地形底圖在空間上還是二維的，未包含高程信息。目前，應運用DEM 自動生成系統實現地形底圖的DEM 化，使地質製圖從二維發展到准三維，提高地質圖的三維顯示能力和空間表達能力，擴大基礎地質圖件的社會服務領域；從數字正射影像數據（DOQ）到數字柵格圖形（DRG）和影像地質圖，影像地質圖可提高地質圖件的空間表現能力，使地質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。用最新遙感數據不斷更新地理信息系統的基礎數據層，使地學專題圖面上的地形現勢、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 空間坐標數據取代人工觀測點位數據，提高地質觀測點源數據的精度，實現野外數據採集計算機化。

地學區域遙感調查將以地球表層生態地質學解譯填圖為起點，在區域環境地質、水文地質、災害地質、農業地質、自然地理和經濟地理遙感調查研究的基礎上，充實地球表層系統的研究內容，為區域經濟可持續發展提供基礎決策依據。

區域地質基礎資料庫與科學資料庫將作為國家空間數據基礎設施的重要組成部分通過開放的GIS 進入信息高速公路。區域地質調查資料將從傳統的記錄方式轉化為電子文本和超文本數字方式，在區調信息系統的管理下，建立各種不同尺度的空間資料庫和各專業領域的決策支持系統。這就要求對區調數據進行信息深加工，實現數據採集、處理、更新、存儲全程標準化，向社會各行業提供空間查詢、空間分析和規劃決策依據。21 世紀的地質工作面臨著信息技術革命浪潮的嚴峻挑戰，同時在我們面前又呈現出一個廣闊的發展機遇和應用前景。

多元地學信息綜合處理是20 世紀80 年代初國內外迅速發展起來的一項以數字圖像處理技術為基礎，綜合計算機、數字信號處理、多元統計分析、遙感、數學等知識的地學信息處理新技術。多元地學信息綜合處理能把大量圖件、圖像、數據與人腦的認識思維活動建立起聯繫，取長補短，互為補充，提高信息綜合分析的效果。多元地學信息綜合處理的關鍵是多元信息的配准，即不僅要求不同來源的信息空間位置上一致，而且要求投影性質也一致，這樣才能保證綜合處理的信息異常不發生偏差，或者不產生虛假異常。

多元地學信息範圍很廣，包括地質、地理、地球物理、地球化學、遙感、地理信息系統等各種地面、空中調查和探測的數據。

20 世紀90 年代以來，高光譜遙感技術的興起與發展，使遙感地質學逐漸步入了定量化的發展階段。遙感地質應用不再局限於基於圖像色調與紋理特徵的圖像增強和目視解譯，而越來越注重對地物波譜特徵的量化分析與參數反演、應用模型的建立等。

高光譜技術的發展已促使地學研究的範圍、尺度、內容和研究方法發生革命性的變化，其與GIS、GPS 技術的結合，為地學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一的系統加以分析，在不同級次上揭示地球各個圈層的相互聯繫和相互作用。

機載高光譜技術已經將高光譜解析度與高空間解析度的特點合二為一，促使遙感信息更加精細化、遙感應用更加綜合化和模型化。同時高光譜感測器不斷推陳出新，使遙感技術具備了網格化、系統化與工程化的特點。高光譜礦物識別技術的智能化與流程化使礦物識別技術手段與方法日趨實用化，在資源環境領域日益受到重視，經濟效益日趨顯著。

高光譜技術

高光譜技術是對地觀測的高新技術之一，在地學領域具有廣泛的應用前景。該技術已開始應用到地質與礦產資源調查、環境污染與生態檢測和防治、土地資源和水資源利用與管理等領域。高光譜技術的發展已促使地學研究的範圍、尺度、內容和研究方法發生革命性的變化，其與地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）技術的結合，為地學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一的系統加以分析，在不同級次上揭示地球各個圈層的相互聯繫和相互作用。

隨著高光譜應用技術的不斷深入，以及對地物精微特徵探測的需求，感測器更加趨向於朝高光譜解析度、更高空間解析度及更大幅寬方向發展。利用高光譜儀所獲取的海量數據，可以提供更為精細的地表信息，實現採用宏觀手段對地表微觀特徵進行識別與研究，使人們可以在不同領域分別得到相關的、豐富的地物內在信息，促使地學研究將空間尺度的信息與地學機理有機結合，實現遙感地學應用的綜合與模型化。高光譜感測器不斷推陳出新，使遙感技術具備了網格化、系統化與工程化的特點。

高光譜數據處理模塊與軟體不斷業務化和商業化，在數據獲取、輻射定標、光譜重建、數據處理、地物識別等方面取得了很大的進步，發展了多種輻射校正、光譜重建、波形分析、光譜識別、定量反演等方法；在地質製圖、固體礦產和油氣調查、大氣探測、植物長勢監測和農業估產、環境監測、海水有機物探測等方面都取得了明顯成效。

在礦產與能源調查領域，高光譜技術日益受到國外各大礦業公司的重視。其作用主要體現在以下兩個方面：第一，隨著礦產調查難度的增大，高光譜技術正逐步進入勘查前期的主流程，用於縮小找礦靶區，提高勘查效率和減低勘查風險。第二，普遍關注由採礦活動引起的環境污染問題，充分利用高光譜技術直接對礦山開發環境進行評估和監測。

隨著高光譜預處理技術與信息提取技術的進一步發展，將來的高光譜技術可以將演算法與應用模型等嵌入感測器中，直接向不同應用層次的用戶提供所需要的產品，及時快速滿足用戶的應用需求，為用戶省去許多不必要的中間環節。高光譜遙感未來的應用模式，直接為用戶提供豐富多彩的信息產品，滿足不同層次用戶的需求。