㈠ 遙感地質學的性質、研究對象、內容及方法
對遙感一詞涵義有廣義和狹義兩種理解。地學遙感常用的是狹義的遙感,它是指從遠距離、高空以至外層空間的平台上,利用可見光、紅外、微波等探測儀器,通過攝影或掃描方式,對電磁波輻射能量的感應、傳輸和處理,從而識別地面物體的性質和運動狀態的現代化技術系統。遙感按電磁輻射源的性質不同分為主動遙感和被動遙感兩種基本方式,前者如雷達,使用人工電磁輻射源;後者如攝影,使用太陽等自然輻射源。
遙感地質學作為遙感技術與地球科學結合的一門新學科,其理論是建立在物理學的電磁輻射與地質體相互作用的機理基礎之上的;而技術方法則是建立在「多」技術基礎之上的。正是通過多波(光)譜、多平台、多時相、多向成像、多向極化、多級增強處理等技術手段來收集與分析遙感數據資料,才能獲得比60年代以前單靠航空攝影所取得更多的波譜的、空間的、時間的地學信息。
遙感地質學作為一門邊緣學科,其研究對象是地球表面和表層地質體(如岩石、斷裂)、地質現象(如火山噴發)的電磁輻射的各種特性。研究的目的是為了有效識別地質體的物性與運動狀態,在此基礎上,為地質構造研究、礦產資源勘查、區域地質調查、環境和災害地質監測等工作服務。
遙感地質學的研究內容主要有:①各類地質體的電磁輻射(反射、吸收、發射等)特性及其測試、分析與應用;②遙感數據資料的地學信息提取原理與方法;遙感圖像的地質解譯與編圖;④遙感技術在地質各個領域的具體應用和實效評估。
遙感地質學使用的方法,涉及地物波譜測試方法、數理統計相關分析的方法、模擬試驗的方法、模式識別與視覺效應的方法,以及地學(地質、地理、地貌、地圖學)的有關研究分析方法等。
㈡ 遙感數據基本統計特徵分析
多種遙感數據處理及專題信息提取都是以多元統計分析為基礎展開的，其基本原理是將遙感數字圖像中像元 DN 值視為具有統計分布特徵的隨機變數，並從統計分析的角度進行各種圖像預處理、變換、增強及圖像分類處理。所以，遙感數據的基本統計特徵分析在數字圖像處理中佔有重要的地位，對遙感地質專題信息提取至關重要。
遙感數據的基本統計特徵包括單波段遙感數據的均值、眾數、標准差等基本統計量，以及多波段遙感數據的協方差、相關系數，此外也包括圖形方式的直方圖、散點圖等統計特徵。
1. 單波段數據基本統計量
單波段數據基本統計量主要包括: 均值、中值、眾數、數值域、標准差 ( 圖 4-2) 。均值、中值、眾數這三個統計量物理意義相近，代表了圖像中地物的平均輻射 ( 反射、發射、散射) 強度或代表圖像中分布最廣的地物的輻射特性。標准差在數學意義上反映了圖像中像元 DN 值的總體離散程度，其物理意義是反映了圖像中各類地物之間的輻射特性差異。數值域、反差與標准差的物理意義相近，反映了圖像中地物輻射特性間的最大差異 ( 圖像對比度) 。
圖 4-2 單波段數據基本統計量
均值和標准差是遙感數字圖像統計分析中最重要的統計量。單波段圖像的均值和標准差以及多波段圖像的均值向量和標准差向量在較大程度上反映了圖像像元輻射能量值的統計分布特徵及可解信息量的多少，並直接影響遙感圖像的顯示效果和目視可解性。
2. 多波段數據基本統計量
多波段圖像數據可被視為多維 ( 波譜維) 空間中的多維隨機變數，每個像元樣本在不同波段的亮度值組成一個向量。不同波譜變數 ( 波段) 之間的相關關系可用協方差( 協方差矩陣) 、相關系數 ( 相關系數矩陣) 等特徵參數進行度量。其中，相關系數的數值大小能夠直接反映兩個變數之間的相關程度。
( 1) 協方差及協方差矩陣: 兩個波段 ( 變數) X1和 X2之間的協方差數學表達式為
遙感地質學
式中: S212，S221表示兩個波段 ( 變數) X1和 X2之間的協方差; N 為圖像像元數目; ， 分別為波段 X1和 X2的均值。
當遙感數據共有 n 個波段時，兩兩波段之間的協方差即構成了 n 階的協方差矩陣。
( 2) 相關系數及相關系數矩陣: 兩個波段 ( 變數) X1和 X2之間的相關系數數學表達式為
遙感地質學
式中: r12，r21表示兩個波段 ( 變數) X1和 X2之間相關系數; S212，S221表示兩個波段 ( 變數) X1和 X2之間的協方差; S1，S2分別為波段 X1和 X2的標准差。
當遙感數據共有 n 個波段時，兩兩波段之間的相關系數即構成了 n 階的相關系數矩陣( 圖 4-3) 。
圖 4-3 遙感數據協方差矩陣、相關系數矩陣、特徵向量矩陣
3. 直方圖、散點圖
( 1) 直方圖: 是以圖形的形式表達單波段圖像數據統計特徵的參數，通過直方圖，可直觀定性分析圖像數據的眾數、標准差等統計特徵參數，並能夠進行初步的信息提取工作。例如，通過對直方圖中各 「峰」、「谷」的位置及其之間的關系進行分析可進行波段圖像中地物的大致分類，通常情況下，某些地質異常信息相對應的 DN 值多位於直方圖的「長尾」處。
( 2) 散點圖: 是以圖形的方式表達多個波段數據之間相關關系的參數，散點圖表示了兩個波段之間的相關程度，散點圖越趨近於一條直線分布則表示兩個波段之間的相關系數越大，反之散點越分散分布則說明兩個波段之間的相關系數越小 ( 圖 4-4) 。
圖 4-4 散點圖
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㈣ 遙感地學分析方法簡介
遙感器能獲取到的只是成像瞬間,成像地區地表的自然與社會環境的二維(平面)的綜合信息。這些信息中,只有一部分對地質解譯有用。對地質解譯有用、無用的信息相互聯系又相互干擾。如上文所述地表坡殘積物和植被與當地母岩有聯系,可以據此來分析母岩性質;同時坡殘積物和植被又掩蓋基岩,干擾了對岩性信息的識別。因而所有解譯(不僅僅指地質解譯)都存在不確定性與多解性。為提高地質解譯的質量,解譯人員的地學知識與工作經驗,正確遵從一些解譯原則,合理地運用遙感地學分析的方法就是非常重要的了。
地質解譯的原則:①從已知到未知,②先易後難,先從標志最清楚地段到較模糊地段,③先整體後局部,④先目視預解譯到其他方法,④先從構造解譯入手,⑤圖像解譯與野外調查相結合。
《遙感地學分析》(陳述彭,1990)一書,概括了遙感地學分析的主要方法。
(一)遙感資料的相關分析法
在一定區域內各種景觀要素間是相互依存,相互制約的。往往是一事物的存在反映其它事物的存在;一種現象可指示另一種現象的存在。地質解譯時,可以根據地質規律的認識,用相關分析法進行解譯。如第九章引用美國內華達州金場地區尋找多金屬礦的例子。就是通過地質研究,確定該區礦化主要與內生作用的熱液蝕變有關,而熱液蝕變岩石又與未蝕變的岩石地物反射波譜不同,利用比值法等圖像增強處理,來識別區域蝕變,從而用它來作為找多金屬礦的重要標志。
(二)交叉分析法
遙感地學研究為了取長補短,常常需要多種技術方法交叉使用。如光學圖像處理,目視解譯,計算機數字圖像增強等交叉進行。在建立區域典型的岩性-地層解譯標志時,也需要預解譯,野外驗證,再解譯,反復補充修改,使建立的解譯標志更有代表性,用它來指導解譯。在利用數字圖像增強處理時,也是經過預處理,野外地物波譜測試分析,驗證,再修改增強處理方案,從中選定最有效的處理方法。
(三)環境本底法
所謂本底,就是某種地學信息的區域正常特徵或正常背景值。如區域地球化學中某種元素的背景值。如某種岩性(如花崗岩)的平均反射波譜值等等。這些通過歸納總結,實測,統計分析得來的正常特徵和正常背景值就是正常值。只有在這個基礎上,才能區分出異常來。有了地貌異常,色彩異常,波譜異常和某些成礦元素的異常,才能指導各種地質分析和研究。所以環境本底的建立非常重要,也要非常慎重。
(四)信息復合法
信息復合是指同一區域內遙感信息之間,或遙感與非遙感(如地質)信息之間的復合。復合時通過資料的空間配准與內容復合,產生一組新的空間信息或一組新的合成圖像。目的是為了突出有用的地質信息,減免和抑制無用信息,改善圖像質量,提高解譯和研究的能力。詳見第十一章。
(五)歷史對比法
歷史對比是利用遙感圖像資料的時間信息,把不同時間的同一地區或同名地物,進行多時間的對比,作動態分析。如對黃河、長江口三角洲的發育特點的分析,對陝北黃土高原水土侵蝕的分析,對某城市的發展動態分析,對洪水災害(如1992年對太湖地區洪水的SAR圖像對比分析)等。從歷史對比中歸納總結出其發展動態與規律,指導劃規與治理工作。
(六)系列制圖法
用它來表示研究地區的地學分析各種成果。這也是地質工作中非常常用的方法。如區域地質調查,區域成礦研究,地史古地理分析都常用的方法。系列制圖有三個基本條件:①必須以同一遙感信息源為制圖的基礎,②有統一的制圖規范與分類原則,③按一定邏輯順序依次派生出各種專題圖件來。如構造解譯時,用增強處理的遙感圖像,編制出同一地區的線性構造、環狀構造等解譯圖件來。然後再派生出不同走向方法的線性構造圖及線性構造等密度圖,線性構造交(叉)點等密度圖來。第十二章介紹的山西太原幅農業自然條件與自然資源系列圖就是一個例子。
(七)地理信息系統
它是管理空間數據的計算機系統,是最近十年來遙感工作發展很快的一種技術方法。地理信息系統為地學遙感提供輔助信息,有助地質遙感數據分類和應用,提高地質分析的質量與速度。在第十三章作專門介紹。
(八)其它地質學分析方法
地質解譯時還會用到地質學的一些基本分析方法。如根據交切關系來判定斷裂、岩脈、礦脈的新老關系,用構造地質學知識來判明遙感圖像上斷裂的兩盤相對運動等。在此不一一介紹。
㈤ 什麼是遙感地質專業一般的測繪專業是否包括其中
遙感地質又稱地質遙感，是綜合應用現代遙感技術來研究地質規律，進行地質調查和資源勘察的一種方法。它從宏觀的角度，著眼於由空中取得的地質信息，即以各種地質體對電磁輻射的反應作為基本依據，結合其他各種地質資料及遙感資料的綜合應用，以分析、判斷一定地區內的地質構造情況。
測繪包括3S技術 GPS GIS RS 遙感就是RS
㈥ 遙感地質學在資源勘查中的應用
自然資源可通過多平台、多時相、多波段的數據採集，直接表現成隱含於遙感信息之中。地質遙感就是以地球資源的探測、開發、利用、規劃、管理和保護為主要內容的遙感技術及其應用過程。因此，資源勘查遙感包括獲取資源與環境數據的過程及時這些數據進行綜合研究和系統分析的過程。其主要步驟為：①分析資源的形成條件、賦存環境、分布狀態；②根據有利於資源調查的最佳時間及波段，選擇遙感平台、感測器和遙感影像數據；③按資源分布特點、類型差異、賦存狀態，確定影像分析、判讀的方法；④設計遙感影像處理的技術方案；⑤設計與實施地面實況調查與驗證的方案；⑥資源遙感信息特徵的概括、分析模型的研究與優化。因資源遙感的綜合研究與系統分析應在區域本底研究的支持下進行，故地理信息系統是資源遙感向高層次發展的技術保證。
㈦ 遙感科學和遙感地質學的發展歷史與發展前景
(一)遙感科學發展的幾個階段
遙感科學是從航空攝影測量逐步演變發展起來的,是通過一些高科技軍事偵察技術的解密和轉向民用而成長起來的。遙感科學的發展歷史通常分為:第二次世界大戰前的早期階段,此階段實際上是航空攝影階段;1937-1960年的中期階段,其標志是成像技術從航空攝影發展到電視、掃描、雷達等多種方法,成像取得的資料應用從軍事偵察及民用攝影測量推廣到民用各個行業;第三階段即60年代以後,可以用下列幾點表明遙感技術已擺脫單一航空攝影成像,發展成為遙感科學。其標志是:①民用航天技術出現,尤其是美國地球資源技術衛星(ERTS)的發射成功,標志著民用航天遙感階段的開始,使遙感的定時、定位觀測與對比解譯,在技術上成為可能,經濟上變得合算,並使人類對地球的觀測從高空擴展到外層空間;②新型遙感器技術的應用使電磁波譜從可見光攝影擴展到紅外、微波波段,延伸了人的感官,擴大了信息源;③大型電子計算機的開發和使用,為遙感圖像處理技術奠定了基礎,使從遙感獲得的大量數據資料得以及時處理並提供給用戶,使得民用遙感技術走向實用化和商業化。
(二)遙感地質的發展前景
遙感地質學作為遙感的一個組成部分,將隨遙感技術的發展而不斷前進。其發展前景主要表現在以下四個方面:
1.新的遙感波段開發與遙感器的研製。前者如毫米波段、激光雷達和紫外波段的開發利用。後者主要對可見光,尤其紅外波段的高分辨力、窄波段的遙感器的研製。當然還有作為遙感器的運載工具的各種平台的研究(如太空梭和地質專用衛星等),以及遙感數據資料的實時傳輸等。
2.快速、省廉、有效的地學信息處理、提取、分析方法,如地理信息系統、專家系統以及新的圖像增強處理方案的開發等。
3.遙感技術在地質學已開展的領域的深化和新領域的開拓。現有應用領域的深化首先是在礦產資源勘查中的遙感技術應用方面,向模式化、自動化和定量化方向發展;其次是在區域構造分析,遙感地質編制圖件上的應用。在遙感技術地學應用新領域的開拓方面,深部構造的遙感分析,包括災害地質、城市地質等在內的(廣義的)環境地質遙感是主要內容。
4.遙感地學機理的研究。例如遙感地學信息的傳輸問題,以及一些巨大環狀構造的形成機理就是一個有待深入的問題。
遙感地質學作為一門新的地學分支,盡管它在理論上、技術上、應用上還不是十分成熟,人們對它的認識和評價還有不同,甚至它的有關名詞、術語的概念、譯名都有待統一,但它的技術長處和它在地質學中所起的作用,是其它地學學科所無法取代的。在即將來臨的21世紀,遙感技術與遙感地質,一定會在我國地學工作中發揮更大作用,顯示技術優勢,作出更多的貢獻。
㈧ 遙感的基本概念
遙感是指應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特徵、性質及其變化的綜合性探測技術。遙感過程實施的技術保證依賴於遙感技術系統。現代遙感技術系統一般由四個部分組成:遙感平台、感測器、遙感數據接收與處理系統、遙感資料分析解譯系統。
1.遙感平台
遙感技術中搭載感測器並能使其正常工作的工具稱為遙感平台，如飛機、衛星和太空梭等。
2.感測器
感測器是收集、記錄和傳輸目標信息的裝置。目前應用的感測器主要有:攝影機、攝像儀、掃描儀、光譜輻射計等。
3.遙感數據接收與處理系統
地面站接收到遙感衛星發送來的數字信息，記錄在高密度的磁介質上(如高密度磁帶HDDT或光碟等)，並進行一系列的處理，如信息恢復、輻射校正、衛星姿態校正、投影變換等，再轉換為用戶可使用的通用數據格式，或轉換成模擬信號(記錄在膠片上)，才能被用戶使用。
4.遙感資料分析解譯系統
遙感資料分析解譯系統主要是對用戶得到的遙感資料，根據各自的應用目的，進行分析、研究、判讀解釋，從中提取有用信息，並將其翻譯成有用的文字資料或圖件。
遙感地質學是遙感技術與地球科學相結合的一門學科，其研究對象是地球表面和表層地質體、地質現象的各種電磁輻射特性。遙感地質學研究的目的是為了有效識別地質體的物性與運動狀態，在此基礎上，為地質構造研究、礦產資源勘查、區域地質調查、環境和地質監測等工作服務。
遙感地質學的研究內容主要有:①各類地質體的電磁輻射(反射、吸收、發射等)特性及其測試、分析與應用;②遙感數據資料的地學信息提取原理與方法;③遙感圖像的地質解譯與編圖;④遙感技術在地質各個領域中的具體應用和實效評估。
㈨ 岩層產狀的測定方法
遙感圖像上岩層及其它構造面產狀測定,就是從影像特徵來定性或半定量確定其走向、傾向和傾角。
(一)岩層三角面的圖像特徵
1.岩層三角面
岩層三角面是指在遙感圖像上同一傾斜岩層地表露頭線上的最高點(山脊點)和與之相鄰的兩個最低點(河谷點)相結而成的一個假想三角形平面。岩層三角面是岩層風化剝蝕出露的實體上三點連結成的面,所以這個三角面的產狀可代表岩層的產狀,它是在遙感圖像上判斷岩層產狀要素的最佳標志。它的形態受岩性和地形侵蝕形態的影響,遙感圖像上可以是三角形、熨斗形、半圓形、半月形、梯形等形狀,多個岩層三角面常沿岩層傾向形成疊瓦狀影像,沿岩層走向斷續相連形成鋸齒狀、波浪狀或不規則的折線狀(圖版45)。與傾斜岩層的層面一樣,任何傾斜的構造面(包括斷層面、節理面、不整合面等)在地表遭受切割後都會構成「三角面」(或「V」字形影像)。
2.中心投影成像引起岩層三角面的畸變
由於航空像片屬中心投影,因此它出現在像片不同部位時,其形態會產生畸變,如圖8-2所示,地面上一組向西傾斜,傾角都是60°的單斜岩層,在圖像上形成一系列形態與大小不同的三角面。在像主點右側的三角面顯示岩層的西傾,但隨著與像主點距離的增大三角面尖端愈來愈尖銳,造成岩層變緩的假象(圖8-2中1—5);而在像主點左側(圖8-2中6—8)三角面亦指示岩層向西傾斜,但隨著它與像主點距離的增大,三角面的尖端愈來愈鈍,造成岩層越來越陡的假象;當攝影投射角與岩層傾角相等時(圖8-2中9),岩層三角面在像片上的投影變為一條直線,造成岩層直立的假象;而在攝影投射角小於岩層傾角的部位(圖8-2中10,11),岩層三角面尖端指向改變,圖像上指示岩層向東傾,造成岩層倒轉的假象。因此,在利用岩層三角面確定岩層產狀時,應盡量選擇在像主點附近的三角面來作產狀解譯,而不能選擇像片邊緣處的三角面。
圖8-2 航空像片上岩層視傾角和岩層三角面形態的變化規律
(二)岩層走向和傾向的確定
在分析構造時,必須在充分考慮岩層分布,露頭形態以及它們與地形和影像的相互關系的基礎上,來估測岩層的走向和傾向。在地勢平坦地區,傾斜岩層出露地表的地質界線就是岩層走向線,直線狀地層條帶的延伸方向就是地層走向。在地形起伏較大的地區,傾斜岩層的露頭線變成折線狀的條帶影像。這時可沿著河谷的相對兩岸、窄分水嶺的兩邊或者兩個平行的溝穀穀坡上的岩層露頭,選擇同一岩層層面上高程相等的兩個點,其連線即為岩層的走向線,向岩層傾斜方向作走向線的垂線,即得到岩層傾向線;然向利用地形圖或通過圖像經緯線確定像片上的真北方向,測量出走向線和傾向線的方位角。
當溝谷與岩層走向近於垂直時,根據構造地質學中的「V」字形法則來判斷岩層傾向應當慎重。
(三)岩層傾角的測定方法
測定岩層傾角大小的測定方法有多種,下面介紹兩種常用的方法:
1.目估法
可以依據遙感圖像上岩層三角面的形態特徵目估岩層產狀。在其它條件相似的情況下,岩層三角面的高(即三角面頂點到底邊垂線的長度)愈長,岩層傾角愈小(圖8-3)。也可以據岩層三角面頂角的大小來判別,岩層傾角較小時,其頂角也較小。目估法只能定性地判定岩層傾向及傾角大小。通常把水平岩層、緩、中等及陡傾斜及近直立岩層的傾角定為<5°、5°-20°、20°-45°、45°-80°、>80°。利用航空像片目估產狀時要盡量選用在圖像中心處的岩層三角面,以減小中心投影產生的誤差。
圖8-3 用岩層三角面的影像特徵判別岩層傾角
2.立體模型測量法
這種方法需用航空像片立體像對。首先在立體鏡下觀察出立體模型,從像片中心(即靠近像主點附近)露頭良好地段選定一個岩層三角面,然後用一小三角板(硬紙板)貼著立體模型中所測量的岩層三角面逐漸變化三角板的傾角,直到確認小三角板很准確地模擬出所測岩層三角面的產狀時為止。然後用量角器測量小三角板與像平面間的夾角,即為該岩層三角面的視傾角。由於立體鏡下的光學立體模型在垂直方向上有誇大,所以量得的視傾角要經換算才是真傾角。換算首先要知道垂直誇大系數K,它是一個立體模型垂直比例尺與水平比例尺的比值,取決於航攝儀系統和立體觀察系統的幾何關系,主要與兩攝影基站的距離B,立體觀察用的兩張像片相對定位後像主點之間的間距S、航攝儀焦距f、航高H等多種因素有關。室內解譯時,可採用M.H.彼得魯謝維奇等人推薦的下列經驗公式:
遙感地質學
圖8-4 真傾角、視傾角及垂直誇大系數的關系
垂直誇大系數K一般為2.5—3.5。圖8-4為一種將視傾角換算成真傾角的圖表,其橫坐標為視傾角,縱坐標為垂直誇大系數,曲線為真傾角。假設垂直誇大系數為3.0,視傾角為70°,則沿橫坐標70°線上向上直至縱坐標為3.0處,得一交點,順曲線方向向上至上邊標有真傾角數處所指示的42°,就是換算後的真傾角。
上述測量岩層產狀要素的方法,同樣適用於在遙感圖像上求其它地質構造面(如斷層面、節理面、不整合面等)和岩脈、礦脈等的產狀要素。
岩層產狀要素的解譯是大量的、非常重要的基礎性解譯。它是構造與岩性識別與編圖的基礎。由於岩性、地形及成像方式的不同,岩層和岩層三角面在遙感圖像上影像特徵會有很多變化,作產狀(尤其是傾向)解譯時要慎重和充分應用地質知識和解譯技巧。