㈠ 遥感地质学的性质、研究对象、内容及方法
对遥感一词涵义有广义和狭义两种理解。地学遥感常用的是狭义的遥感,它是指从远距离、高空以至外层空间的平台上,利用可见光、红外、微波等探测仪器,通过摄影或扫描方式,对电磁波辐射能量的感应、传输和处理,从而识别地面物体的性质和运动状态的现代化技术系统。遥感按电磁辐射源的性质不同分为主动遥感和被动遥感两种基本方式,前者如雷达,使用人工电磁辐射源;后者如摄影,使用太阳等自然辐射源。
遥感地质学作为遥感技术与地球科学结合的一门新学科,其理论是建立在物理学的电磁辐射与地质体相互作用的机理基础之上的;而技术方法则是建立在“多”技术基础之上的。正是通过多波(光)谱、多平台、多时相、多向成像、多向极化、多级增强处理等技术手段来收集与分析遥感数据资料,才能获得比60年代以前单靠航空摄影所取得更多的波谱的、空间的、时间的地学信息。
遥感地质学作为一门边缘学科,其研究对象是地球表面和表层地质体(如岩石、断裂)、地质现象(如火山喷发)的电磁辐射的各种特性。研究的目的是为了有效识别地质体的物性与运动状态,在此基础上,为地质构造研究、矿产资源勘查、区域地质调查、环境和灾害地质监测等工作服务。
遥感地质学的研究内容主要有:①各类地质体的电磁辐射(反射、吸收、发射等)特性及其测试、分析与应用;②遥感数据资料的地学信息提取原理与方法;遥感图像的地质解译与编图;④遥感技术在地质各个领域的具体应用和实效评估。
遥感地质学使用的方法,涉及地物波谱测试方法、数理统计相关分析的方法、模拟试验的方法、模式识别与视觉效应的方法,以及地学(地质、地理、地貌、地图学)的有关研究分析方法等。
㈡ 遥感数据基本统计特征分析
多种遥感数据处理及专题信息提取都是以多元统计分析为基础展开的，其基本原理是将遥感数字图像中像元 DN 值视为具有统计分布特征的随机变量，并从统计分析的角度进行各种图像预处理、变换、增强及图像分类处理。所以，遥感数据的基本统计特征分析在数字图像处理中占有重要的地位，对遥感地质专题信息提取至关重要。
遥感数据的基本统计特征包括单波段遥感数据的均值、众数、标准差等基本统计量，以及多波段遥感数据的协方差、相关系数，此外也包括图形方式的直方图、散点图等统计特征。
1. 单波段数据基本统计量
单波段数据基本统计量主要包括: 均值、中值、众数、数值域、标准差 ( 图 4-2) 。均值、中值、众数这三个统计量物理意义相近，代表了图像中地物的平均辐射 ( 反射、发射、散射) 强度或代表图像中分布最广的地物的辐射特性。标准差在数学意义上反映了图像中像元 DN 值的总体离散程度，其物理意义是反映了图像中各类地物之间的辐射特性差异。数值域、反差与标准差的物理意义相近，反映了图像中地物辐射特性间的最大差异 ( 图像对比度) 。
图 4-2 单波段数据基本统计量
均值和标准差是遥感数字图像统计分析中最重要的统计量。单波段图像的均值和标准差以及多波段图像的均值向量和标准差向量在较大程度上反映了图像像元辐射能量值的统计分布特征及可解信息量的多少，并直接影响遥感图像的显示效果和目视可解性。
2. 多波段数据基本统计量
多波段图像数据可被视为多维 ( 波谱维) 空间中的多维随机变量，每个像元样本在不同波段的亮度值组成一个向量。不同波谱变量 ( 波段) 之间的相关关系可用协方差( 协方差矩阵) 、相关系数 ( 相关系数矩阵) 等特征参数进行度量。其中，相关系数的数值大小能够直接反映两个变量之间的相关程度。
( 1) 协方差及协方差矩阵: 两个波段 ( 变量) X1和 X2之间的协方差数学表达式为
遥感地质学
式中: S212，S221表示两个波段 ( 变量) X1和 X2之间的协方差; N 为图像像元数目; ， 分别为波段 X1和 X2的均值。
当遥感数据共有 n 个波段时，两两波段之间的协方差即构成了 n 阶的协方差矩阵。
( 2) 相关系数及相关系数矩阵: 两个波段 ( 变量) X1和 X2之间的相关系数数学表达式为
遥感地质学
式中: r12，r21表示两个波段 ( 变量) X1和 X2之间相关系数; S212，S221表示两个波段 ( 变量) X1和 X2之间的协方差; S1，S2分别为波段 X1和 X2的标准差。
当遥感数据共有 n 个波段时，两两波段之间的相关系数即构成了 n 阶的相关系数矩阵( 图 4-3) 。
图 4-3 遥感数据协方差矩阵、相关系数矩阵、特征向量矩阵
3. 直方图、散点图
( 1) 直方图: 是以图形的形式表达单波段图像数据统计特征的参数，通过直方图，可直观定性分析图像数据的众数、标准差等统计特征参数，并能够进行初步的信息提取工作。例如，通过对直方图中各 “峰”、“谷”的位置及其之间的关系进行分析可进行波段图像中地物的大致分类，通常情况下，某些地质异常信息相对应的 DN 值多位于直方图的“长尾”处。
( 2) 散点图: 是以图形的方式表达多个波段数据之间相关关系的参数，散点图表示了两个波段之间的相关程度，散点图越趋近于一条直线分布则表示两个波段之间的相关系数越大，反之散点越分散分布则说明两个波段之间的相关系数越小 ( 图 4-4) 。
图 4-4 散点图
㈢ 学过遥感的高手进！
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《国外农业工程 （第九辑） 农业遥感》
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《航天光学遥感辐射度学》
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《航天遥感CCD推帚式成象系统》
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《北方地区遥感水文地质应用文集》
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《普通高等教育地质矿产类规划教材 遥感地质学》
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㈣ 遥感地学分析方法简介
遥感器能获取到的只是成像瞬间,成像地区地表的自然与社会环境的二维(平面)的综合信息。这些信息中,只有一部分对地质解译有用。对地质解译有用、无用的信息相互联系又相互干扰。如上文所述地表坡残积物和植被与当地母岩有联系,可以据此来分析母岩性质;同时坡残积物和植被又掩盖基岩,干扰了对岩性信息的识别。因而所有解译(不仅仅指地质解译)都存在不确定性与多解性。为提高地质解译的质量,解译人员的地学知识与工作经验,正确遵从一些解译原则,合理地运用遥感地学分析的方法就是非常重要的了。
地质解译的原则:①从已知到未知,②先易后难,先从标志最清楚地段到较模糊地段,③先整体后局部,④先目视预解译到其他方法,④先从构造解译入手,⑤图像解译与野外调查相结合。
《遥感地学分析》(陈述彭,1990)一书,概括了遥感地学分析的主要方法。
(一)遥感资料的相关分析法
在一定区域内各种景观要素间是相互依存,相互制约的。往往是一事物的存在反映其它事物的存在;一种现象可指示另一种现象的存在。地质解译时,可以根据地质规律的认识,用相关分析法进行解译。如第九章引用美国内华达州金场地区寻找多金属矿的例子。就是通过地质研究,确定该区矿化主要与内生作用的热液蚀变有关,而热液蚀变岩石又与未蚀变的岩石地物反射波谱不同,利用比值法等图像增强处理,来识别区域蚀变,从而用它来作为找多金属矿的重要标志。
(二)交叉分析法
遥感地学研究为了取长补短,常常需要多种技术方法交叉使用。如光学图像处理,目视解译,计算机数字图像增强等交叉进行。在建立区域典型的岩性-地层解译标志时,也需要预解译,野外验证,再解译,反复补充修改,使建立的解译标志更有代表性,用它来指导解译。在利用数字图像增强处理时,也是经过预处理,野外地物波谱测试分析,验证,再修改增强处理方案,从中选定最有效的处理方法。
(三)环境本底法
所谓本底,就是某种地学信息的区域正常特征或正常背景值。如区域地球化学中某种元素的背景值。如某种岩性(如花岗岩)的平均反射波谱值等等。这些通过归纳总结,实测,统计分析得来的正常特征和正常背景值就是正常值。只有在这个基础上,才能区分出异常来。有了地貌异常,色彩异常,波谱异常和某些成矿元素的异常,才能指导各种地质分析和研究。所以环境本底的建立非常重要,也要非常慎重。
(四)信息复合法
信息复合是指同一区域内遥感信息之间,或遥感与非遥感(如地质)信息之间的复合。复合时通过资料的空间配准与内容复合,产生一组新的空间信息或一组新的合成图像。目的是为了突出有用的地质信息,减免和抑制无用信息,改善图像质量,提高解译和研究的能力。详见第十一章。
(五)历史对比法
历史对比是利用遥感图像资料的时间信息,把不同时间的同一地区或同名地物,进行多时间的对比,作动态分析。如对黄河、长江口三角洲的发育特点的分析,对陕北黄土高原水土侵蚀的分析,对某城市的发展动态分析,对洪水灾害(如1992年对太湖地区洪水的SAR图像对比分析)等。从历史对比中归纳总结出其发展动态与规律,指导划规与治理工作。
(六)系列制图法
用它来表示研究地区的地学分析各种成果。这也是地质工作中非常常用的方法。如区域地质调查,区域成矿研究,地史古地理分析都常用的方法。系列制图有三个基本条件:①必须以同一遥感信息源为制图的基础,②有统一的制图规范与分类原则,③按一定逻辑顺序依次派生出各种专题图件来。如构造解译时,用增强处理的遥感图像,编制出同一地区的线性构造、环状构造等解译图件来。然后再派生出不同走向方法的线性构造图及线性构造等密度图,线性构造交(叉)点等密度图来。第十二章介绍的山西太原幅农业自然条件与自然资源系列图就是一个例子。
(七)地理信息系统
它是管理空间数据的计算机系统,是最近十年来遥感工作发展很快的一种技术方法。地理信息系统为地学遥感提供辅助信息,有助地质遥感数据分类和应用,提高地质分析的质量与速度。在第十三章作专门介绍。
(八)其它地质学分析方法
地质解译时还会用到地质学的一些基本分析方法。如根据交切关系来判定断裂、岩脉、矿脉的新老关系,用构造地质学知识来判明遥感图像上断裂的两盘相对运动等。在此不一一介绍。
㈤ 什么是遥感地质专业一般的测绘专业是否包括其中
遥感地质又称地质遥感，是综合应用现代遥感技术来研究地质规律，进行地质调查和资源勘察的一种方法。它从宏观的角度，着眼于由空中取得的地质信息，即以各种地质体对电磁辐射的反应作为基本依据，结合其他各种地质资料及遥感资料的综合应用，以分析、判断一定地区内的地质构造情况。
测绘包括3S技术 GPS GIS RS 遥感就是RS
㈥ 遥感地质学在资源勘查中的应用
自然资源可通过多平台、多时相、多波段的数据采集，直接表现成隐含于遥感信息之中。地质遥感就是以地球资源的探测、开发、利用、规划、管理和保护为主要内容的遥感技术及其应用过程。因此，资源勘查遥感包括获取资源与环境数据的过程及时这些数据进行综合研究和系统分析的过程。其主要步骤为：①分析资源的形成条件、赋存环境、分布状态；②根据有利于资源调查的最佳时间及波段，选择遥感平台、传感器和遥感影像数据；③按资源分布特点、类型差异、赋存状态，确定影像分析、判读的方法；④设计遥感影像处理的技术方案；⑤设计与实施地面实况调查与验证的方案；⑥资源遥感信息特征的概括、分析模型的研究与优化。因资源遥感的综合研究与系统分析应在区域本底研究的支持下进行，故地理信息系统是资源遥感向高层次发展的技术保证。
㈦ 遥感科学和遥感地质学的发展历史与发展前景
(一)遥感科学发展的几个阶段
遥感科学是从航空摄影测量逐步演变发展起来的,是通过一些高科技军事侦察技术的解密和转向民用而成长起来的。遥感科学的发展历史通常分为:第二次世界大战前的早期阶段,此阶段实际上是航空摄影阶段;1937-1960年的中期阶段,其标志是成像技术从航空摄影发展到电视、扫描、雷达等多种方法,成像取得的资料应用从军事侦察及民用摄影测量推广到民用各个行业;第三阶段即60年代以后,可以用下列几点表明遥感技术已摆脱单一航空摄影成像,发展成为遥感科学。其标志是:①民用航天技术出现,尤其是美国地球资源技术卫星(ERTS)的发射成功,标志着民用航天遥感阶段的开始,使遥感的定时、定位观测与对比解译,在技术上成为可能,经济上变得合算,并使人类对地球的观测从高空扩展到外层空间;②新型遥感器技术的应用使电磁波谱从可见光摄影扩展到红外、微波波段,延伸了人的感官,扩大了信息源;③大型电子计算机的开发和使用,为遥感图像处理技术奠定了基础,使从遥感获得的大量数据资料得以及时处理并提供给用户,使得民用遥感技术走向实用化和商业化。
(二)遥感地质的发展前景
遥感地质学作为遥感的一个组成部分,将随遥感技术的发展而不断前进。其发展前景主要表现在以下四个方面:
1.新的遥感波段开发与遥感器的研制。前者如毫米波段、激光雷达和紫外波段的开发利用。后者主要对可见光,尤其红外波段的高分辨力、窄波段的遥感器的研制。当然还有作为遥感器的运载工具的各种平台的研究(如航天飞机和地质专用卫星等),以及遥感数据资料的实时传输等。
2.快速、省廉、有效的地学信息处理、提取、分析方法,如地理信息系统、专家系统以及新的图像增强处理方案的开发等。
3.遥感技术在地质学已开展的领域的深化和新领域的开拓。现有应用领域的深化首先是在矿产资源勘查中的遥感技术应用方面,向模式化、自动化和定量化方向发展;其次是在区域构造分析,遥感地质编制图件上的应用。在遥感技术地学应用新领域的开拓方面,深部构造的遥感分析,包括灾害地质、城市地质等在内的(广义的)环境地质遥感是主要内容。
4.遥感地学机理的研究。例如遥感地学信息的传输问题,以及一些巨大环状构造的形成机理就是一个有待深入的问题。
遥感地质学作为一门新的地学分支,尽管它在理论上、技术上、应用上还不是十分成熟,人们对它的认识和评价还有不同,甚至它的有关名词、术语的概念、译名都有待统一,但它的技术长处和它在地质学中所起的作用,是其它地学学科所无法取代的。在即将来临的21世纪,遥感技术与遥感地质,一定会在我国地学工作中发挥更大作用,显示技术优势,作出更多的贡献。
㈧ 遥感的基本概念
遥感是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征、性质及其变化的综合性探测技术。遥感过程实施的技术保证依赖于遥感技术系统。现代遥感技术系统一般由四个部分组成:遥感平台、传感器、遥感数据接收与处理系统、遥感资料分析解译系统。
1.遥感平台
遥感技术中搭载传感器并能使其正常工作的工具称为遥感平台，如飞机、卫星和航天飞机等。
2.传感器
传感器是收集、记录和传输目标信息的装置。目前应用的传感器主要有:摄影机、摄像仪、扫描仪、光谱辐射计等。
3.遥感数据接收与处理系统
地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息，记录在高密度的磁介质上(如高密度磁带HDDT或光盘等)，并进行一系列的处理，如信息恢复、辐射校正、卫星姿态校正、投影变换等，再转换为用户可使用的通用数据格式，或转换成模拟信号(记录在胶片上)，才能被用户使用。
4.遥感资料分析解译系统
遥感资料分析解译系统主要是对用户得到的遥感资料，根据各自的应用目的，进行分析、研究、判读解释，从中提取有用信息，并将其翻译成有用的文字资料或图件。
遥感地质学是遥感技术与地球科学相结合的一门学科，其研究对象是地球表面和表层地质体、地质现象的各种电磁辐射特性。遥感地质学研究的目的是为了有效识别地质体的物性与运动状态，在此基础上，为地质构造研究、矿产资源勘查、区域地质调查、环境和地质监测等工作服务。
遥感地质学的研究内容主要有:①各类地质体的电磁辐射(反射、吸收、发射等)特性及其测试、分析与应用;②遥感数据资料的地学信息提取原理与方法;③遥感图像的地质解译与编图;④遥感技术在地质各个领域中的具体应用和实效评估。
㈨ 岩层产状的测定方法
遥感图像上岩层及其它构造面产状测定,就是从影像特征来定性或半定量确定其走向、倾向和倾角。
(一)岩层三角面的图像特征
1.岩层三角面
岩层三角面是指在遥感图像上同一倾斜岩层地表露头线上的最高点(山脊点)和与之相邻的两个最低点(河谷点)相结而成的一个假想三角形平面。岩层三角面是岩层风化剥蚀出露的实体上三点连结成的面,所以这个三角面的产状可代表岩层的产状,它是在遥感图像上判断岩层产状要素的最佳标志。它的形态受岩性和地形侵蚀形态的影响,遥感图像上可以是三角形、熨斗形、半圆形、半月形、梯形等形状,多个岩层三角面常沿岩层倾向形成叠瓦状影像,沿岩层走向断续相连形成锯齿状、波浪状或不规则的折线状(图版45)。与倾斜岩层的层面一样,任何倾斜的构造面(包括断层面、节理面、不整合面等)在地表遭受切割后都会构成“三角面”(或“V”字形影像)。
2.中心投影成像引起岩层三角面的畸变
由于航空像片属中心投影,因此它出现在像片不同部位时,其形态会产生畸变,如图8-2所示,地面上一组向西倾斜,倾角都是60°的单斜岩层,在图像上形成一系列形态与大小不同的三角面。在像主点右侧的三角面显示岩层的西倾,但随着与像主点距离的增大三角面尖端愈来愈尖锐,造成岩层变缓的假象(图8-2中1—5);而在像主点左侧(图8-2中6—8)三角面亦指示岩层向西倾斜,但随着它与像主点距离的增大,三角面的尖端愈来愈钝,造成岩层越来越陡的假象;当摄影投射角与岩层倾角相等时(图8-2中9),岩层三角面在像片上的投影变为一条直线,造成岩层直立的假象;而在摄影投射角小于岩层倾角的部位(图8-2中10,11),岩层三角面尖端指向改变,图像上指示岩层向东倾,造成岩层倒转的假象。因此,在利用岩层三角面确定岩层产状时,应尽量选择在像主点附近的三角面来作产状解译,而不能选择像片边缘处的三角面。
图8-2 航空像片上岩层视倾角和岩层三角面形态的变化规律
(二)岩层走向和倾向的确定
在分析构造时,必须在充分考虑岩层分布,露头形态以及它们与地形和影像的相互关系的基础上,来估测岩层的走向和倾向。在地势平坦地区,倾斜岩层出露地表的地质界线就是岩层走向线,直线状地层条带的延伸方向就是地层走向。在地形起伏较大的地区,倾斜岩层的露头线变成折线状的条带影像。这时可沿着河谷的相对两岸、窄分水岭的两边或者两个平行的沟谷谷坡上的岩层露头,选择同一岩层层面上高程相等的两个点,其连线即为岩层的走向线,向岩层倾斜方向作走向线的垂线,即得到岩层倾向线;然向利用地形图或通过图像经纬线确定像片上的真北方向,测量出走向线和倾向线的方位角。
当沟谷与岩层走向近于垂直时,根据构造地质学中的“V”字形法则来判断岩层倾向应当慎重。
(三)岩层倾角的测定方法
测定岩层倾角大小的测定方法有多种,下面介绍两种常用的方法:
1.目估法
可以依据遥感图像上岩层三角面的形态特征目估岩层产状。在其它条件相似的情况下,岩层三角面的高(即三角面顶点到底边垂线的长度)愈长,岩层倾角愈小(图8-3)。也可以据岩层三角面顶角的大小来判别,岩层倾角较小时,其顶角也较小。目估法只能定性地判定岩层倾向及倾角大小。通常把水平岩层、缓、中等及陡倾斜及近直立岩层的倾角定为<5°、5°-20°、20°-45°、45°-80°、>80°。利用航空像片目估产状时要尽量选用在图像中心处的岩层三角面,以减小中心投影产生的误差。
图8-3 用岩层三角面的影像特征判别岩层倾角
2.立体模型测量法
这种方法需用航空像片立体像对。首先在立体镜下观察出立体模型,从像片中心(即靠近像主点附近)露头良好地段选定一个岩层三角面,然后用一小三角板(硬纸板)贴着立体模型中所测量的岩层三角面逐渐变化三角板的倾角,直到确认小三角板很准确地模拟出所测岩层三角面的产状时为止。然后用量角器测量小三角板与像平面间的夹角,即为该岩层三角面的视倾角。由于立体镜下的光学立体模型在垂直方向上有夸大,所以量得的视倾角要经换算才是真倾角。换算首先要知道垂直夸大系数K,它是一个立体模型垂直比例尺与水平比例尺的比值,取决于航摄仪系统和立体观察系统的几何关系,主要与两摄影基站的距离B,立体观察用的两张像片相对定位后像主点之间的间距S、航摄仪焦距f、航高H等多种因素有关。室内解译时,可采用M.H.彼得鲁谢维奇等人推荐的下列经验公式:
遥感地质学
图8-4 真倾角、视倾角及垂直夸大系数的关系
垂直夸大系数K一般为2.5—3.5。图8-4为一种将视倾角换算成真倾角的图表,其横坐标为视倾角,纵坐标为垂直夸大系数,曲线为真倾角。假设垂直夸大系数为3.0,视倾角为70°,则沿横坐标70°线上向上直至纵坐标为3.0处,得一交点,顺曲线方向向上至上边标有真倾角数处所指示的42°,就是换算后的真倾角。
上述测量岩层产状要素的方法,同样适用于在遥感图像上求其它地质构造面(如断层面、节理面、不整合面等)和岩脉、矿脉等的产状要素。
岩层产状要素的解译是大量的、非常重要的基础性解译。它是构造与岩性识别与编图的基础。由于岩性、地形及成像方式的不同,岩层和岩层三角面在遥感图像上影像特征会有很多变化,作产状(尤其是倾向)解译时要慎重和充分应用地质知识和解译技巧。