基本介紹
- 中文名：地質遙感
- 外文名：geological remote sensing
- 又稱：遙感地質
發展情況,特點及套用範圍,遙感信息解譯,數據處理方法,數據處理的套用,
發展情況
地質遙感是遙感技術在地質領域裡的套用。是隨著遙感技術的發展和地質工作套用和服務範圍的不斷擴大而迅速發展起來的一門新學科，其發展大致經歷了兩個階段。首先是1962～1972年美國使用機載紅外掃瞄器和紅外攝影機、天空實驗室進行遙感地質勘測的實驗階段；其次是1972年以來的套用研究階段，從1972年到80年代初，美國發射了陸地衛星(Landsat)l～3號，地質工作者使用陸地衛星、天空實驗室和航空三級平台遙感圖像數據，探索和評價遙感資料的地質效果，進行地質遙感基礎理論研究、室內和野外各種岩石、礦物的波譜曲線實測。隨著遙感數據從陸地Landsat MSS向I如dsat TM、SPOT、HRV的發展及空間解析度和光譜解析度的提高，遙感的地質分析能力也不斷提高。在數據處理方面．由於微機技術的發展，使模擬機處理功能增強和數字圖像處理技術有所普及和通用化；由於採用了電子光學機械設備，特別是計算機圖像數字處理軟體系統的定性定量解譯方法，利用圖像自動識別與分類技術進行岩類劃分，利用波段比值圖像處理技術找礦，在地質效果方面研究線性要素與斷裂構造的關係效果頗佳，另在普查礦產、發現油氣田、區域地質和水文地質調查方面都取得良好效果。
由於遙感技術在地質上的套用，使地質工作者能夠概觀地球全貌，從而對研究和認識整個地殼的結構構造及其發展演化趨勢提供重要資料依據；提供更優質的基礎圖件；多快好省地完成地質找礦任務，並改變常規地質工作方法、程式和相應的規範；套用於戰略規劃直到解決實地地質問題、研究大範圍的地質課題探討新的地學理論；快速、方便和可重複原地觀測的優點，可研究各種地質動態，進行地質災害調查和預測。另外，在目前和看得見的將來，遙感還只能反映地面信息，因此，在地質找礦方面的套用還必需與物探、化探，地質和其他方法綜合運用，建立各種礦產、岩石、構造或其他地、物的遙感和物、化探加地質等的模型或模式，由已知推測未知，更好地發揮其在地質找礦方面的潛力。
特點及套用範圍
在地質工作中，地質工作者們經常需要對一些地區進行全面的野外調查和研 究，追溯地質歷史和各種地質動力過程，解決地質構造等一系列基礎的地質問題，或者探討成礦條件和規律,為礦產資源的開發提供依據。然而傳統的地質考察不僅要耗費大量的人力、物力和時間，而且地質工作者的勞動強度大，進展也很緩慢。 遙感技術的出現給傳統地質工作帶來了新的改變，衛星感測器可以在短時間內得 到大量的大區域的數據，可以在某種程度上減少野外地質工作者的負擔。地質工 作者足不出戶就可以得到調査區域的遙感影像並進行分析，從而提髙工作的效率。
地質工作者在工作中往往需要對諸如植被、地貌、氣象等環境因素進行綜合分 析，以透過表象提取實質性的信息。遙感圖像獲取的地面信息正是地面一定範圍 內的地物綜合信息，反映了大量的地表和淺地表的信息，是對物探、化探和鑽探等 手段的一種有效補充，可以說在一定程度上彌補了勘察技術的不足。由於地質遙 感研究的對象複雜多變，而且對地質現象的遙感成像機理認識和探測手段尚未完 全解決，所以地質遙感信息的提取實際上是遙感與地質、地形、地球物理、地球化學 等多種非遙感地學信息綜合處理的過程。
在地質遙感套用中一個使用比較多的技術是髙光譜遙感。高光譜遙感起源於地質礦物識別填圖研究，地質也是其套用最成功的領域之一。礦物金屬離子 Fe3+、Fe2+、Mn等電子躍遷在可見光、近紅外光譜區域形成典型的光譜波形，而礦物中的分子團OH、Si-O等的振動過程在短波紅外形成的診斷性的吸收特徵是構 成成像光譜識別礦物的理論基礎，有助於人們識別不同礦物成分。高光譜數據也 允許通過微分等處理技術提取不同的光譜特徵參數，如波段波長位罝、深度和寬 度，以及分解重疊的光譜吸收波段和提取各種目標參數。光譜匹配技術與角度填 圖法也是髙光譜遙感在地質中常用的分析技術，用於地質中岩性的識別。
地質遙感不僅研究礦物質的光譜特性，它在對第四紀鬆散沉積物、地殼深部的 地質體和構造現象以及隱伏斷裂構造的研究中也發揮著重要的作用。這些問題在 傳統地質工作中是地質工作者的難題。雖然遙感數據只反映地表和淺地表的各種 地物信息，但這些信息中有一部分是受底下隱伏斷裂構造等影響和控制的異常信 息。遙感方法可以快速的發現和識別這些隱伏的地質特徵。
遙感手段的連續性也為地質災窖的監測提供了有效的手段，如地連對周圍環 境造成的破壞和影響，滑坡、土石流等地質災害形成過程中地質體的變形和位移 等。遙感手段正是這樣一種幫助地質工作者們獲取地質現象的動態信息並掌握其 變化規律的可連續觀測的方法。
遙感信息解譯
遙感圖像解譯是從遙感圖像上獲取目標地物信息的過程。目前，遙感地質解譯主要包括純粹的地質專家目視解譯和計算機解譯。目視解譯是指地學專家依據地物目標在遙感圖像的波譜、時相、空間等方面特徵及所掌握的各種地學規律，採用肉眼觀察方式來識別地物目標，採集地學專題的特徵信息。其任務是判讀出遙感圖像中有哪些地物，分布在哪裡，並對其數量特徵給予粗略的估計。目視解譯是遙感圖像理解(計算機解譯)的基礎，不了解影像的地學意義，就不可能得到正確的計算機解譯結果。
如前所述，不同地質體和地質現象有不同的遙感圖像特徵，其差別緣自岩石的反射光譜特徵。遙感信息具有多源性、巨觀性、周期性、綜合性和量化等特點，其中，能用於識別地質體和地質現象，並能說明其屬性和相互關係的圖像特徵，稱為地質解譯標誌，包括直接地質解譯標誌和間接地質解譯標誌。能直接見到的圖像特徵，如形狀、大小、色調、陰影、花紋等，稱為直接地質解譯標誌；而需要通過分析和判別才能獲知的圖像特徵，稱為間接地質解譯標誌。
由於遙感圖像是對一定區域地物的高度綜合槪括，能直觀、綜合的反映地面物 體的特點，所以利用遙感技術方法研究地質構造是地質遙感工作的主要領域之一， 遙感圖像經常被用來判斷某一地區的地質構造，特別是線形和環形的地質形跡。 常見的地質構造形態單元都有獨特的遙感識別標誌。
色調和形態是我們判斷地質構造形態的主要依據之一，例如褶皺帶中各種岩 性的不同會使褶皺沿構造展布方向呈現不同的光譜信息。斷裂構造兩側地質地貌 現象的差異也會使斷層兩側的影像色調出現差異。底下一定深度的地質信息，通 過水，土壤和植被等表現，在遙感圖像上也會以不同的色調顯示出來。
斷層崖和斷層三角面往往在遙感影像上表現為暗色調，陰影比較明顯。斷裂 的垂直差異活動往往會形成陡峭的斷層崖或發育成排列整齊的斷層三角面。斷層 崖與斷層三角面一般是斷裂垂直差異錯動的重要標誌。斷層的垂直高度也可以從 遙感影像上測出。
水系特徵由於在遙感圖像上影像清晰，樣式突出，易於辨認，是直接反映地球 地殼運動的最主要影響標誌之一。如根據河流形態的平面形態變化如彎曲特徵可 以判斷出斷層的平移性質；由於垂直差異顯著的斷裂帶兩側的水系形式常常不同, 活動斷裂帶往往成為兩種水系的轉折點，因此我們可以根據水系的形狀不同來確 定垂直活動斷裂帶的存在。如格狀水系往往能顯示兩組直交斷層存在的可能。
洪積扇的標誌：由於斷裂活動中斷裂的兩盤往往形成地形反差大的地貌類型, 其中抬升的一盤成為山地，下降的一盤則發育了一系列的洪積扇，根據這些洪積扇 的排列特徵，我們可以判斷出斷裂的存在。
地質構造活動特徵點的分布，如火山口、洪積扇頂點、湖河岸線、島嶼、山脈和 平原高原的邊界線等的分布，都可以指示線形構造形跡的存在。
數據處理方法
目前，遙感技術作為先進的對地觀測手段之一，已經廣泛套用於區域地質調查、礦產地質勘查、工程地質勘察、環境地質勘察，以及地質災害監測和預警中，成為地質信息技術體系的雨要組成部分，並且發展成為專門學科——遙感地質學。遙感地質信息的處理是以地質特徵標誌和地質模型研究為基礎，結合物理手段和數學方法，對所獲得的地球表層的遙感數據進行分析、解譯，以求獲得各種地質要素和礦產資源時空分布特徵信息，從而揭示地殼結構、地質構造及礦產資源分布及其發生髮展規律的一門綜合性技術。在此將簡要介紹地質遙感數據的計算機處理方法與套用。
遙感圖像的地質信息處理分為3個層次：①利用計算機完成遙感圖像的復原處理，補償、校正遙感儀器在獲取數據過程中產生的誤差、畸變和干擾，即遙感圖像預處理；②根據各種套用目的，對遙感圖像進行增強處理和分類，改善影像的視覺效果和可判識性；③採用人工干預方式，進行機助目視判讀，完成目標地物的識別和提取。遙感圖像地質信息處理的基本方法是數字圖像的數值變換，包括預處理、增強和分類。
1、遙感圖像的預處理
由於各種因素的影響，遙感圖像存在一定的輻射量失真和幾何畸變現象。預處理就是對原始數據的初步處理，目的是標定圖像的輻射度量，校正幾何畸變及去除噪聲。
預處理主要包括遙感圖像的輻射量校正、遙感圖像的幾何校正等。
2、遙感圖像的運算與增強處理
圖像增強處理是指藉助光學技術或電子計算機技術，來增強感興趣 地物和周圍地物圖像間的反差的一種處理技術。兩幅或多幅單波段圖像，完成空間配準後，通過一系列數學運算，可以使圖像更為清晰.目標地 物的標誌更為明顯突出，更易於識別，從而實現圖像的增強，達到提取某 些信息或去掉不必要信息的目的。
圖像增強處理也屬於空間分析範疇，是指藉助光學技術或電子計算 機技術，來增強感興趣地物和周圍地物圖像間的反差的一種處理技術。兩幅或多幅單波段圖像，完成空間配準後，通過一系列數學運算，可以使 圖像更為清晰，目標地物的標誌更為明顯突出，更易於識別，從而實現圖 像的增強，達到提取某些信息或去掉不必要信息的目的。
圖像的運算與增強處理的主要方法有彩色合成法、對比度變換法、波段組合法、差值增強法、比值增強法、主成分分析法、圖像線性拉伸與直方圖均衡化增強法、HIS彩色空間變換法、空間濾波法、掩膜法、多源數據融合法、高光譜遙感地質信息處理等。
3、遙感圖像的分類
遙感圖像分類是一種按屬性特徵將圖像的所有像元分為若干個類別的技術。對地球表面的遙感圖像數據進行屬性的識別和分類，可以達到識別圖像所對應的實際地物，提取所需地物信息的目的。多光譜遙感圖像分類是以每個像元的多光譜矢量數據為基礎進行的。遙感圖像的特徵包括光譜特徵和紋理特徵，其分類方法有多種，其中基於光譜特徵的統計分類法——監督分類、非監督分類，是最常用的方法。
數據處理的套用
1、區域地質調查中遙感信息處理的套用
在區域基礎地質調查中，利用遙感圖像的巨觀視角優勢，結合地面實際調查進行多層次的影像地質解譯，能夠在整體上提高對工作區域地質特徵的認識，解決突出的地質問題和與成礦有關的關鍵問題，加快填圖速度，提高成圖質量。
遙感數據的地質解譯貫穿於整個調查工作的始終，是一個循序漸進、反覆進行和逐級深化的過程。不同衛星的遙感數據，有不同的空間解析度，應根據任務的比例尺要求來選擇。對於1：25萬和更小比例尺的區域地質調查，可選用TM、SPOT等的數據；對於1：5萬區域地質調查，則應選用航空遙感圖像或空間解析度優於10 m的衛星遙感數據。在一些多雲多雨和植被、雪覆蓋嚴重的區域可以選用星載SAR等微波遙感數據，遙感區域地質調查填圖工作程式如圖5-26所示。
2、礦產資源遙感信息的處理和處理的套用
礦產資源勘查是一項綜合性的系統科學工程，尤其是當今的找礦勘查已進入到深部隱伏礦床的找礦預測階段，更需要運用地質、遙感、物探、化探等多種方法的有機配合，並對其綜合信息進行計算機複合處理，從中提取常規方法難以獲取的特徵信息和多源數據組合信息。
遙感地質找礦就是在成礦理論指導下，根據遙感影像特徵，識別與成礦控礦有關的多個地質信息，如地層岩性、線環形構造、構造交叉部位、蝕變帶(岩)以及有關的地貌、土地、植被等相關信息。這些信息往往是十分複雜多變的，難以用確定的亮度值或機率密度函式來描述它們，需要有上述多種方法所獲取的信息來配合。
3、地質災害遙感信息處理的套用
我國地質災害種類繁多，主要包括地震、崩滑流(崩塌、滑坡和土石流)、地面變形(地面沉降、地面塌陷和地裂縫)、水土流失與土地沙漠化、鹽鹼(漬)化、凍融、海洋災害(海面上升、海水入侵、海岸侵蝕、海嘯、海底滑動和風暴潮)、礦坑災害(礦坑突水突泥、煤層自燃、岩爆和瓦斯爆炸)、特殊土災害(濕陷性黃土、膨脹土和淤泥質軟土)、水土環境異常(地方病)、地下水變異(浸沒、冷浸田和水質污染)和河湖(水庫)災害(淤積、坍岸、滲漏和誘發地震)等。其中地震、崩塌、滑坡和土石流是發生最頻繁、造成損失最直接的幾種嚴重地質災害。地質災害具有突發性和巨大破壞性，常常使受災地區遭受慘重損失。遙感技術可以快速和有效地收集所需的各種災情資料，而且通過對災區一定周期內多時相數據的對比，還可以分析災害發生過程和孕育機制，為防災減災提供決策依據。
