高光谱技术在地质方面的应用研究.docx

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随着高光谱遥感地质应用的不断扩展和日益深入，高光谱遥感技术和方法也在不断改进。近年来在以下几个方面取得了突出的进展。
。
〔地面光谱仪主要有澳大利亚的 PIMA，美国的 ASD、GER、热红外 FT-IR 等。机载和星载成像光谱仪，国外具有代表性的机载成像光谱仪有美国的AVIRIS、澳大利亚的HyMap、加拿大的CASI 系列等；国内有中科院开发的机载 OMIS 系列、PHI、干预成像光谱仪等。〕 。
利用高光谱遥感〔含热红外高光谱〕进展矿物识别可分为3 个层次：矿物种类识别、矿物含量识别和矿物成分识别。〔；； 〕
高光谱影像地质环境信息反演。
在矿物识别和矿物精细识别的根底之上，依据矿物共生组合规律和矿物自身的地质意义指示作用，直观地反演各种地质因素之间的内在联系，可提高高光谱在地质应用中分析和解决地质问题的效能。〔以上三条均与2025 年 3 月提出〕
高光谱植被地化信息探测争论。
岩石和土壤的地球化学特别会使植物金属含量增高或引起植物重金属中毒现象 ,影响植物的生长状态和长势,从而使植物的光谱特征(如绿峰、红谷、红外反射坪等)的强度和位置发生转变,并可引起红边和蓝边斜率的变化和位置的偏移。植被生物变异特征在谱学上重点表 现为叶绿素(含类胡萝卜素)构造、含量、水分以及元素等的不同而引起的谱形差异,最为显著的是光谱红边的“红移”(安康,生长旺盛)和“蓝移”(不发育,中毒等)。利用高光谱对植物光谱的“精细”构造和变异的探测和分析,可以定量、半定量地提取与估量植被生物物理和生 物化学参数,快速且定量地评价冠层构造、状态或活力,冠层水文状态,估量冠层生物化学成分, 如 N、P、K、糖类、淀粉、蛋白质、氨基酸、木质素、纤维素及叶绿素等的含量。进而结合生物地球化学的分析,可用以探测和评价地球化学特别,分析环境污染程度,进展矿产资源 探测等。〔2025 年 12 月〕

争论的进展
在矿物识别应用中,我们应当最终建立自己的识别谱系，矿物识别和信息处理技术可分为三大类型:
基于单个诊断性吸取的特征参数〔特征谱带〕
岩石矿物单个诊断性吸取特征可以用吸取波段位置、吸取深度、吸取宽度、吸取面积、
吸取对称性、吸取的数目和排序参数作一完整的表征。依据端元矿物的单个诊断性吸取波形, 从成像光谱数据中提取并增加这些参数信息,可直接用于识别岩矿类型。
基于完全波形特征
利用整个光谱曲线进展矿物匹配识别, 可以在肯定程度上改善单个波形的不确定性影响(如光谱漂移、变异等),提高识别的精度。基于整个波形的识别技术方法是在参考光谱与象元光谱组成的二维空间选择测度函数度量标准光谱或实测光谱与图像光谱的相像程度,如相像指数法(Similarityindex algorithm)、光谱角识别方法(Spectralangle mapper),王润生等依据矿物的完全波形,利用神经网络进展矿物自动识别,甘甫公平设计开发了基于完全谱形的成像光谱岩矿识别技术。
基于光谱学问模型
基于光谱模型的识别技术方法是建立在肯定的光学、光谱学、结晶学和数学理论之上的信号处理技术方法。
最终我们可以形成诸如以下的矿物识别谱系
〔2025〕
技术及其流程
高光谱地物的光谱识别技术
光谱识别是成像光谱区分于多光谱的本质所在, 也是高光谱遥感的最大的优势所在。从成像光谱众多的波段图像中, 可以提取或重建地物在肯定光谱段上的连续光谱信息。争论人员可以依据地物“诊断”波谱特征等物理性质, 直接识别地物类型和地物组分, 定量、半定量估量或反演地物及其组分相对含量。固然, 图像识别和光谱识别之间并没有截然的界限。图像识别, 特别是特征提取和特征选择,都要以光谱学问为根底; 而光谱识别过程中, 也常使用一些图像处理方法, 如波谱特征的提取。而有些方法, 如光谱分析中光谱相像性度量的典型方
法之一的波谱角制图, 也常被视为一种距离测度而将其归为一种图像分类方法。光谱识别不同于图像识别的特点主要表现在光谱重建、光谱匹配、混合像元分解与端元选择等环节。高光谱识别的根本原理是 依据重建光谱与地物光谱或实测光谱的定量比对直接识别地物类型、物质组分或物质成分, 即以重建光谱与参考光谱相像性度量为根底的光谱匹配方法。将重建光谱与参考光谱相比较, 以某种测度函数度量它们之间的相像性或相关性程度。相像性测度函数可以是距离函数(欧氏距离、马氏距离) 、相像系数、相关系数、光谱向量夹角、光谱信息散度等。按匹配时所使用的数据、利用的光谱特征、所检测的成分, 光谱匹配可分
为不同的类型[ 22, ]比方,直接匹配、间接匹配、整体光谱匹配、全像元匹配、亚像元匹配等。从地物组分和成分识别的角度, 全部猎取的高光谱遥感的像元都是混合像元, 所重建的像元
光谱都是混合光谱。混合像元分解或光谱解混在光谱识别, 特别是成分的量化识别或参数的定量发演中起重要作用。光谱解混是将像元光谱表达为像元中各成分端元光谱和端元在像元 中所占比例的某种函数, 在像元光谱和另外一些参数(成分端元或端元比例)的状况下, 依据肯定的约束条件, 反演未知参数的方法, 目前, 常用的是线性混合模型。分解模型选定之后, 所选择和确定的光谱端元的真实性又是光谱分解的关键。端元选择常用的数学方法有基于凸面几何和子空间投影的方法,如像元纯度指数 PP I、N - F INDR、“顶点重量分析 VCA、“最小体积变换MVT 等; 以及统计的独立成分分析ICA; 数学形态学的“自动形态学端元提取 AMEE 等方法。基于光谱模型的光谱“盲分解”争论, 是提高识别和反演牢靠性的一种有效途径。
识别的流程
基于特征谱带的矿物识别方法
〔2025〕
基于完全谱形特征的矿物识别流程〔面对目标、基于完全谱形特征的定量与半定量相结合的岩矿识别技术〕
应用的现状及进展
现状
1〕高光谱直接应用到铀矿地质的找矿上在国外期刊上还未见发表。核工业北京地质争论院在广西苗儿山花岗岩地区应用高光谱技术识别和圈定了与铀矿有关的硅化带。在鄂尔多斯盆地东胜地区利用卫星高光谱(Hyperion) 数据进展了蚀变矿物填图, 圈定了与含矿层有关的高岭土化的范围。另外, 进展了较系统的铀矿区地物波谱测量争论。
2〕高光谱的铜矿矿区识别与探测中国国土资源航空物探遥感中心利用航天高光谱资料在
西藏驱龙地区识别出与斑岩铜矿亲热相关的蚀变矿物组合， 觉察了 3 处矿化特别和假设干较
小的蚀变分布区，阅历证与野外实况相当吻合[11,1。4]加拿大空间局利用 CASI 数据对 Noranda 地区也进展了铜矿矿区识别争论， 利用几种关键的变质矿物进展矿区潜力制图。该争论从
争论区北部的己知铜矿勘探点中直接猎取光谱指纹, 并通过这些指纹在南部找到了 2 个的勘探点。这 2 个矿区在后来的地面调查中被证明为储矿区。
前景
在航空成像光谱仪将连续为科研和应用供给高质量数据的同时 ,随着星载高光谱卫星的放射成功,其应用将得到更好进展。总之,现有的成像光谱仪技术系统还需要完善,例如,在传感器方面,需要改善其猎取数据的性能,提高图像数据的信噪比,增加机上实时数据处理力量;在 资料分析处理方面,强调大气校正、信息提取技术,要求进展算法和完善已有的算法,并向构成标准化应用处理算法软件包方向努力,特别是进展和完善针对高光谱海量数据和丰富光谱信息特点设计的算法和软件,以提高高光谱数据处理效率以及分析、争论和应用水平;在应用方面,向定量化、模型化和精细化地物成分和构造的方向进展。〔2025〕
消灭的问题
由于缺乏系统的矿物识别判定专家软件和标准的矿物识别根底数据库，所以内难以形成系统的矿物识别谱系。仅能够对物质进展连续性识别，在定量的反演方面所做的争论较少〔王润生〕
在定量化识别和反演方面缺乏专业的处理系统，导致处理力量单一化
对矿物识别的牢靠性、不确定性、敏感性、识别灵敏度及检出限等问题,仅作了一些定性的分析,缺少定量化的指标

不断增加识别矿物的种类,提高识别的牢靠性和探测的灵敏度,特别要留意一些难识别、易混淆、准确率不高矿物的识别方法,不断扩大、优化识别谱系和识别规章。
简便有效的大气校正、混合像元分解、端元选择及数据归一化等方法争论,提高数据处理和矿物识别的自动化和智能化水平、工艺成熟度、标准性和易用性; 开发专业化数据处理系统,尽早形成规模化处理力量; 开展识别牢靠性、不确定性及敏感性的定量化争论分析,为工程部署供给量化的指标和依据。
进一步提高识别的矿物种类、牢靠性、精细度、定量化和才智化水平; 拓宽适用范围和应用领域; 加速技术的工艺成熟度、标准性和易用性,尽早形成规模化生产力量。
开展放射光谱矿物识别技术争论,集成和融合反射和放射光谱识别,建立全谱段(可见—反 射红外—中热红外) 、多层次(普查、详查、勘探、矿山) 、立体(地面、航空、航天、井下) 、无缝、多光谱与高光谱相结合的矿物填图技术体系。

争论的现状
争论分析了大气、地面的非朗伯特性,太阳- 目标- 仪器的几何关系,光谱区分率、空间区分率、信噪比等环境和技术参数对矿物识别的影响;比照分析了大气校正、光谱重建、矿物光谱识别、端元矿物选择等主要技术环节中不同处理方法或模型的应用条件和应用效果,提出了依据不同地质应用需求和矿物端元选择类型途径拟承受的识别方法或方法组合 ; 总结了一套适合我国干旱暴露区区域成像光谱矿物填图的工作方法或工作程序。形成了较完整
的技术体系和应用于生产的力量(除数据猎取外) ,根本能够适应规模化生产的需要。
〔地面红外光谱矿物填图技术也得到肯定的进展。南京地质矿产争论所成功研制了便携 式红外矿物,其性能到达了国外同类产品的技术水准,并得到了较广泛地推广应用 。〕
〔2025〕
技术流程
成像光谱数据挖掘与矿物填图技术应用流程图
〔2025 ？〕
应用的现状及进展
20 世纪末期，美国、澳大利亚，加拿大、法国和芬兰等国家利用先进的成像光谱测量系统
〔AVIRIS 航空可见光/红外光谱成像仪、CASI 小型机载成像光谱仪等〕，结合地面光谱测量，航空磁测和航空放射性测量等工作，进一步推动成像光谱矿物填图技术的进展。由 澳大利亚联邦科学与工业争论协会〔CSIRO〕、工业科学旅游部〔DIST〕、矿山工业争论协
会〔AMIRA〕及世界地学组织〔WGC〕共同组织实施的AMIRA-P435、P435A 工程[4，]
就是利用
航空、航天成像光谱测量系统，争论矿物填图技术方法，并提出“航空矿物学”的概念及有
关改造和风化作用下的矿物学争论模式，并由此开发出简洁易用〔simple-to-use〕的矿 物填图技术，效劳于商业应用。美国地质调查所〔USGS〕在该方面的争论则更为深入具体， 其填图技术不仅仅局限于矿物，还包括混合矿物、植被、水体、冰、雪、大气分子及人造物等。如Clark 等人在犹他洲的Arches国家公园，利用AVIRIS 数据系统争论了沉积岩中高岭石、针铁矿、方解石，蒙脱石等光谱特征，并利用Tetracorder 专家系统软件进展光谱匹配；Swayze Gregg. A 等人在科罗拉多州中部Rocky 山脉西坡的Leadville 矿区，开展酸性矿床废弃物的填图工作，圈定了黄铁矿废弃物的分布范围，为该区的环境治理和评价供给根底 数据。另外，Barnaby 等人在盐湖城地区，利用航空成像光谱仪系统争论暴露岩石光谱特征、水源地评估、植被掩盖类型调查及矿床开发环境评价等，为在盐湖城举办的2025 年冬季奥运会供给地质、环境等方面的技术效劳。国内中科院遥感所在疆塔里木盆地进展成像光谱矿物填图工作，成功地区分了寒武奥陶纪灰岩与二迭纪灰岩；中国地质大学 依据高光谱遥感信息的地质应用特点，总结出高光谱地质应用技术流程，并应用于青藏高原 地质争论；国土资源部航测遥感中心以遥感影像群、影像组为争论根底，建立了变质岩影像 岩石填图单位，总结出变质岩区遥感地质填图方法〔方洪宾，2025〕；核工业北京地质研 究院航测遥感中心在云南腾冲及内蒙古海拉尔等地，承受地面光谱测量、卫星图像处理及光 谱匹配技术，提取铀矿化蚀变带的光谱信息，取得较好成果。
中国国土资源航空物探遥感中心在 2025 年 10 月, 使用澳大利亚 HyVista 公司研制的
HyMap 成像光谱仪, 猎取了黄山铜镍成矿带及其四周区域的航空成像光谱信息 , 光谱范围为 ～ μm, 包括了可见光、近红外(VNIR) 至短波红外( SWIR) 区, 波段 128 个, 光谱区分率 15 nm, 空间区分率 6m。该光谱仪以其高信噪比、高空间和高光谱区分率的力量, 使利用航空数据通过识别其特征吸取光谱来区分一系列地表与矿化有关的蚀变矿物种类成为可 能。HyMap 航空遥感飞行时的主要技术参数: 飞行平台为国产运十二, 作业飞行地速 230~270 km/ h; 飞行高度为相对航高 2 400 m; 波段数目为 128( 光谱范围: ～) ; 空间区分率为 6m, 512 pixel/ row; 航带掩盖宽度为 3 070m。
4 将来进展方向
持续深入开展矿物丰度和成份的识别,浅掩盖区矿物填图方法的争论和试验,推动矿物填图技术向纵深进展。
在找矿矿物学、成因矿物学、环境矿物学、成矿热液系统及矿物流体填图等理论和方法的指导下,与地质找矿和油气勘查更加亲热结合,开展不同地质环境、自然环境,不同应用目标的 深层次地质应用试验或应用示范,建立以矿物填图为根底的地质应用模型。
拓宽应用领域,争论矿物填图技术在油气、矿区环境、土壤退化及月球和行星地质学等领域的应用。
高光谱遥感在资源勘查方面的应用
随着高光谱遥感技术的进展, 成像光谱仪的光谱区分率和空间区分率越来越高, 因此它的应用面也越来越广, 已在大气探测,植被调查, 农作物估产, 冰雪掩盖调查, 土地利用监测, 海洋叶绿素浓度调查, 岩石、矿物填图等方面进展了大量的应用。岩矿识别、矿物丰度制图以及找矿勘查是成像光谱应用的主要方向, 也是领先应用的领域。Goetz 等人在 1982 年应用航天飞机上短波红外辐射计( SMIRR) 的 5 个波段( 带宽 100 nm) , 成功地在埃及识别出高岭石和碳酸盐矿; 在墨西哥州下加利福尼亚圈定了铁氧化矿、黏土矿以及明矾石矿。1984、1985 年美国地质调查局的Fred A. Kruse 利用 3 条航带的成像光谱数据进展了蚀变矿物填图试验,提取 2 种类型的蚀变矿物。上海技术物理所利用MAIS 数据于 1993 年在成功油田、1994 年在山东广饶博兴地区进展了油气资源勘测试验。1992 年, 中国科学院遥感应用争论所利用 MAIS 数据在疆阿克苏柯坪地区进展油气勘查争论, 区分了该地区从寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪到二迭纪的地层; 1994 年, 利用上海技术物理所研制的成像光谱仪在山东昌维地区猎取的航空成像光谱资料,结合野外地面光谱测试数据和化学勘探数据,经过处理 分析与验证, 觉察成像光谱仪能敏感地收集烃类微渗漏地表特别信息, 与测区内化探数据的复合率达 70%以上。王青华等利用中国科学院上海技术物理所研制的模块式航空71 波段高光谱仪(MAIS) , 在河北省张家口地区进展了岩石识别争论; 甘甫公平以青藏高原为试验区, 分析了高光谱遥感技术在地质应用中的前景。除上述典型地质应用之外, 成像光谱技术
在金、银、铜、铅、锌、铀等多种矿产勘查中也有很多示范应用
。
高光谱遥感技术是伴随成像光谱仪的进展而快速进展起来的 , 随着高光谱卫星传感器的
进展, 高光谱资料将在更大领域、更多方面取得突破性进展, 其空间区分率和光谱区分率将不断提高, 可以解决的问题和涉及的领域必将不断拓展。
争论中消灭的问题
地质应用是高光谱遥感应用最早、最成功的领域之一。20 世纪 80 年月以来，高光谱遥感被广泛地应用于地质、矿产资源及相关的环境调查和应用中，并成为一种不行替代的技术手段。高光谱遥感地质应用过程中存在的主要问题如下。
资料源〔严峻〕匮乏。尽管目前国内外有很多高光谱传感器， 但绝大多数均是基于航
空平台的，仅有少量基于航天平台。绝大多数地质应用部门无法得到所需的航空高光谱数据， 缺乏猎取高光谱资料的商业管道。因此，高光谱数据源严峻匮乏， 已成为制约高光谱遥感地质应用的重要因素之一。
缺针对性强的数据处理方法。高光谱数据具有很多与常规宽波段遥感资料不同的特点， 因此，要求针对高光谱数据特定的处理和分析方法，以满足地质应用的需求。尽管目前 应用部门拥有一些高光谱资料， 也缺乏有效的处理和分析方法，也制约了高光谱数据的进一步应用。
无成型的专用软件平台。 尽管目前很多遥感图像处理软件平台，如 ENVI、ERDAS IMAGINE、PCI 等，都有针对高光谱遥感的模块，但都比较零散，如何有效地集成多种处理和分析方法，并解决方法.〔2025〕
解决的方法
进展中国自主的适合地质应用的业务化的高光谱卫星，满足多种地质应用的需求，是亟待解决的问题之一。
探究和开发适合地质应用的高光谱数据处理分析方法，并结合具体的应用目的选择合
适的方法及参数，将会促进应用的扩展和深入。
3 在现有的软件当中，.参加地质应用的模型和功能模块，形成一套专用的软件平台。
光谱遥感地质的争论方向
目前， 中国地质环境整治任务与资源勘探任务迫切，因此，利用高光谱遥感手段对矿区地质环境进展监测与对生态恢复的状况进展评价， 开展基于遥感的岩性矿物填图格外必要。在对高光谱传感器数据需求方面，除上述可获得性差的问题外，在将来放射的型数据采集系统中，应当专注于：①提高航天成像光谱系统的空间区分率、辐射区分率和光谱区分率；②考虑到地质和环境监测的需要，热红外成像光谱仪的研发与投入运行格外必要； ③ 目前中国自行研制的成像光谱仪主要集中在可见光/近红外波段区域，缺乏高性能的短波红外区域的传感器，尚不能满足地质领域的需求； ④需要大力进展在轨和地面校准技术，选择适宜的地质遥感试验场，如美国内华达州的Cuprite 矿区， 已经成为世界上重要的高光谱遥感验证明验场； ⑤加强高光谱资料共享与分发管道的建设等。〔2025 年〕
高光谱是集探测器技术、周密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。它利用成像光谱仪以纳米级的光谱区分率,成像的同时记录下成百条的光 谱信道数据,从每个像元上均可以提取一条连续的光谱曲线,实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步猎取,因而具有巨大的应用价值和宽阔的进展前景。成像光谱仪获得的资料 具有波段多,光谱区分率高、波段相关性高、数据冗余大、空间区分率高等特点。高光谱图 像的光谱信息层次丰富,不同的波段具有不同的信息变化量,通过建立岩石光谱的信息模型, 可反演某些指示矿物的丰度。充分利用高光谱的窄波段、高光谱区分率的优势,结合遥感专 题图件以及利用丰富的纹理信息,加强高光谱数据的处理应用力量。〔2025 年〕
总之, 现有的成像光谱仪技术系统还需要完善 , 例如, 在传感器方面, 需要改善其猎取数据的性能, 提高图像数据的信噪比,增加机上实时数据处理力量; 在资料分析处理方面, 强调大气校正、信息提取技术, 要求进展算法和完善已有的算法, 并向构成标准化应用处理算法软件包方向努力, 特别是进展和完善针对高光谱海量数据和丰富光谱信息特点设计的算法和软件, 以提高高光谱数据处理效率以及分析、争论和应用水平; 在应用方面, 向定量化、模型化和精细化地物成分和构造的方向进展。〔2025〕
附录
文章主要引用了如下文章观点〔排名不分先后〕：
高光谱遥感卫星技术及其地质应用洁 2025 年三月
李志忠，杨日红，党福星，张显峰，谭炳香，赵慧
高光谱遥感岩矿识别填图的技术流程与主要技术方法综述 燕守勋, 张 兵, 赵永超,郑兰芬，童庆禧，杨凯 2025 年 2 月
高光谱遥感技术在岩矿识别中的应用现状与前景 裴承凯, 傅锦 2025 年 3 月
高光谱遥感技术在地质领域的应用 王润生 甘甫平 2025 年 12 月
遥感地质技术进展的战略思考 王润生 2025 年 3 月
遥感技术在地质找矿中的应用及进展前景 耿霞,杨建民 ,张玉君 ,姚佛军 2025 年 6 月
高光谱遥感矿物识别方法争论 黄光玉,沈占锋,赵欣梅 2025 年 2 月
成像光谱的资料挖掘与矿物填图的方法争论 张杰林 曹代勇 ？
基于完全谱形特征的成像光谱遥感岩矿识别技术及其应用 甘甫平，王润生，江思宏，张宗贵，郭小方，王青华 2025 年
基于特征谱带的高光谱遥感矿物识别 甘甫平,王润生,马蔼乃 2025 年 4 月
高光谱遥感的物质组分和物质成分定量反演的应用分析 王润生 2025 年 6 月