遥感地质解译方法及应用

遥感解译方法及应用黑龙江省地质调查研究总院遥感中心一、遥感的概念•近年来，一方面，由于空间科学、信息科学、计算机科学、物理学等科学技术的进步与发展，为遥感技术奠定了必要的技术基础，另一方面，由于人类生产活动不断地向深度和广度进军，遥感技术得到较为广泛的应用，因而使得遥感技术获得了飞跃的发展，已经成为发达国家和一些发展中国家十分重视的一项科学技术。•随着我国工农业生产的高速发展，人类对自然资源，特别是对矿产资源的需求量与日俱增。•因而，调查与管理资源则成为迫切需要解决的问题。其次，人类的生活环境正在不断地遭受到人为和自然的污染。例如：工业排污对水体和大气的污染造成人为的环境污染。而诸如洪水、泥石流、滑坡、森林火灾、火山爆发等自然灾害，则形成灾害性环境，它们都对生命财产造成极大的威胁。•在这种情况下，只有实时监测人为环境污染和自然灾害环境的发生，才能更有效地采取防护和治理措施，以减少对人类的危害程度。欲解决上述问题，完全依赖现场观察已感不足，•于是，由于航空遥感和航天遥感的相继问世便能获得大范围的地面遥感图像和实时动态信息，所以，这两种遥感方式则成为自然资源的调查与管理，环境的监测与灾害预报的一种新的探测手段。•（一）遥感的概念•遥感顾名思义就是遥远的感知。即借助于专门的探测仪器，把遥远的物体所辐射（或反射）的电磁波信号接收纪录下来，再经过加工处理，变成人眼可以直接识别的图像，从而揭示出所探测物体的性质及其变化规律。属于空间科学的范畴。是物理、计算数学、电子、光学、航空（天）、地学等密切结合的新兴学科，对工农业、国防、自然科学研究具有重大的意义。•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（如火山爆发等）的电磁辐射的各种特性，地质体和地质现象及其和环境变化的波谱特性，以及产生的影象特征。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；•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的具体应用和实效评估。•（二）遥感平台（分类）•指放置遥感器的运载工具。按高度可分为航空和航天平台。在不同高度进行多平台遥感，可获得不同比例尺、分辨率和地面覆盖面积的遥感图像。•1、航空平台：是指在大气层内飞行的飞行器，高度为100m—30km，主要有飞机、直升机、飞艇、气球等。•2、航天平台：是指在大气层之外飞行的飞行器，高度为几百—几万公里；如人造地球卫星、探控火箭、宇宙飞船、航天飞机、太空站等。•（三）遥感的发展简况•1839年第一张黑白航片问世到20世纪30年代，主要应用于军事侦察，1941年出版了《航空照片应用与判读》为各方面应用提供了理论基础进入20世纪50年代，苏美广泛应用，黑白、彩色航片进行军事、地质测量，取得明显效果。1957年苏联发射第一颗人造卫星,1972年美国发射第一颗地球资源卫星（ERTS即MSS其分辨率80m）后改为陆地卫星（Landsat5—7即TM、ETM分辨率达30m和15m），由于具有快速、动态、多时相、质量好，成本低等特点被广泛应用。•我国1970年4月24日发射人造地球卫星（东方红1号），1971年3月3日发射科学实验卫星，并回收，至今共发射17颗返回式卫星；中国风云系列气象卫星（包括3颗极轨卫星和一颗同步卫星）已经能获取全球多种气象数据；中巴地球资源卫星于1999年10月14日升空至05年第二颗已发射升空。经过近30年的努力,我国已形成较为完整的遥感卫星技术系统和实用化的应用系统,进入同地理信息系统和全球定位系统相融合的产业化进程。•二、遥感资料的特点及其解译方法•这里所谓的遥感资料，主要是指目前通用的航、卫片及其数字化资料。•（一）航卫片特点•1、航空照片•航空照片可分为全色黑白、天然彩色、红外彩色、多波段航空像片等；其为中心投影，偏斜度不超3度，中心部分准确，边缘畸变；按航带重迭56-60%和15-20%，需在立体镜下观察来识别物体，影象细部明显优于卫片。•2、卫星照片•卫星遥感影像有彩色和黑白，彩色图像又有真彩色、假彩色之分等。即各类不同的卫星数据：分扫描和摄影，早期为地球资源卫星（ERTS）的MSS多中心扫描片，现在各类不同分辨率的卫星数据非常多，鉴于经济、实用及项目工作要求等实际情况现我省各行业绝大部分利用TM或TM/ETM数据进行各类遥感解译工作。我院现全省TM、TM/ETM数据已购置全（见图）。三、遥感资料特点及其解译方法•遥感解译方法、原则和程序•遥感解译：即为从遥感图像中识别和提取某种影像，赋予特定的属性和内涵以及测量特征参数的专业化过程。•遥感地质解译：机助地质解译有两种方式，一是以数字遥感影像为信息源，以ERDAS、MAPGIS、PCI和PHOTOSHOP等软件为解译平台，根据地质体遥感解译标志，解译圈定岩性、构造、接触关系、地质灾害和土地荒漠化等地质现象；二是以遥感影像为背景，叠合专题地质图层，结合典型地质体影像特征，进行对比修正解译。•以遥感资料为信息源，以地质体、地质构造和地质现象对电磁波谱响应的特征影像为依据，通过图像解译提取地质信息，测量地质参数，填绘地质图件和研究地质问题的过程（行为）。遥感数据的收集，它包括遥感数据、地理数据和地质资料的收集，是遥感地质调查工作的基础。以前通常是目视解译为主，现在一般是在计算机上以人机对话方式进行识别和解译工作，其基本方法有五点：•1．解译是认识实践的反复过程，首先要熟悉、吃透本工作区域的有关资料（即地质、地貌、水文、气象、植被、土壤、物探、化探资料及前人各类工作成果）；分析研究前人对区域地质遥感解译成果的合理、可靠程度，弄清遥感资料能解决的地质问题和已解决及有待解决的地质问题。地质体的性质是多方面的，主要包括物理性质与化学性质两大类，遥感主要是反映地质体的光谱特征信息，对全面认识地质体而言，有其局限之处。•遥感影像记录的是地质体光谱反射（SAR为后向散射）和辐射特征，地质体性质和表面特征不同所反映出的光谱特征差异可通过色、形、纹、貌四种影像特征要素加以表征。不言而喻，能通过地质、物探、化探多方信息去认识地质体，则是更为全面、可靠的。因此在遥感解译中，应充分收集利用已有地质、物探、化探等资料进行综合解译分析，有助于提高成果质量。地、物、化、遥多元信息的综合研究，在区域上常采用计算机多元信息迭加处理的方式来实现。通过空中、地面、地下三维空间信息的综合研究，将对地质体的空间展布和时间演化取得更好效果。•2．总体观察分析，也就是初步解译，了解区域的格架，对地层、岩石、构造、矿产、地貌等因素的内在联系看成一个整体，分析其标志的意义，由整体到局部进行逻辑性推理判断，区分异同。主要完成基础数据资料的收集、卫星影像图制作、遥感地质初步解译和野外地质踏勘四项工作，为专题遥感地质调查、区域遥感地质调查设计编写提供充分的遥感地质依据，对正确、合理部署野外调查工作起重要作用。•3．对比分析，有条件要依据不同比例尺、片种、时代、季节、波段、毗邻地段进行对比，了解解译标志变化与地质体、地质现象间的关系，提高认识。•由于一种类型遥感图像只能反映一个时期、一种分辨率、一个最佳波段组合的图像，因此在地质解译中往往受到信息源的限制，影响解译效果。如工作需要或有条件获取更多类型遥感数据时，应充分应用这些信息进行综合地质解译。为了减少云、雪及植被覆盖对地质体的影响，应选择最佳时相图像作解译。当仍不能避让覆盖时，可选择其它时相图像对覆盖区作补充。•另外，解译中要注意研究不同地质体在各波段图像上的影像特征，通过单波段图像中不同地质体波谱特性的反映，进一步深化地质解译。在单波段不同地质体波谱特性研究的基础上，再选择合适、有效的图像处理方法进一步增强或提取有效的地质信息，因此遥感解译地质图应是多源遥感数据解译的综合结果。•4、资料分析•遥感数据是遥感地质解译必需的基础数据源。为了最大限度地利用遥感数据提取地质专业信息，应系统地了解掌握各类遥感数据的基本技术参数、地学特征，确保数据类型、最佳波段和最佳波段组合的选取。•1）了解和掌握资料的技术参数，如成像时间、季节、成像仪器、波段、经纬度、太阳高度角等，供解译时参用。•2）分析研究前人对区域地质遥感解译成果的合理、可靠程度，弄清遥感资料能解决的地质问题和已解决及有待解决的地质问题。•3）在明确前人解译成果中哪些是可以直接利用后，明确本次工作力争突破的重点和难点。•4）为合理选择新的遥感数据源、数据源组合及遥感地质信息处理方案提供依据。•5、解译的原则应采用由已知到未知、从区域到局部、先易后难、由宏观到微观，从总体到个别，从定性到定量，循序渐进，不断反馈和逐步深化的方法进行工作；边解译边勾绘，同时予以编录（填写解译卡片）。指出成果及问题解决途径。设计中必须安排遥感解译验证工作量，结合测区遥感图像，编制踏勘工作计划，并将计划的工作内容、位置等部署在初步解译图上，用来指导踏勘工作的实施。根据踏勘工作计划与部署，全面实施踏勘路线调查。踏勘结束后应对路线踏勘资料进行系统的、详细的分析、整理和研究，初步建立各类地质体的遥感解译标志，编制遥感地质解译草图。其目的是概略了解和掌握区域地质特征、地质体解译标志建立的准确性，系统采集其岩性特征、岩石组合特点、边界地质属性，为正确提取地质体信息、区分属性提供野外依据。6、详细解译，以遥感解译草图为底图，在初步解译的基础上，通过野外检查验证(野外工作后)，确定标志的可靠性，予以外延，标志经过修改后重新进行解译(即通过各种资料对比及野外工作后对各类地质体、线、环形构造等新的认识)，配合地质需求对调查的地质问题进行分析与综合研究，完善地质解译标志，加以修正定稿。遥感地质解译查证的主要内容包括编（填）图单元的岩性特点、组合特征、边界属性，单元建立划分的准确性，填图单元的定性、定位是否准确，符合实际，解译标志是否正确，对具体查证的结果应及时记录和评价，对解译图上有错或不足之处应在现场修改、补充填绘。切记解译工作一定要实施在地质工作之前和过程中；绝对不应该在全部工作完成之后，在室内搞形式主义的应付，不仅没有真正体现遥感解译的效果，反而贬低遥感解译的真实意义，对发展遥感工作带来十分有害的后果。如不具备在计算机上以人机对话方式进行识别和解译工作的单位，初步解译可聘请遥感解译人员进行解译工作（但在解译的过程中必须要有项目组的有关人员参加），初步解译工作完成后由解译人员协助有关人员一起将解译好的影像图上的内容转绘到计算机中的GS图像上，并建立矢量化图层，最终提交遥感地质解译数字化图件，对比-详细-综合解译可在此基础上在野外工作后进行修改和补充。四、遥感解译方法、标志及其综合应用•为了准确进行遥感地质解译，解译者首先应具备一定的地质、遥感知识；其次应对解译区的地质基础、构造格架、灾害地质、地形地貌和水文情况等要有粗略的了解。常用的解译分析方法有：•（一）直判法•根据不同性质地质体在遥感图像上显示出的影像特征、规律所建立的遥感地质解译标志或影像单元，并在遥感图像上直接解译提取出构造、岩石等地质现象信息，实现地质体解译圈定与属性划分。•（二）对比法•对未知区遥感图像上反映的地质现象，通过已知区图像特征与解译标志的对比进行解译。如图像上解译的遥感矿化蚀变异常，往往是通过已知含矿区矿化蚀变异常标志来进行对比圈定。•（三）邻比法•当图像解译标志不明显，地质细节模糊，解译困难时，可与相邻图像进行比较，将邻区的解译标志或地质细节延伸、引入，从而对困难区作出解译。如多组断裂交汇区或断裂带交切关系的解译时，采用邻比法一般可取得好的效果。（四）综合判断法当目标在图像上难以直接显现时，可采取对控制地区目标物有因果关系的生成条件、控制条件的解译分析，预测目标物存在的可能性。综合判断法除对图像上目标物的环境作综合分析判断外，也可收集地质、物探、化探等方面的资料进行