基于多源卫星遥感协同的复杂地质体解译研究

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地质体是由地质作用形成的产物,具有成矿的专属性,如何识别成矿地质体,对指导找矿具有重要的意义。地质体形成过程中,往往经历了复杂的地质过程,导致其成分和结构复杂;同时,由于我国中西部部分区域地表条件艰险,无法开展现场的直接调查,限制了复杂地质体的地面勘探。遥感技术已经成为地质工作不可或缺的手段,极大地推动了复杂地质体的高精度、定量化的解译研究。已有研究表明,较高光谱分辨率能够更准确表现地表地质体岩性、矿物物质成分上的差异,而较高空间分辨率能够通过细节纹理差异更精细表达特定地质体间的形态和界线。然而由于目前卫星遥感技术水平所限,单一传感器数据往往很难兼顾空间分辨率与光谱分辨率,这在很大程度上限制了遥感技术在地质体解译中的应用。同时,单一传感器数据由于光谱波段数量的限制往往无法覆盖多种特征矿物所具有的特征波段。因此,如何在现有技术水平下充分利用多源遥感数据分别在空间和光谱上的优势互补,同时充分利用多源数据的光谱波段设置,缓解这一矛盾是一项非常值得探索和研究的工作。本研究以复杂地质体解译为目标,提出了多源卫星遥感协同应用的思想,围绕多源遥感数据光谱、空间协同中的相关问题,研究了多源卫星遥感协同应用框架及协同处理方法。通过构建协同影像数据集,实现了较高空间分辨率影像与较高光谱分辨率影像的综合利用,获得了更全的波段集合。通过在岩浆杂岩体解译、沉积单元解译以及变质岩矿化蚀变提取等研究中应用,对本文提出的方法进行了验证。取得了以下成果:1)根据协同学理论与遥感成像系统的特征,总结了遥感数据协同思想,并建立了以影像像元地表反射率光谱响应一致与尽可能提高各多光谱数据源空间分辨率为原则的多源卫星遥感协同应用框架。2)提出了基于统计回归与波段相关性的光谱协同方法。通过统计回归获取了不同传感器相似波长设置波段的光谱协同因子;利用波段关系及相关性决定不同波长设置波段的光谱协同因子。通过光谱协同后,不同传感器各波段的地表反射率数值在均值、标准差等统计参数上的差异显著减小。3)引入光谱响应函数积分权重改进GS融合方法,提了高空间分辨率统一时的光谱保真性。从各分辨率尺度以及融合结果的各光谱波段的对比实验中,利用均方根误差(RMSE)表明了该方法在光谱保真上的优势;并通过多尺度的融合实验,以信息熵与可变窗口改进局部方差分别评价影像信息量与清晰度,从而确定最佳协同尺度,并将其作为空间协同尺度构建多源遥感协同影像集。4)验证了多源遥感协同处理方法的应用效果,并针对各研究区提出了合适的协同方案。在三峰山岩浆侵入杂岩体区域、拜城-库车沉积岩区域、大青山变质岩区域,分别利用合适的多源遥感数据,将多源卫星遥感协同方法应用于岩浆杂岩体解译、沉积单元解译及变质岩矿化蚀变提取等研究中,取得较好的解译、提取结果,并通过对比实验验证了多源遥感协同方法的优势。侵入单元、沉积单元差异以及地表出露并不广泛的矿化蚀变增强时,均需要SWIR相应波长位置设置的窄波段与空间协同后一定空间分辨率的支持,以缓解混合像元的严重影响;侵入杂岩体与沉积单元解译研究中,复杂地段则需应用协同影像全波段的光谱特征,以及合理的波段比值集合与主成分分析方法,以获得更有效的地质体界线增强结果;在变质岩研究区则增强提取了多个波长位置波段的矿化蚀变,并提出单蚀变增强所需光谱波段若均来自同一传感器时,可仅进行空间协同提升分辨率而不进行光谱协同。本研究在各研究区的效果验证了协同影像在光谱信息丰富程度及空间分辨率上均具有一定的优势,同时也证明了光谱、空间协同的有效性,为复杂地质体的解译提供了一套较为合理的多源卫星遥感数据应用方法。
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