遥感岩矿光谱研究的现状和发展趋势

2025-04-01 22:40:01

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回答1：

2.2.2.1 遥感光谱研究的现状

遥感岩矿光谱是遥感地质的基础研究工作之一，它在空间传感器的设计、最佳遥感波段的选择、卫星遥感数据的大气校正、图像数字处理方法的选择、参数的确定以及应用解译标志的确定等方面具有极其重要的意义，因此，国内外一些遥感研究部门对遥感岩矿光谱的研究，包括光谱的测试、数据分析处理和应用工作十分重视。

美国、前苏联等国家，从20世纪60年代到70年代主要在实验室和野外对岩矿和其他地物的光谱特性进行测试和分析，如对岩石、矿物、土壤、水体、农作物、森林、草地，积累了大量有价值的光谱信息，为80年代航空多光谱、航天遥感（MSS、TM）技术的发展和应用打下了基础。随着遥感技术的发展和应用领域的扩展，对岩矿光谱的研究不仅要对岩矿光谱进行测试、分析，而且还要对其进行数据分析处理以及应用方法研究，于是在80年代，遥感岩矿光谱研究非常活跃，形成了一个热点，尤其是国内在80年代初期更是如此。在这一时期，主要对遥感地物波段型的光谱数据作一些统计处理分析，如：均值、中值、方差（标准方差），T检验、秩检验和游程检验，回归分析、聚类分析、判别分析、主成分以及因子分析（庄培仁等，1986）等等。通过这些分析处理，一方面直接应用分析地物（如岩矿）的物理化学性质，另一方面与航天遥感数据MSS和TM对应分析，指导其图像处理，进行光谱选择以及应用解译标志的建立。在80年代后期，科学技术发展日新月异，航空、航天遥感技术发展也非常迅速，出现了航空的成像光谱技术，这一新技术的发展，使得遥感技术从微米级（μm）走向纳米级（nm）。遥感传感器的光谱分辨率提高了数十倍，甚至数百倍。野外遥感岩矿光谱仪从波段型（低分辨率）发展成连续的高分辨率光谱仪。由于成像光谱技术具有光谱-图像合二为一的特性，在航空、航天遥感成像光谱数据的分析处理和应用时，对岩矿光谱的研究就显得尤其重要，于是在这一时期岩矿光谱的分析测试以及光谱数据处理分析中，其特征的量化表示与提取的方法研究形成了光谱分析的热点。光谱特征信息处理、量化表示和提取的主要技术方法有：波形分析、光谱分析、外壳系数分析、编码分析（坡向编码、特征编码等）以及数据库技术。如果说80年代中期是成像光谱技术萌芽阶段，后期是发展阶段的话，那么，20世纪90年代成像光谱技术的发展与应用就是遥感技术发展的标志性阶段。在这一阶段，与之相应的遥感光谱研究也是迫切需要的，除了上述提到的方法技术之外，光谱特征分析（如特征谱形成机理），特征谱的提取、分析技术、与成像光谱对应分析技术以及光谱数据库分析技术则是光谱分析研究的重点，同时也代表着这一领域的研究方向。

国内的遥感研究起步比较晚，在20世纪70年代后期才开始。从这一段学习时期到80年代初期，国内的一些遥感研究部门，一方面开始进行岩矿光谱测试，另一方面开展MSS数据分析处理与应用。在这一阶段，国内遥感技术发展迅猛。到80年代中、后期，遥感岩矿光谱研究显得后劲不足，处于萧条阶段，主要进行一些对应TM波段的光谱测试，以及与之对应的数据统计分析，来指导TM图像处理与应用。

改革开放以来，国际技术交流在我国发展很快，遥感新技术——成像光谱技术，于90年代初期在我国就开始发展起来了。上海技术物理研究所研制的79通道成像光谱仪（AIS），谱写了我国遥感技术的新篇章，相继的一些研制机构开展了成像光谱技术，如中国科学院遥感应用研究所、上海技术物理研究所等。与之相应的光谱特征研究方法技术就成为了这一时期的成像光谱技术研究的热点之一。相应的分析方法技术，基本与国外水平相当。其主要技术仍然是开发遥感光谱特征数据库，成像光谱图像与光谱对应分析处理方法、特征谱的提取与识别的方法。

从20世纪60年代以来，随着国内外遥感技术的发展，遥感岩矿光谱特性研究的发展与现状如表2-2-1所示。从该表中，我们可以看出，国际上遥感岩矿光谱研究主要可以分为三个阶段。第一阶段（60～70年代），主要是岩矿光谱现状特性测试分析期；第二阶段（80年代），主要是光谱特性数据分析期；第三阶段（90年代），主要是成像光谱分析期。

2.2.2.2 遥感光谱的应用范围

由于光谱是地球表面上各种物质的电磁光谱反射、辐射（发射）、散射及透射的特性所形成的，因此涉及到从紫外到微波波长范围内各种地物的光谱特性研究与应用。在本书中，我们只讨论岩矿的反射光谱特性的应用研究范围。

表2-2-1 岩矿光谱研究发展与现状

2.2.2.2.1 地质学中的应用研究

我们赖以生存的地球其表层绝大部分是由岩石、矿物组成的。地质学中最为重要的研究课题之一就是岩石、矿物的形成以及其物理、化学特性研究。由于岩石、矿物的反射光谱是岩石、矿物的组成成分、结构构造的一种表现形式之一，它指示着岩石、矿物成分以及结晶的结构构造。因此，通过其光谱特性分析来研究岩石、矿物的各种物理、化学特性，可以为岩矿的基础理论研究提供一种新的方法技术。

地质学中除研究岩石、矿物、地质构造、地质演变过程之外，另一重要目的就是找矿勘查。找矿勘查是为了寻找固体金属矿、石油与天然气以及稀有金属矿等等。从光谱特性上分析表明，如果该岩矿光谱特征位于矿化蚀变波段位置上，如1.40μm，1.90μm，2.20μm，2.35μm等，那么我们就推断该岩矿处于成矿有利的蚀变带上，或称该岩矿为蚀变岩。找矿的一个重要标志线索之一，就是寻找蚀变带，有利于缩小找矿范围（靶区）。更深入的研究表明：蚀变带上岩矿光谱特征信息还可以指示该蚀变带在热液蚀变形成过程中温度的情况。不同温度的热液蚀变类型，可形成不同成因类型的矿床，而不同的热液蚀变岩，有不同的光谱特征。因此，蚀变带岩矿光谱特征信息是寻找矿床的有利指示信息。

2.2.2.2.2 其他领域中的应用

岩矿光谱研究在地质找矿勘探上应用比较广泛，它对遥感新传感器的波段研制与选择，遥感图像处理的方法技术，遥感的各个应用领域的解释提供理论指导，以及对航空、航天遥感数据进行标定。除此之外，光谱可直接应用于森林资源的长势评估、病虫害调查，农作物（如水稻、小麦以及经济作物甘蔗）的长势分析和估产，植被冠层覆盖率的计算，以及通过光谱特征分析直接研究物质的性质及其变异状况，例如，研究分析肌肉、肿瘤、物品的瑕疵和伪装物的光谱特性，以便达到识别这些物质的真伪情况，从而更有利于了解其物性。在医学上，通过对大量正常与异常细胞组织进行可见光、远红外以及短波红外光谱测试分析，提取各自的光谱特征，然后通过待识别的组织细胞进行光谱测试分析，通过把它与已有的大量正常的与异常的（含良好的、恶性的）进行对比分析，来确定待识别的组织类型。在军事伪装上，人工制作伪绿色，事先我们知道绿色植物绿色的光谱特征，对待测的伪装色进行光谱测试，以检测其特征谱与待模仿的绿色植物光谱相差多少，经过多次制作、多次光谱测试对比分析，来逐步使其与待模仿的植被光谱特征相一致，以制作高质量的仿伪装。

总之，岩矿光谱研究表明，它在岩性的物化性和岩性的确定、蚀变带制图和矿化地段圈定等地质应用方面，在土壤类型划分、土地利用调查和农作物估产等农业应用方面，在森林类型识别和制图、森林病害的监测和植冠层覆盖率的计算以及其双向反射特性等林业应用方面都具有特殊的意义。归纳起来，主要表现为研究岩矿光谱特性与影像密度之间的对应关系，建立遥感图像的目视解译标志；研究空间遥感图像中一些“影像异常”的反射光谱特征，探讨其成像机理，促进对遥感基础理论的研究；建立遥感信息库和岩矿光谱库，将图像解译从定性分析发展为定量分析和自动识别，根据光谱特征，有目的地选择最适用的数字图像处理方法和参数，从而减少计算机处理中的盲目性，提高处理速度和经济效益。

2.2.2.3 遥感光谱研究的发展趋势

岩矿光谱研究从航空摄影时代，到现在的成像光谱与微波时代，已经走过了半个世纪。在这半个世纪中，岩矿光谱特征的研究无论是对航空摄影技术，还是对遥感技术以及其他相关领域都发挥了极其重要的作用，同时对其自身的发展也起了促进作用，使其更具生命力，有更广阔的应用前景。在可见光、近红外到短波红外波长上，岩矿光谱研究的未来主要集中在下面几个方向：

（1）对具有代表性光谱特征的岩石、矿物、土壤等地物，建立光谱数据库。

（2）分析室内外岩矿表层不同涂层和粒度等因素对光谱的影响效应以及野外获取光谱的方向性效应。

（3）分析并理解包括元素替代（置换）、晶体结构、晶格畸变等在内的化学变化对其光谱的效应。

（4）自然界地物（主要是岩石）光谱特性的确定，包括岩石中矿物混合模型的建立，以便使从成像光谱数据中提取矿物的相对含量（丰度）的精度得到提高。

（5）确定地物的反射、散射和透射光谱之间的相关性。

（6）光谱特征的量化表示及其提取方法技术的完善和发展。

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