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不同自然景观区遥感矿化蚀变信息提取关键技术研究及应用示范

2014-04-25

不同自然景观区的遥感图像蚀变信息检测与提取是一个复杂的问题,更多的研究应用人员一般都侧重于直接研究蚀变信息提取的技术方法,而很少有人去研究图像特征的检测与诊断问题。有色金属矿产地质调查中心张远飞、朱谷昌、邵拥军、杨自安、吕伟艳、刘碧虹、石菲菲、张建国、刘忠法、邹  林、吴德文、袁继明等实施了“不同自然景观区遥感矿化蚀变信息提取关键技术研究及其应用示范”项目,通过把光谱混合理论、随机场理论及盲信号分离的理论思路有机地结合起来,深入分析不同自然景观区遥感图像的光谱点阵空间的几何结构特征(重点剖析二维散点图),而后在加以归纳、总结与分类的基础上,对蚀变信息检测与提取中的“背景”、“干扰”与“蚀变异常”的界定与解释提出一些新的构想与方法,逐步形成图像特征的检测与诊断技术体系。

一、技术研究成果

1.针对不同自然景观区的遥感图像的复杂性与多样性,提出了遥感图像基本特征诊断的分析思想,建立了遥感蚀变信息多层次分离的技术模型,包括基于图像空间多级分类的分离模型、基于光谱曲线特征分析的分离模型和基于矿物分层谱系识别的分离模型。

2.构建了遥感图像基本诊断与遥感蚀变信息提取多层次分离模型的主要技术体系。包括:遥感光谱数据波段序结构分析体系;遥感光谱数据空间结构分析体系;特征变量选择与组合技术体系;干扰因素剔除技术体系;蚀变信息提取核心方法技术体系。

3.系统而深入地研究了不同自然景观区光谱数据空间的几何结构特征,结合光谱混合模型理论与随机变量概率分布相关理论,获得了背景异常子空间模型,背景、干扰与蚀变异常的定义,背景与干扰的复杂度特征,干扰因素类型的划分以及干扰与蚀变异常的聚类结构及其分类、定位等一系列研究成果。

4.在光谱数据空间几何结构特征研究基础上,提出了遥感多波段图像二维散点图的基本分类体系,并给出了不同自然景观区蚀变信息提取相应的解决方案。

5.基于光谱数据的空间几何结构特征,提出了以二维相关彩色图像编码和最优彩色图像密度分割等为核心的技术方法,实现了遥感多光谱数据中“蚀变信息”的快速提取。

6.基本形成了一套适用于不同自然景观区的遥感蚀变信息提取方法技术体系和工作流程,编写了《多光谱遥感数据蚀变信息提取技术指南》。

二、主要应用成果

1.在示范研究区提出的一些遥感综合信息异常区为青海黄南州同仁库泽、新疆哈密库木塔格(雅满苏)和内蒙古扎鲁特旗突泉县等三个地区进一步找矿提供了重要线索和依据。

2.在三个不同自然景观区中提取的很多遥感蚀变异常信息区都与化探异常区有很好的吻合,这为化探异常的评价提供了依据。

3.在青海黄南州同仁库泽地区发现矿点1个、矿化点2个;新疆哈密库木塔格(雅满苏)发现矿点1个、矿化点3个;内蒙古扎鲁特旗突泉县地区发现矿点3个、矿化点5个。

4.项目研究的方法技术体系和工作流程适用于各种不同的自然景观区的遥感矿化蚀变信息提取,在国内外几十个不同地区的遥感地质找矿应用中均取得良好的应用效果。

三、主要技术创新

1.提出了遥感图像基本特征诊断的分析思想与技术体系。不同自然景观区的遥感图像蚀变信息提取是一个复杂的问题,仿照医生看病先“诊断”后“开药”的原理,对不同地区的遥感图像首先进行基本特征“诊断”,而后“因地制宜”地对不同地区给出蚀变信息提取的最佳方案。建立了对遥感图像基本特征进行“诊断”检测的相应技术体系。

2.复杂研究对象的简化。遥感蚀变信息提取问题比较复杂,通过3个层次将其转化成相对简单的问题。第一层次,把遥感蚀变信息提取转化成为遥感图像的“背景”、“干扰”与“蚀变异常”3个主要的对象的研究;第二个层次,把遥感数据的图像空间变换成光谱数据的点阵空间(特征空间)去研究;第三层次,以系统论观点研究遥感数据的图像空间与光谱数据的点阵空间。

3.提出遥感蚀变信息多层分离技术模型。基于系统的观点,任何自然物质系统都会呈现出层次结构,遥感图像与其点阵空间也都具有层次结构特征。在多年工作实践与本项目研究的基础上提出了“遥感蚀变信息多层次分离技术”模型,其主要思想是:当遥感蚀变信息属于“强信号”时,可直接予以提取或增强;而当遥感蚀变信息属于“弱信息”时,“背景”和“干扰”通常属于“强信息”,可把“弱信息”的提取(或增强)转换成对遥感图像“背景”和“干扰”的多层次剔除,即通过对“背景”和“干扰”的多层次分离,达到让蚀变信息(即“弱信息”)“水落石出”的目的,最终实现蚀变信息的增强与提取。

4.构建了遥感图像基本特征诊断的技术体系。包括遥感图像波段序结构分析技术体系(图像全局特征诊断)和遥感图像光谱数据空间结构分析技术体系(图像局部特征诊断)。

5.构建了遥感蚀变信息提取多层次分离模型的主要技术体系。包括:特征变量选择与组合技术体系;干扰因素剔除技术体系;蚀变信息提取核心方法技术体系。

6.在光谱数据空间几何结构特征研究基础上,基于物理意义与统计意义,对遥感多波段图像提出了二维散点图的基本分类体系,并在这个分类体系上,给出了不同自然景观区蚀变信息提取的解决方案。

7.基于自主创新的“遥感弱信息多层次分离”基本思想设计的二次信息提取技术,较好地解决了植被覆盖区的遥感蚀变信息提取问题。

四、应用情况与推广应用前景

该研究成果形成的主要技术思想、技术方法和软件系统,在我国多个重要的铜、金、钴、铅锌等多金属成矿区带的遥感地质找矿中得到应用,取得了良好的应用效果。项目工作中预测和圈定的找矿远景区、靶区及大型规模矿产勘查基地为研究区的矿产资源勘查和开发提供了大量的基础资料和决策依据,为该地区经济、社会发展起到积极的推动作用。

研究成果所取得的主要思路与技术路线,已经在国内外多个课题与项目中得到应用与实践,研发的软件系统也在多个国内地区与海外(主要在非洲与东南亚)地区的遥感地质找矿中得到广泛应用,不仅能应用于地质勘查的遥感矿物蚀变信息提取,通过适当的转化也能适用于非地质的其它方面的遥感图像的“弱信息”检测与分析挖掘。随着遥感技术的发展,尤其是高光谱技术的广泛应用,该课题所研制的软件系统会有一个非常广阔的市场前景。