基于成像光谱数据的岩矿信息识别系统设计与实现
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摘要
成像光谱数据的光谱分辨率很高,包含很多从可见光到热红外波段的光谱信息,是一个高维的光谱数据集,同时又包含丰富的空间、辐射信息,给地质勘探应用带来了新的机遇。基于成像光谱数据的岩矿信息识别是遥感地质勘探领域的一个研究热点。
本文面向地质矿产勘探,围绕基于成像光谱数据的典型蚀变矿物和岩性信息识别展开研究。首先,在总结成像光谱遥感探测技术特点、分析岩矿识别技术研究现状的基础上,面向成像光谱数据设计了一种半监督的典型蚀变矿物与岩性信息提取与识别方法,给出了典型岩矿信息识别的业务化处理流程；其次,进行成像光谱数据岩矿信息识别系统框架,以及岩矿信息识别、岩矿分类填图等核心模块的详细设计；然后,在系统框架和功能模块详细设计的基础上进行系统的开发与实现,包括成像光谱数据图像端元提取和光谱匹配识别等关键步骤以及最小噪声分离、纯净像元指数、光谱匹配等核心算法的研究与实现；最后,基于实际航空成像光谱数据进行系统试验分析,验证了本文岩矿信息识别系统的有效性,可用于辅助地质矿产勘探的实践工作。
Spectrographic data has the very high spectral resolution, which can collect spectrum information simultaneously in hundreds of narrow and contiguously spaced bands, with wavelengths ranging from the visible spectrum to the infrared region. Thanks to the high dimensional data and the rich space, radiation information, spectrographic remote sensing has been increasingly utilized for mineral exploration. The information identification of rock and mineral in spectrographic data is a research hotspot in the field of remote sensing in geology.
The identification information of the typical altered rock and mineral is studied for mineral exploraion. First of all, based on the characteristics of hyperspctral remote sensing detection technology and the present research of rock and mineral identification, it designs a half supervision of the typical altered minerals and litholoy information extraction and identification methods of spectrographic data, and gives the processing of the typical rock and mineral identification; Secondly, it designs the system framwork of information identification of rock and mineral in spectrographic data and the core modules of information identification, classification and mapping of rock and mineral in detail; Then, it explores and designs this system based on the detailed design of the system framwork and function modules, including the key steps, such as endmember exraction, spectrum matching and identification of spectrographic data, and gives the detailed design of the important algorithms, such as minimum noise fraction, pure pixel index, spectrum angle matching; At last, it tests the actual spectrographic data systemly, and the result shows that the information identification system of rock and mineral is available, and can be used to help the parctice work of mineral exploration.
本文面向地质矿产勘探,围绕基于成像光谱数据的典型蚀变矿物和岩性信息识别展开研究。首先,在总结成像光谱遥感探测技术特点、分析岩矿识别技术研究现状的基础上,面向成像光谱数据设计了一种半监督的典型蚀变矿物与岩性信息提取与识别方法,给出了典型岩矿信息识别的业务化处理流程；其次,进行成像光谱数据岩矿信息识别系统框架,以及岩矿信息识别、岩矿分类填图等核心模块的详细设计；然后,在系统框架和功能模块详细设计的基础上进行系统的开发与实现,包括成像光谱数据图像端元提取和光谱匹配识别等关键步骤以及最小噪声分离、纯净像元指数、光谱匹配等核心算法的研究与实现；最后,基于实际航空成像光谱数据进行系统试验分析,验证了本文岩矿信息识别系统的有效性,可用于辅助地质矿产勘探的实践工作。
Spectrographic data has the very high spectral resolution, which can collect spectrum information simultaneously in hundreds of narrow and contiguously spaced bands, with wavelengths ranging from the visible spectrum to the infrared region. Thanks to the high dimensional data and the rich space, radiation information, spectrographic remote sensing has been increasingly utilized for mineral exploration. The information identification of rock and mineral in spectrographic data is a research hotspot in the field of remote sensing in geology.
The identification information of the typical altered rock and mineral is studied for mineral exploraion. First of all, based on the characteristics of hyperspctral remote sensing detection technology and the present research of rock and mineral identification, it designs a half supervision of the typical altered minerals and litholoy information extraction and identification methods of spectrographic data, and gives the processing of the typical rock and mineral identification; Secondly, it designs the system framwork of information identification of rock and mineral in spectrographic data and the core modules of information identification, classification and mapping of rock and mineral in detail; Then, it explores and designs this system based on the detailed design of the system framwork and function modules, including the key steps, such as endmember exraction, spectrum matching and identification of spectrographic data, and gives the detailed design of the important algorithms, such as minimum noise fraction, pure pixel index, spectrum angle matching; At last, it tests the actual spectrographic data systemly, and the result shows that the information identification system of rock and mineral is available, and can be used to help the parctice work of mineral exploration.
引文
[1]童庆禧,张兵,郑兰芬.高光谱遥感——原理、技术与应用[M].北京：高等教育出版社,2006.
[2]童庆禧.我国高光谱遥感的发展[J].中国测绘报,2008(3)：1-3
[3]毕晓佳.高光谱遥感岩矿填图应用研究[D].成都：成都理工大学,2009-6.
[4]束炯,王强,孙娟.高光谱遥感的应用研究[J].华东师范大学学报自然科学版,2006(4)：1-10.
[5]童庆禧,张兵,郑兰芬.高光谱遥感的多学科应用[M].北京：电子工业出版社,2006.
[6]陈述彭,童庆禧,郭华东.遥感信息机理研究[M].北京：科学出版社,1998.
[7]王文卿.遥感技术在国土资源管理中的应用现状及前景[J].测绘通报,2009(6)：38-40.
[8]燕守勋.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[J].遥感技术与应用,2004,19(1)：52-63.
[9]杨承蕊,张和生.遥感技术在我国土地利用调查中的应用[J].科技情报开发与经济,2008,18(1)：132-133.
[10]甘甫平,王润生.高光谱遥感技术在地质领域中的应用[J].国土资源遥感,2007,(4)：57-60
[11]刘天乐.基于高光谱遥感的矿物光谱特征分析和提取[D].中国地质大学,2009
[12]甘甫平,王润生,马蔼乃,张宗贵.光谱遥感岩矿识别基础与技术研究进展[J].遥感技术与应用,2002,17(3)：140-147
[13]陈德科.基于改进高斯模型的高光谱遥感岩矿识别[D].中国地质大学,2008
[14]裴承凯,傅锦.高光谱遥感技术在岩矿识别中的应用现状与前景[J].世界核地质科学,2007,24(1)：32-38
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[18]白继伟.基于高光谱数据库的光谱匹配技术研究[D].北京：中国科学院,2002.
[19]李新双.光谱数据库的设计及光谱匹配技术研究[D].武汉：武汉大学,2005.
[20]许卫东,尹球,匡定波.地物光谱匹配模型比较研究[J].红外与毫米波学报,2005,24(4)：296-300
[21]徐元进.面向找矿的高光谱遥感岩矿信息提取方法研究[D].北京：中国地质大学,2009
[22]甘甫平,王润生.遥感岩矿信息提取基础与技术方法研究[M].北京：地质出版社,2004.
[23]张杰林,岑长华,陆书宁,韩晓青.砂岩型铀矿光谱特征匹配技术研究[J].铀矿地质,2003,19(2)：119-125
[24]陈方,牛铮,骆成凤,王长耀.一种基于光谱知识库的TM影响地物识别方法[J].遥感技术与应用,2005,20(4)：386-392
[25]白继伟,赵永超,张兵,童庆禧,郑兰芬.基于包络线消除的高光谱图像分类方法的研究[J].计算机工程与应用,2003：88-90
[26]董广军,张永生,戴晨光,邓雪清.基于信息散度特征的高光谱影像识别技术[J].仪器仪表学报,2006,27(6)：2091-2092
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[40]张兵,高连如.高光谱图像分类与目标探测[M].北京：科学出版社,2011.
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[42]甘甫平,王润生.遥感岩矿信息提取基础与技术方法研究[M].北京：地质出版社,2004.
[43]Roger N. Clark, Gregg A. Swayze, K. Eric Livo, etc. Imaging Spectroscopy:Earth and Planetary Remote Sensing with the USGS Tetracorder and Expert Systems[J]. Journal of Geophysical Research,2003.
[44]唐攀科,李永利,李国斌等.成像光谱遥感技术及其在地质中的应用[J].矿产与地质.2006,20(2)：160-165.
[45]张凯.基于子空间分析的高光谱图像目标检测技术研究[D].杭州：杭州电子科技大学,2009.
[46]郝建亭.光谱数据处理及其在植被信息提取中的应用——以岷江上游毛儿盖地区为例[D].成都：成都理工大学,2008.
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