地质遥感技术研究介绍

    遥感地质，地质学分支学科，又称地质遥感，是综合应用现代遥感技术来研究地质规律，进行地质调查和资源勘察的一种方法。以下节选《地质遥感：概述》论文的概念与原理、遥感技术关键特征等部分内容，文章题目为《地质遥感：概述》(Geological Remote Sensing: An Overview)。地质遥感是现代地质调查的重要内容。本章全面概述了遥感技术在地质研究中的原理和应用，重点介绍了先进平台负载利用、智能数据处理方法和地质遥感应用方面的最新突破。此外，它强调了与数据解释、数据限制和操作限制相关的挑战，指出了解决这些问题的进一步研究方向。
地质遥感概念与原理
    地质遥感是利用遥感技术研究地球地质特征的交叉学科领域。利用各种遥感传感器，包括卫星、航空遥感、地面测量仪器和地质调查设备，可获得地球表面和地下的信息，帮助科学家了解地质结构、岩石类型和矿产资源。地质遥感的关键原理是基于电磁频谱，电磁频谱可以涵盖一定范围的电磁辐射频率，包括可见光、红外和微波辐射。不同的地质材料以独特的方式与特定波长相互作用，从而根据其光谱特征识别和区分各种地质特征。有了这些信息，地质学家进一步利用图像处理技术，包括图像增强、分类和特征提取，提取有关地球表面的有价值的信息，实现地质结构、矿物和其他相关特征的识别。
地质研究关键遥感技术
    地质研究中使用的遥感技术主要有多光谱和高光谱、雷达、热红外和激光雷达遥感，其原理如下：
• 多光谱遥感使用传感器捕获多个波长范围的表面反射或辐射数据。不同的岩石和矿物在不同的波长下表现出不同的光谱特征。例如，铁矿石在可见光和红外光谱范围内具有特定的光谱特征， 可用于检测铁矿床。
• 高光谱遥感是多光谱遥感的进一步发展， 它提供了更多的光谱通道和更精细的光谱分辨率。这使得科学家能够更准确地识别不同的矿物和岩石类型。
• 雷达遥感利用可以穿透云层和植被的微波辐射来获取地表和地下的更多信息。这对于研究地质构造和地下地质特征很有用。雷达遥感还可以检测地表形变， 用于监测地震活动和地质灾害。
• 热红外遥感可用于识别与不同材料和过程相关的温度变化， 从而识别热异常，例如热液活动和火山喷发， 这对于地质研究和灾害评估至关重要。
• 光探测和测距 (LiDAR) 技术使用激光脉冲来测量到地面的距离， 生成地形和表面特征的高精度 3D 表示。它可用于创建高分辨率数字高程模型（DEM）、分析地表形态和识别地质结构。
地质遥感解译的关键特征
    遥感技术主要依赖于提取对表示地质信息至关重要的各种特征，包括地球表面和地下的地质成分、结构和动力学。使用遥感可以提取的关键特征包括：
• DEM特点：雷达遥感可以提供准确的地形数据， 这对于创建DEM和表征地形特征至关重要。这些信息是识别地貌、地质结构和地表过程的关键特征。
• 光谱特征：光谱特征可以包括不同矿物或岩石类型的特定反射模式， 可以通过多光谱或高光谱遥感技术检测到。
• 点云特征：点云数据提供地球表面 3D 结构的详细表示， 有助于识别悬崖、山谷和其他地形元素等地质特征。这可用于研究地貌和地质结构的更精细细节， 从而更全面地了解地球表面。
• 温度异常：温度的变化可能表明某些地质现象的存在， 例如热液活动或地下结构。
• 雷达成像特点：雷达反向散射可以捕获反向散射信号， 从而识别表面粗糙度、地下结构和不同的材料特性， 包括地表以下的材料，例如基岩和沉积层。
• 时间序列变化信息：时间序列变化信息可以表征地表形变， 从而可以监测地面沉降、构造运动等地质过程。
地质研究遥感技术体系
    岩性研究遥感技术的技术方法体系包括以下几个部分：
• 图像处理：辐射、几何、大气校正、图像融合、滤波等图像预处理技术， 提高遥感图像的质量和可解释性， 实现更准确的岩性分析。
• 影像解译：遥感地质解译是指从遥感影像中提取遥感地质信息的过程， 主要包括岩性地层解译以及构造解译。遥感地质图像解译包括目视解译、人机交互解译等。遥感地质解译经历了从人工解译到半自动解译， 正在向全智能解译方向发展。地质遥感影像智能解译是指利用人工智能技术对遥感影像地质信息进行自动化、智能化解译。
• 图像分析：专家可以利用光谱特征分析和先进的分类算法， 根据各种岩性单元、矿物成分和地质结构独特的光谱特征来识别和绘制地图， 从而对不同的岩石类型和地质构造进行分类。
• 可视化：通过遥感数据和地理空间软件工具的分析， 可将地质信息可视化并分析其空间分布以供进一步应用。
地质遥感应用
    基于遥感技术，地质学家可以收集全面、准确的数据，这对于在矿产勘探、环境管理和减轻自然灾害等各个领域做出明智的决策至关重要。地质遥感空间技术可分为两个尺度：一是针对成矿区带，利用卫星遥感数据，特别是近年来获取的高光谱卫星数据，优化找矿区域；其次，在重点勘查区域，利用航空或无人机遥感数据确定找矿目标区。充分发挥基础研究优势，在地质遥感解译理论创新和宏观解译技术方法攻关中发挥重要作用，重点研究多模态遥感空间的特殊响应，以及陆地质量聚集和扩散过程中的时间光谱模式。要以专题地质遥感测图为把柄，继续深化对重点成矿区和重点含油气盆地总体框架的认识，着力解决岩石关键基础地质问题陆块聚集和分散过程中的地层学、构造学等。迫切需要着力解决岩石关键基础地质问题，其主要应用领域的其他详细说明如下：
• 地质结构识别：遥感可以帮助地质学家识别各种地质特征， 如岩层、断层、褶皱和沉积结构，并有效地绘制大面积的空间分布图。
• 矿物勘探和测绘：不同矿物表现出可以使用遥感技术检测到的特征光谱特征， 可用于定位潜在矿产资源并更有效地规划勘探活动。
• 地形分析和测绘：DEM和激光雷达点云等遥感数据可以提供对地形分析和 测绘至关重要的详细地形信息。地质学家可以创建准确且高分辨率的地球表面地图， 使他们能够详细研究地形特征和地貌。
• 环境影响评估：时间序列遥感可用于监测和评估人类活动（例如采矿）对当地环境的影响， 通过跟踪植被覆盖、土壤成分的变化， 使他们能够评估这些活动随时间推移对环境的影响。
• 自然灾害评估：同样，时间序列遥感可用于分析地表特征和变形模式的变化， 以评估和监测各种自然灾害，包括滑坡、地震和火山爆发， 地质学家可以更好地了解导致这些危险的过程， 并开发预警系统以减轻其潜在影响。