通化地区遥感异常信息提取方法研究

吉林省通化地区遥感异常信息提取方法研究

结题答辩提纲：1、选题背景与意义2、国内外研究现状3、研究内容与技术路线4、研究区数据源与预处理5、蚀变矿物光谱曲线特征6、羟基蚀变异常信息提取7、铁染异常信息提取8、结论9、参考文献1、选题背景与意义

现如今，我国的发展速度迅猛，对各种矿产资源的需求量有增无减，对地球各种矿产资源的开发日益提上日程。于此同时，遥感技术在21世纪以来迅猛发展，人们在不断深入探究将遥感技术与找矿技术结合起来并取得了一系列的研究成果。而对遥感图像异常信息提取的工作与矿藏所在密切相关，因此遥感异常信息提取方法研究这一研究方向就显示出其在生产上的重大实践意义。

2、国内外研究现状

国外研究现状：年代姓名研究内容概述1976年戈茨利用短波红外波段的1.6μm和2.2μm波长两谱带反射比的比值定量划分蚀变岩和未蚀变岩1991年Crosta和Loughlin利用Landsat-5TM图像数据，选择4个波段（TM1，TM3，TM5，TM7或TMl，TM4，TM5，TM7），设计了主成份变换+特定主因子求反的方法填制巴西热带地区残积土壤中的三价铁和羟基蚀变岩信息图2001年Tangestani.m.H和Moore.F利用三种主成分分析法对伊朗Meiduk地区班铜矿蚀变区进行了对比分析2、国内外研究现状

国外研究现状：年代姓名研究内容概述2002年TimothyM.kusky等利用TM5/TM７，TM5/TM１，TM5/TM４的假彩色合成及分析，在阿拉伯一努比亚地盾的干旱气候下提取金矿化蚀变信息2005年Ranjbar.H和Shayestehfar.M.R等人研究了使用ASTER和ETM+数据提取火山沉积区域的钙质页岩和碳酸盐岩的烛变信息,并对提取结果进行比较分析,得出使用ASTER数据提取的烛变信息结果优于ETM+数据2014年Nahid认为应用ASTER7、3、1波段合成图像和比值合成图像(RGB4/5-3/1-3/4)识别不同的岩性地层单元及结构有较好的效果2、国内外研究现状

国内研究现状：年代姓名研究内容概述1991年赵元洪等提出了波段比值的主成分复合法2003年甘甫平，王润生根据多种遥感数据对遥感矿化信息提取基础与技术方法进行了研究2007年刘世英，杨金中，巨生成通过在青海省北祁连成矿带利用美国Iandsat一7卫星ETM+数据进行遥感异常提取的应用研究，认为采用“去干扰一主成分分析一闽值处理技术”(DPT技术)为主要方法提取遥感异常效果较佳2、国内外研究现状

国内研究现状：年代姓名研究内容概述2010年向美琳，陈建国，刘祥旭根据研究区蚀变岩在ETM图像上的光谱特征，利用比值增强、主成分分析及比值增强后主成分分析等方法2015年解骁颖，刘晨对遥感蚀变信息提取常用的主要方法（比值法、主成分分析法、光谱角法）作了介绍，结合门限法划分异常阈值，以Lａndsａt8—OIL为数据源，采用二次主成分分析法，建立了掩模模型，并根据门限法对二次主成分分析法进行了异常阈值划分，提取蚀变异常信息3、研究内容与技术路线研究内容：

蚀变矿物光谱曲线特征的研究(此研究内容为蚀变信息提取的基础，主要依据USGS光谱数据库中铁离子，亚铁离子，羟基离子等蚀变离子的光谱曲线，总结其反射峰，吸收谷的分布波长区域，从而推断出相应的ETM+数据中的波段)蚀变信息提取方法的研究3、研究内容与技术路线ETM+遥感图像图像预处理裁剪辐射校正大气校正主成分分析法比值法异常信息提取结论技术路线：4、研究区数据源与预处理研究区域：吉林省通化地区遥感数据：本文选用数据为Landsat7ETM+遥感图像，数据下载于地理空间数据云。数据标识：LE71180312003094EDC00条代号：118行编号：31中心经度：东经124.8363度中心纬度：北纬41.7402度日期：2003-04-04，云量：04、研究区数据源与预处理裁剪：在该次研究中我们选用的方法是规则分幅裁剪，裁剪后所得到的研究区域为吉林省通化地区（左上角：42°34″N123°59′29″E右下角：41°12′45″125°40′31″E）。辐射校正：辐射校正（radiometriccorrection）是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。大气校正：大气校正指消除遥感图像中由大气散射引起的辐射误差的处理过程。有很多种大气校正方法，经典的有黑暗像元法，此法较为经典也可得到较好的校正效果。4、数据预处理预处理后得到遥感图像：5、蚀变矿物光谱曲线特征含铁离子矿物波谱曲线如图：主要铁离子矿物波谱曲线（来自USGS光谱库）

常见的含铁矿物包括赤铁矿，褐铁矿，针铁矿等等。在波段范围0.94μm，0.90μm，0.85μm，0.55μm，0.45μm处三价铁离子有较强的吸收谷，而二价铁离子在0.45μm，0.43μm，0.51μm，0.55μm，1.8μm~1.9μm，1.0μm~1.1μm处有较强的吸收谷。在ETM+3波段有较高反射峰，在ETM+1波段有较强吸收谷。5、蚀变矿物光谱曲线特征含羟基矿物波谱曲线如图：含羟基矿物波谱曲线（来自USGS光谱库）

羟基是粘土矿物的重要组成部分，常见的粘土矿物包括白云母，绿帘石，绿泥石，阳起石等，粘土矿物的特征光谱受羟基离子的影响很大。羟基离子一般在2.0μm~2.4μm处有较强的特征吸收带，使得这类含羟基和水的矿物及其所组成的岩石（蚀变岩）在ETM+7波段产生低值，而在ETM+5波段有相对的高值。6、羟基蚀变异常信息提取主成分分析法：结合前人研究并进行多次试错后我选用了ETM+1，4，5，7这四个波段进行来进行羟基蚀变异常信息提取，对预处理后的图像进行主成分分析处理后得到ETM+1，4，5，7波段特征向量及信息量如下表：

有上表可见，PC4主要反映了第5,7波段信息且符号相反，特征值分别为-0.723594和0.657842，而ETM+5，1的符号相同与ETM+4，7的符号相反，与羟基主分量判断准则相符，并且和羟基异常在ETM+5高反射，ETM+7处高吸收相反，故而，PC4取反能成为羟基异常指示变量。主成分ETM+1ETM+4ETM+5ETM+7PC10.4266300.5137250.5235260.529145PC2-0.8880760.1156620.3852090.222613PC30.114358-0.8338360.2322630.487538PC4-0.1273950.165608-0.7235940.6578426、羟基蚀变异常信息提取主成分分析法：接下来对ETM+1，4，5，7的第四主分量进行3*3的中值滤波,再进行阈值分割，一般异常分级是借用常规数理统计中表征正态分布的特征因子σ(标准方差)和均值X等，来表达蚀变遥感异常分布状态。利用直方图统计均值X和方差σ，通过对“均值+N×标准方差(σ)”中N的调整，进行异常主分量异常等级阈值分割。即偏离均值X的程度(N倍标准方差σ)表示异常的级别。中值滤波后PC4基本统计信息如下表：

本研究中将异常分为三级，标准差系数分别为-1.8、-2.3、-2.8倍。一级异常上限值0.016008-1.8×3.328762=-5.9757636，二级异常上限值0.016008-2.3×3.328762=-7.6401446、三级异常上限值0.016008-2.8×3.328762=-9.3045256BasicStatsMinMaxMeanStdevBand1-24.23092884.4633640.0160083.3287626、羟基蚀变异常信息提取主成分分析法：羟基阈值分割后，将已知矿点投影到羟基蚀变异常信息提取图上可以得到如下羟基异常矿点图：

6、羟基蚀变异常信息提取比值法：本研究中选用波段ETM+5/7来进行羟基异常信息的提取工作，进行波段运算后再进行中值滤波（3*3），中值滤波后基本统计信息如下表：

BasicStatsMinMaxMeanStdevBand10.0000001.6666671.1631760.0822736、羟基蚀变异常信息提取比值法：再进行阈值分割，

本次实验将异常分为三级，标准差系数分别为1.3、1.8、2.3倍。一级异常为1.163176+2.3×0.082273=1.3524039，二级异常1.163176+1.8×0.082273=1.3112674、三级异常下限值1.163176+1.3×0.082273=1.2701309。再将已知矿点投影到羟基异常信息图上可得如下图的羟基异常矿点图：

7、铁染异常信息提取主成分分析：结合前人研究并在多次试错后我选用了ETM+1，3，4，5波段进行铁染异常信息提取，对预处理后的图像进行主成分分析处理后得到ETM+1，3，4，5波段特征向量及信息量如下表：

由上表易知PC4所反映的第三波段特征值为-0.566668，符号为负，与第四和第一波段符号相反，和主成分分析中第三波段特征值符号应与第一，第四波段符号相反的准则相符，同时，也能反映含铁化物在ETM+4，ETM+1波段具有强吸收特性，与在ETM+3波段具有强反射相反。故而，能够将PC4取反看做是铁染异常的指示主分量。

主成分ETM+1ETM+3ETM+4ETM+5PC10.1502890.4261630.2745790.848767PC2-0.524352-0.696195-0.1096120.848767PC30.2365460.112185-0.9427150.206760PC40.804061-0.5666680.1545330.0921587、铁染异常信息提取主成分分析：

接下来对ETM+1，3，4，5的第四主分量进行3*3的中值滤波，中值滤波后PC4基本统计信息如下表：

BasicStatsMinMaxMeanStdevBand1-38.20617751.684673-0.0005521.2004747、铁染异常信息提取主成分分析：

再进行阈值分割，本次实验将异常分为三级，标准差系数分别为-2、-2.5、-3倍,一级异常的上限值-0.000552-2×1.200474=-2.4015，二级异常上限值-0.000552-2.5×1.200474=-3.001737、三级异常上限值-0.000552-3×1.200474=-3.601974。再将已知矿点投影到铁染异常信息图上可得如下图的铁染异常矿点图：

7、铁染异常信息提取比值法：

本研究中选用波段ETM+3/1来进行铁染异常信息的提取工作，进行波段运算后进行中值滤波（3*3）中值滤波后基本统计信息如下表：

BasicStatsMinMaxMeanStdevBand10.0000003.8750001.9698360.2834267、铁染异常信息提取比值法：再进行阈值分割，本次实验将异常分为三级，标准差系数分别为1.8、2.3、2.8倍。一级异常的为1.969836+2.8×0.283426=2.7634288，二级异常1.969836+2.3×0.283426=2.6217158、三级异常下限值1.969836+1.8×0.283426=2.4800028。再将已知矿点投影到铁染异常信息图上可得如下图的铁染异常矿点图：

8、结论主要成果：本次实验研究总结了含铁离子，亚铁离子，羟基离子等的典型矿物的光谱曲线特征，并在此基础上来提取遥感异常信息。本次研究聚焦于两种基本的方法主成分分析法和波段比值法，这两种方法是利用遥感技术结合遥感图像提取蚀变异常信息（铁染异常，羟基异常）的经典方法。通过对比两种方法的铁染异常矿点图可得采用比值法所提取铁染异常信息与已知矿点吻合较好；通过对两种方法得到的羟基异常矿点图进行对比可以得到主成分分析法提取的羟基异常信息与已知矿点吻合较好。这些方法对于实际生产中确定可能的矿点信息及其位置具有重大指示意义，能节省大量的人力物力，提高找矿效率。

8、结论缺点与不足：研究中仅使用两种较为简单的方法进行遥感蚀变异常信息提取，所选方法较少，此外并未考虑地形等因素的影响，使得所得结果与实际偏差过大；此外所选用的矿点信息相对较少（4个），如果能获得研究区更多的矿点位置必定能得出更为合理的有关提取铁染异常信息，羟基异常信息用本研究中哪种方法更好的结论。未来研究方向：在未来的遥感蚀变异常信息提取的研究中，可考虑综合使用多种方法，对这些方法进行结合得出较好，较为实际的结果。与此同时，可将地形，地质年代等相关信息和因素考虑在内，以便设计出更为合理的实验研究过程，这样就会使得遥感蚀变异常信息提取的结果更为真实，有效，可信。

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