论水工环地质领域遥感应用技术的发展现状

2016-04-14张荣波

地球 2016年9期

关键词：水工遥感技术波段

■张荣波

（中化地质矿山总局河南地质勘查院　河南　郑州　450011）

论水工环地质领域遥感应用技术的发展现状

■张荣波

（中化地质矿山总局河南地质勘查院河南郑州450011）

自上世纪80年代以来的大量实践证明，水工环地质领域遥感应用技术因其信息量大、宏观、快速、节省经费且具有多时相动态监测等方面的优势，已被广泛应用于水文地质勘查、评价、大型工程选线(址)、区域稳定性评价、矿山及地质灾害调查、评价预测及地质环境评价预测等领域。基于此，笔者主要从遥感信息源及其发展和水工环领域遥感应用技术的发展现状这两个方面，来论述水工环地质领域遥感应用技术。

遥感信息水工环地质应用技术

1　主要遥感信息源及其发展

根据传感器类型不同，遥感图像可分为可见光摄影、红外摄影和扫描、多光谱扫描、微波雷达和成像光谱图像等。10多年来，传感器技术迅猛发展，主要表现在：①图像分辨率提高，卫星图像分辨率已达到米级。②具备立体观察功能。③应用波段数增加，机载高光谱成像仪已投入使用。如美国的AVIRIS(航空可见光/红外成像光谱仪)，波谱范围O.4～2.5/l，波段数224个。CASI(袖珍航空光谱成像仪)，波谱范围0.4～0.95/u，波段数72个。高光谱成像光谱仪简称成像光谱仪，也称超光谱成像仪，按其波段数目可分为高光谱成像光谱仪(波段数<1000，通常100～200左右)和甚高光谱成像光谱仪(波段数1000～10000)，后者多为测量大气化学成分而研制的。传统的多光谱成像的波段数只有几个，高光谱成像的波段数大幅提高，波段连续性强，光谱分辨率高，使得运用光谱分析技术成为可能。

近年来发射的主要对地观测卫星及图像进步简述如下：1999年美国发射了Landsat7卫星，其ETM+图像分辨率与过去的TM相同，为30m，增加分辨率15m的全色波段(PAN)。热红外波段ETM+6分辨率从TM6图像120m基础上提高到60m。TM图像图幅185× 185km，最大可放大到1：10万。1995年升空的加拿大雷达卫星RADARSAT为C波段、HH极化方式，具7种模式，25种波束的特点，分辨率有10、25、35、50、100m多种，图幅501an×50km～500Km×500km，有立体观察功能，实际重复周期1～8d。1999年9月，美国IKONOS一2发射成功，图像分辨率高达1m。

2015年6月26日14时22分，高分八号卫星在我国太原卫星发射中心成功发射升空，卫星顺利进入预定轨道。并且中国航天科技集团公司计划建成的0.5m高分辨率商业遥感卫星系统，将于2016年底执行首次发射。

2　水工环地质领域遥感应用技术的发展现状

经过30多年的应用研究，遥感技术依靠传感器技术、图像处理技术及计算机技术的提高，在水工环领域的应用取得了长足的发展。遥感水文地质开始逐步形成一门独立的学科。纵观国内外遥感技术在水工环领域的一些应用成果，可把近年来遥感技术的应用发展现状概括为以下几个方面：

2.1从目视解译发展到计算机辅助解译

如线性影像计算机自动判释专家系统及土地利用(分类)计算机判读模型以及机助信息提取与制图系统等，可利用多光谱数据不同谱段对应的地学特征，解译植被、微地貌、岩类等。

2.2从几何形态解译到充分利用光谱信息

过去的多光谱遥感数据波段划分过少，只有几个波段，使地面波谱测试数据与图像光谱数据难以精确比较。因此，图像解译工作很少考虑地物的波谱特征，主要根据影像的色彩、色调、纹理、阴影等所形成的几何形态特征。随着机载成像光谱仪(高光谱)技术的商业运作及2000年前后的高光谱成像卫星的发射，使得用光谱信息对地物的分析更精细、更准确。

2.3出现地面温度反演技术

地面温度反演是指从热红外图像数据的辐射亮度值获得地表温度信息。反演方法主要有地表温度多通道反演法和多角度数据进行组分温度反演法等。

2.4从定性分析评价到依靠计算机数字模型模拟的定量分析评价

如遥感技术在地下水流系统应用中，根据遥感数据建立的地形、流域面积、水系密度等数据集结合气象数据建立空间补给模型。数字模型成为遥感技术实现定量评价的重要途径，而DEM/DTM是涉及地形数据计算方面不可缺少的工具。

2.5使用单一遥感信息源到多元信息拟合

目前的遥感应用技术，已不再是单一使用各种遥感数据，而是根据需要结合利用了其他信息源，如地质、地形、水文、土壤、植被、气象、岩土物理力学特征及人类活动等资料。这样，图像数据的预处理尤其重要，如几何较正、多波段数字合成、镶嵌、数据变换等，而地理信息系统(GIS)在多元信息数据管理中起着重要作用。

2.6从单一手段应用到多手段应用

近年来，遥感技术(RS)与地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)的综合应用，即“3s”技术，成为遥感技术应用的主流。GIS是数据库管理、数据图形处理、各主题网件叠加、制图的重要工具。GPS可以对地面控制点精确定位，提高遥感数据空间精度。另外，在具体手段配合上，也出现了遥感技术与物探技术、钻探技术等相结合的新方法。

2.7数字摄影测量技术的发展

数字摄影技术的成熟，推进了制图工作的发展，改善了基础图件的质量和成图效率，并影响着遥感技术的调查方法。该技术的产品可直接作为GIS的数据源，便于遥感与GIS一体化研究与开发。如我国自己开发的全数字摄影测量软件VIRTUOZO，具有数字化测图、自动生成DEM/DTM和等高线、生成正射影像等功能。

2.8遥感技术应用成果向着便于保存、复制、携带及传输方向发展

这意味着遥感技术应用成果的数字化。由于是数字成果，可载于多种介质上，如CD—ROM、磁带及计算机硬盘上，使携带处理更加方便。随着1998年“数字地球”计划的提出及我国国土资源部“数字国土”工程的实施，遥感应用成果数字化显得尤其必要。