遥感影像智能解译的发展趋势

绪论1.1选题依据及意义新疆位于中国西北边陲，亚洲中心内陆，从气候类型上划分，新疆属于温带大陆性气候和温带荒漠气候，因此，新疆境内整体气候较为干旱。新疆整体地质环境较为复杂，其中流动和半流动沙漠、砾质戈壁、裸岩倒石堆、高山寒漠、盐壳、盐泥等不可利用和难以利用的土地总面积约为102万平方公里,占全疆土地总面积61.4%，因此合理的开发利用戈壁荒漠区就十分重要，戈壁荒漠区的合理开发，对于改善当地生态环境，促进当地社会、经济的健康发展有很大帮助。近些年来，随着科学技术水平的日益提高，先进技术手段和专业设备的配合使用，遥感技术也被广泛应用，遥感地质解译逐渐被广大地质工作者所重视。与传统的地质调查方法相比，遥感方法具有一定的优势。遥感影像具有全面性、实时性、真实性，遥感影像覆盖范围广、连续性强，既能获得研究区的整体地貌概况，又能够了解其空间上的分布规律。遥感地质解译已经在地质图绘制填图、成矿靶区的预测及圈定、地质灾害预防及治理和环境保护等方面取得了突出成绩。遥感影像，就是记录不同性质的地质体和地质现象的电磁波差异，根据差异的不同，来识别不同性质的地质体和地质现象的属性。将此差异在遥感图像上呈现出来，就构成了各种影像信息，如：色调、位置、形状等，所以，我们能够通过区分这些特有信息的不同，从而识别地质体和地质现象的属性。通过对于遥感影像的解译，我们能够判别某区域的岩石类别，地质构造，进一步分析其构造走向及运动趋势。同时，结合该区域的区域地质概况和成矿地质背景，可以初步确定矿床类型和圈定成矿远景区，为后续找矿工作打下基础。遥感地质解译已经逐步成为辅助地质研究的地质工具之一，在地质填图工作中，将计算机工作和遥感解译工作结合，能够大大提升填图的工作效率，提高填图的精确度，降低工作成本，节省人力工作量，能够更好的服务于地质研究事业。本文以新疆鄯善地区戈壁荒漠区为例，对研究区内整体地质环境、生态环境进行遥感解译，尝试建立一套较完整的戈壁荒漠区遥感解译标志，为同类型区域的勘查研究提供一定的参考依据。为新疆的戈壁荒漠区地质研究工作提供前期遥感解译，减少野外工作量，从而有效的提高工作效率和成果质量，并为日后进一步开发利用戈壁荒漠区提供帮助。1.2遥感影像解译工作发展概况及发展前景遥感影像解译是从遥感图像上获取目标地物信息的过程，通过对遥感影像上的各种特征进行处理、对比、分析、推断，最后总结出与其相对应的地貌单元的判定标志。目前遥感解译主要分为两种：一种是目视解译，又称目视判读；另一种是遥感图像计算机解译，又称为遥感图像理解。遥感影像解译工作在实际运用中正在逐步完善，向着更全面、更细致、更高效率的方向发展。1.2.1遥感影像解译发展概况A遥感影像目视解译目视解译是指人们采用对遥感影像上的地物特征直接观察的方式，判读获取有效信息的过程。其目的是从遥感图像中获取需要的地学专题信息。目标地物特征的形成是不同地貌单元的电磁辐射差异在遥感影像上的具体反映。其主要概括为三大类：‘色、形、位’。目视解译是地学专家获得区域地学信息的重要手段。陈述彭先生曾肯定了目视解译方法,认为“目视解译不是遥感应用的初级阶段,或者是可有可无的,相反,它是遥感应用中无可替代的组成部分，它将与地学分析方法长期共存、相辅相成”（）目视解译一方面是利用遥感影像上的特征信息，另一方面结合了识图人员的相关专业知识和逻辑推断能力。多方面的因素参考，能够提高获取有用信息的精确度。但目视解译也存在弊端，有以下几点：①工作效率较低，耗时耗力；②对于识图人员的要求较高，需要有丰富的知识储备和工作经验；③主观因素较高，误差较大。B遥感图像计算机解译它是以计算机系统解译为主要手段，人工辅助识图，根据遥感图像中的目标地物特征，将计算机系统识别结果与人类解译经验等方面相结合，对所得结果进一步分析讨论，最终得出解译结果。其优点是提高了工作效率，解放了一定的人力，但仍需要利用目视解译对计算机解译结果进行抽查，以确保计算机解译结果的准确率。虽然现如今科学技术发展迅速，计算机技术逐步取代人工方法，但也需要目视解译作为基础，为后续的解译做指导和辅助。1.2.2遥感影像智能解译的发展趋势随着目视解译，遥感图像计算机解译等其他技术的发展，目前我国在遥感解译方面取得了一定的成果，但仍然存在很多需要解决的问题，如：①现阶段解译方法大多数研究遥感影像的光谱特征，较为片面，应该多去开发研究其他有用特征，如空间特征，增加有效的解译依据；②将人工理论知识与计算机系统解译更好的结合在一起，二者相互补充，发挥最大潜能，向多层次，多方面发展；③在进行遥感解译时，尽可能搜集有效信息，提高解译精度，为后续研究工作，提供帮助。1.3遥感地质解译的总体要求和基本内容1.3.1遥感地质解译的总体要求在遥感地质解译的过程中必须时刻遵循客观事实，切勿杜撰，以野外工作中见到的实际地质现象作为主要依据；在进行遥感解译时，查询搜集的资料及其他辅助信息并不能作为最终的解译结果，而是对解译结果的补充说明，使得解译结果更加充实全面；对于地质情况不明的地区，不能够进行无根据的推断，使得解译结果出现偏差；对于最终的解译结果，应坚持实事求是的原则，查询相关资料，利用专业方法对解译结果再次进行论证，提高其准确性和有效性，使得解译结果有据可依。1.3.2遥感地质解译的基本内容遥感地质解译的实质是对当地的地质环境，地貌单元进行初步的识别，区分工作；根据遥感影像的地物特征，结合专业知识进行观察、判别、解译；确定一个地区的岩石性质和地质构造，分析构造运动状况，为地质制图，探查矿产资源，水文地质的研究，植被调查等方面做铺垫，其中岩性和地质构造的解译是其他地质解译的基础。1.4研究内容与技术路线1.4.1研究内容本文将新疆鄯善地区的戈壁荒漠区的野外地质踏勘作为基础，参考前人对该地区的研究资料和研究成果，收集遥感卫星影像数据，综合多方面因素，对研究区内的地貌单元进行遥感解译，并在后期进行解译结果的验证。具体的研究内容分以下几点：①查找收集研究区区域特征相关资料，并做整理分类，对研究区的自然地理、地质概况、生态环境、遥感等方面信息进行初步研究。②根据野外实地观察，结合实际地层出露情况和主要岩石成分，区分岩石类别，对地层岩性的研究。③根据实际构造现象，结合板块运动特点，识别构造类型，推断其走向，对构造形成原因的研究。④下载遥感影像数据，根据图中岩石特征，结合文字资料和实际的地层岩性特点，进行岩石遥感解译，对岩石遥感解译标志建立的研究。⑤依据图像中构造特征，结合实际构造现象，进行构造遥感解译，对构造遥感解译标志建立的研究。⑥依据图像中其他地貌单元的特征，如残积戈壁滩、洪积戈壁滩、植被、沙漠等，结合野外实际状况，进行遥感解译、对其他地貌单元的遥感解译标志建立的研究。1.4.2技术路线依据本文的研究内容，拟定的技术路线如图（1-1）所示：图1-1技术路线图研究区概况介绍2.1研究区自然地理概况2.1.1研究区范围本文的研究区西起鄯善县，东至艾斯克乔喀山峰，北部以惠井子南山和阿克铁克协山的连线为界限，南部相交南湖戈壁滩，整体处于吐哈盆地内，地理坐标的范围是东经90°25′00″—92°30′00″，北纬42°50′00″—43°50′00″，总体面积约20000平方公里。见（图2-1）图2-1研究区地理范围示意图2.1.2气候条件本研究区为温带大陆性气候和温带大陆干旱性气候，区域内年均气温10.1℃；年均降水量约28毫米；年均蒸发量约2760毫米，导致区域内四季干旱；研究区昼夜温差较大，白天与黑夜平均温差约15℃，最大温差可达25℃；夏季炎热，平均气温30℃—35℃，最高气温可达43℃以上；冬季寒冷，平均气温-10℃—-15℃，最低气温低至-25.7℃。2.1.3地形地貌此研究区位于吐鲁番盆地和哈密盆地交汇处，西侧为吐鲁番盆地，东侧为哈密盆地；整体海拔较低，平均海拔约300米；受周围山脉影响，区内东北部地势较高，西南部地势较低；四周地质环境较复杂，西部与鄯善县和库木塔格沙漠相交；北部相接惠井子南山和阿克铁克协山，海拔约600米；东部直抵艾斯克乔喀山峰；南部则为大面积的南湖戈壁滩和小部分的丘陵地带，地形相对平缓。区域内的主要地形地貌南湖戈壁滩约占研究区总面积的60%，东部及北部山体约占20%，库木塔格沙漠约占10%，城市绿洲约占5%，其余地形地貌约占5%。区域内水系分布较少，在新疆整体干旱缺水的大背景下，研究区内只有几处地表流水，水量来源主要为大气降水，部分地区存在一些干河谷，也证明曾经有水流流过。由于水源缺乏，研究区内的植物类型多为灌木、荒漠和小乔木，面积较小，主要植被为红柳、骆驼刺和梭梭，星散分布在研究区内。2.2研究区地质概况2.2.1研究区地层岩性研究区内主要出露的地层由老到新分别是古生界、中生界、新生界地层。研究区内新生界地层覆盖面积较大，主要分布在研究区的西北、东北、东南部，约占研究区总面积的80%，整体海拔较高。新生界地层主要分为第四系更新统、新近系上新统、古近系渐新统和古近系始新统。第四系几乎覆盖全区，主要由黑色厚层状砾岩和残积层、砂岩层、粘土层组成，砾石砾径较大，约5—6厘米，分选较差，磨圆较差，硬度较大；砂岩呈黄褐色，硬度较小，颗粒较细。第三系地层大体位于东北和西南部，岩性类别以黄褐色粉砂岩、红褐色砂岩、土黄色砂质砾岩、灰黑色砾岩为主。见（图2-2）图2-2研究区地质简图中生界地层出露在鄯善县北部和鄯善—巴喀—红胡子坎儿—小草湖—飞跃站这条连线附近，约占总面积的10%，整体海拔较低。主要地层包括白垩系早白垩统、侏罗系中侏罗统、侏罗系晚侏罗统、三叠系晚三叠统。白垩系地层与侏罗系地层出露区域十分接近，两地层大部分区域为平行整合关系。白垩系地层岩性与侏罗纪地层岩性较相似，在岩石颜色、砾径大小上存在一定差异；白垩系地层岩性为黄褐色粉砂岩、土黄色砂岩、黄褐色砾岩和棕色泥岩，砾石分选较差，磨圆较差。侏罗系地层上部为灰褐色砂岩、砂质砾岩、黄褐色泥质砾岩、灰红色泥灰岩、红褐色含砾粉砂岩、灰黑色砾岩；下部为灰白色泥岩、灰绿色泥质砂岩、土黄色砂岩、黄褐色含砾砂岩、黑色砾岩、黑色炭质页岩。三叠系地层主要分布在西北部山区，以红褐色砾岩为主，砾石硬度较高。古生界地层出露在西北部和南部地区，出露面积较少，约占总面积的10%，整体海拔较低。代表性地层为二叠系早二叠统、石炭系中石炭统、泥盆系早泥盆统。二叠系地层集中出露于西北部山区，主要岩性为红褐色砾岩和少量泥岩。石炭系地层在区域内分布较散，以碎屑岩和花岗岩为主，在南部戈壁可见花岗岩类型较多，如钾长花岗岩、斜长花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩等，在西北部存在小面积辉绿岩。泥盆系地层主要分布在南部戈壁，以基性火山岩为主。2.2.2研究区地质构造研究区主要位于吐哈盆地中间地段，吐哈盆地形成于晚石炭统，由于海西运动，地壳隆起，产生褶皱，形成盆地基底；发展至今，经历多次构造运动，位于天山造山带内，属于沉积盆地，四周环山。大多数资料以“南北分带，东西分块”的原则，将土哈盆地从西向东划分为三个一级构造单元，分别是吐鲁番坳陷、了墩隆起和哈密坳陷。每个一级构造单元又细分为几个二级构造单元。例如吐鲁番坳陷又划分为托克逊凹陷和布尔加凸起，哈密坳陷又划分为五堡凹陷和黄田凸起。见（图2-3）图2-3研究区构造单元划分平面图研究区的西部位于吐鲁番坳陷上，东部位于了墩隆起上，区域内西北部地势较高，山体较多，是由第三系渐新统的早喜马拉雅运动，受南北方向挤压作用，盆地边缘的山体逐渐隆起升高，挤压运动继续加强，山体出现断裂，向盆地方向出现冲断推覆作用，致使下部盆地发生沉降，产生沉积区。区域内断裂主要发育在西北部和南部。西北部断裂以柯柯垭断裂为代表，走向为北西向断裂，是由强烈伸展运动形成，同时形成断陷盆地。南部断裂主要走向为北东向和东西向，多为基底断裂，以正断层为主；在西南部沙漠区域观察到许多小型断层，走向近东西向，断层面较陡表面可见擦痕，推测是由南北向挤压形成。区域内褶皱发育较多，大小不等，在西部发育桃树园背斜带，北西走向；在北部发育柯柯垭背斜带，北西走向；在南部戈壁存在许多小型褶皱，以东西走向为主，受区域构造控制，主要分布于第三系地层上，褶皱大小约10—20米。研究区内构造演化特征主要分三个阶段，第一阶段在二叠系至三叠系时期，受到海西运动和印支运动的影响，该地区受到十分强烈的挤压作用力，区域内多处山体隆起，盆地边缘的多个造山带有明显隆升现象；第二阶段在侏罗系时期，由于前一地质时期的强烈挤压作用，导致山体产生断裂，周围盆地出现沉积现象；同时受到燕山运动伸展作用的影响，该区域在侏罗系时期形成广泛的沉积区，出现较多断陷盆地；第三阶段在第三系至第四系时期，在喜马拉雅运动影响下，区域受到强烈挤压，沉积现象减少，沉积区面积缩减，部分盆地消失，侏罗纪时期形成的伸展盆地，逐渐转化为挤压型盆地。2.2.3研究区区域矿产研究区内矿产资源十分丰富，种类较多，储量较大，截止到2018年年底，已发现的矿产种类有107种，已开发300多个矿产地。主要的金属矿产资源有铜、铁、金、银、锌、锰、铅、铬、镍、铝等；非金属矿产有芒硝、硫、钠硝石、钾盐等；能源矿产以煤、石油、天然气为主。在西南部石炭系早石炭统小热泉子组（C1X）地层和石炭系晚石炭统底坎儿组（C2D）地层，受到区域构造影响，主要出露火山碎屑岩、超基性岩，主要金属矿物为金、黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿等。在西部侏罗系中侏罗统西山窑组（J2X）地层、晚侏罗统头屯河组（J2t）地层和白垩系晚白垩统胜金口组（K1）地层，富含闪锌矿、铅锌矿、黄铜矿、黄铁矿，部分地区可见煤矿。在北部石炭系中石炭统杨布拉克组（C2y）地层中，主要出露砂岩和泥岩，金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、铬铁矿、磁铁矿、锰矿、铜镍矿等。在南部戈壁石炭系下石炭统干墩组（C1gd）地层中，多处发育断裂构造，岩石岩性为泥质砂岩、泥岩、变质泥岩，主要产出钼矿，矿床受岩体控制。区域内的油气资源也分布较广，已开发利用的有鄯善油田、温吉桑油田、鲁克沁油田等，石盐、芒硝及其他非金属矿产主要分布在艾丁湖、七克台、小草湖等地。2.3研究区区域植被概况研究区气候属于温带大陆性干旱气候，区域年均降水量约28毫米，极度缺水，受到研究区气候条件和地形条件的影响，研究区主要的植被类型为森林、荒漠、草原、灌丛、草甸、高山植被等。研究区西北部、北部地区主要为亚高山草甸、灌丛和草原，代表植物有藓类、山地落叶阔叶灌丛；研究区西部在鄯善县城附近，存在小部分绿洲，以草甸草原、乔木、灌木为主；研究区西南部和南部为大面积的沙漠和戈壁滩，植物十分稀缺，存在较少的灌木、乔本和盐柴类半灌木，代表性植物以红柳、猪毛菜、骆驼刺、盐节木、琵琶柴等见图（2-4），这些植物不仅能够在恶劣的荒漠戈壁环境中生存下去，还能够起到固定沙丘的作用；研究区东部以灌木荒漠和小乔木荒漠为主，代表植物为梭梭和灌木类植物为主；梭梭高约1—2米，也有一定的固沙作用。图2-4研究区沙漠中的红柳遥感解译的数据来源、光谱特征及影响因素3.1遥感解译数据来源、光谱特征遥感解译是根据卫星从高空中拍摄到的遥感影像所反映出的地物信息，结合区域环境特征，和其他有用信息，分析、推断，最终得出解译结果。遥感图像的获取是遥感解译中十分重要的一环；遥感影像的清晰度、颜色、阴影、图中所有地物大小、位置、种类、拍摄的时间范围、空间范围都会直接影响到最终的遥感解译结果。3.1.1研究区数据来源遥感影像的来源主要依靠陆地卫星系列拍摄的图片，陆地卫星系列是指地球资源卫星，它覆盖面积广，能够提供全世界范围内的遥感影像，同时具有数字化的多波段图像数据，这为地球科学的研究增加了新的方向，大大提高了遥感解译的精确度。近些年来，美国、中国、法国、印度等国家都相继发射了陆地卫星，这些卫星被广泛应用于众多方面。如林业、水系、城市规划、海洋、地质勘察、环境保护、地质灾害监控、农业、遥感研究等。目前主要的陆地卫星系列有美国发射的Landsat卫星、法国发射的SPOT卫星、中国发射的中巴地球资源卫星、俄罗斯钻石卫星。遥感数据的优选对于后面进行的遥感地质研究与应用有重要的意义，在选择遥感数据的时候，需要考虑研究区的地理位置、地质特征和遥感图像的分辨率，遥感影像拍摄时间、拍摄范围等因素。本文研究区使用的遥感影像数据，是美国Landsat8卫星在2017年5月至2018年5月期间拍摄的影像数据。Landsat卫星影像在宏观上概括性较好，图中内容丰富，能够起到动态实时观测的作用。美国自1972年发射了第一颗地球资源卫星，截止目前，一共发射了8颗Landsat系列卫星，其中Landsat6卫星发射失败，Landsat8卫星是在2013年2月发射，卫星高度为705千米，轨道是近极地太阳同步圆形轨道，倾角约98.2度，重复覆盖周期16天，扫描幅宽（垂直轨道方向）185千米，分辨率为30—100米，最高分辨率可达15米。Landsat8卫星带有两个传感器，分别为OLI陆地成像仪和TIRS热红外传感器，共计11个波段。3.1.2Landsat8卫星影像数据光谱特征Landsat8卫星OLI传感器包含9个波段，波长范围从红外光到可见光，与之前的Landsat7卫星TM和ETM传感器相比，新增了band1海岸波段和band9水汽吸收波段，扩大了应用领域，详细参数见表2和表3。表2Landsat8卫星OLI传感器参数Landsat-8卫星OLI传感器波段参数波段波长范围（μm）空间分辨率(m)主要应用1-海岸波段0.433–0.45330对于海岸带的观测2-蓝波段0.450–0.51530能够穿透水体，显示水下特征，识别区分土壤和植被3-绿波段0.525–0.60030主要用于植被研究，测定植被反射率，区分植被类型，识别鉴定植被4-红波段0.630–0.68030位于叶绿素吸收区，测定植被叶绿素吸收率，辅助植被分类5-近红外波段0.845–0.88530增强不同环境间的反差，确定水体边界，探测土壤湿度6-中红外波段1.560–1.66030探测植被含水量和土壤湿度，辨别云、雾、雪7-中红外波段2.100–2.30030用于岩石识别，矿物识别，监测植被旱情8-全色波段0.500–0.68015提高分辨率，区分植被区域和非植被区域9-水汽吸收波段1.360–1.39030显示水汽强吸收特征，进行云检测表3Landsat8卫星TIRS传感器参数Landsat-8卫星TIRS传感器波段参数波段波长范围（μm）空间分辨率（m）主要应用10-热红外波段110.60-11.19100观测水分消耗，热量流失，火灾检测，地温反演11-热红外波段211.50-12.511003.2卫星影像识别的影响因素传感器在成像过程中，会受到多种因素影响，转化的图像会存在一定的成像误差，致使图像中的地物特征与实际的略有差别，产生部分形变，影响图像的精确度，和最终解译结果。主要影响因素有以下几个方面：①卫星传感器机械误差卫星是周期性运动工作的，它在特定轨道上运动，并具有一定的倾角，在长期工作过程中，会产生一些机械误差，如传感器指标出现变化，与初始值不符，需要进行定期检测和调试。②地球自转的影响由于地球每时每刻都是在动态变化的，地球的自转会使地面遥感影像产生一定的误差。③云层影响在卫星与地物之间存在厚度不等、面积不同、高度不一的云层，云层的随机性很高，在时间上、空间上都有很大不确定性。当部分地区云量较大，分布较密，厚度较厚，地面可见性较差时，传感器接收的信息会受到限制，图像上的部分地物特征将会被云层覆盖，图像的精确度下降。④图像噪声图像噪声是指图像数据中多余的干扰信息，这会降低遥感图像的质量，常见的噪声有电阻的热噪声，摄象管噪声，光电管光量子噪声等，这些噪声很难预测，可以通过滤波器来减少误差。⑤地球曲率由于地球是一个球体，其表面为曲面，这会导致在相同区域内，每次卫星的投影点位置都不同，会有微小的偏差。⑥大气折射在卫星传感器与地物之间传播的电磁波，在穿过大气层时，由于大气层的不均匀性，电磁波会发生一定的折射，使传感器接收到的信息有一定误差。遥感图像的处理由于遥感图像在成像过程中，受到多种因素的影响，为了能够更好的进行遥感解译，获取更多的有价值信息，必须要在遥感解译前，通过应用计算机技术，使用辅助软件，对原始遥感影像进行处理。图像处理的目的是，减少其他干扰因素导致的误差，提升图像质量，突出图像中的地物特征，更好的观察识别图像总体内容，有利于获取有用信息，进行遥感图像解译，提高最终解译结果的精确度。图像处理包括：图像预处理、图像增强、数字镶嵌、图像剪裁等。本文使用ENVI软件，对所有影像数据进行处理。4.1辐射校正辐射校正是指消除一切由于外界因素，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。辐射校正的目的是：尽量消除干扰，降低辐射误差，尽可能得到真实的反射率，为后续图像识别、解译工作打下基础。误差产生的原因分为传感器自身，外界太阳辐射情况，地形因素影响，大气影响和一切噪声影响。因此我们可根据误差原因分类进行校正。①对传感器灵敏度特性引起的误差校正②对光照条件引起的误差校正③对大气散射引起的误差校正④对噪声影响引起的辐射校正。4.1.1辐射定标辐射定标的含义是，将遥感影像中的灰度值转化为辐射亮度或光谱反射率，按着定标参数的获取的时间和途径，可将辐射定标细分为发射前定标、机上定标、场地定标。辐射定标主要使用的方法为反射率法、辐亮度法、辐照度法。辐射定标的意义是消除传感器自身导致的误差，提供较为准确的辐射值，供后续工作使用。4.1.2大气校正由于光波在传播途中会穿过大气层，大气的吸收、反射、折射等作用都会影响光波的传递，大气校正是将辐射亮度或者表面反射率转化为地表真实的反射率，使地物特征更加容易辨认识别。目前大气校正的类型分两类：物理型大气校正和统计型大气校正，前者是依照遥感系统的物理规律，结合因果关系，初步创建物理模型，并随时可根据新的信息和要求改进模型，但建造模型的计算量大、需要的参数较多、过程较长。后者是依据遥感数据和地物表面变量之间的相互关系来创造模型，优点是能够概括总结该区域的数据信息，较好的体现该区域的地物特征，模型比较容易建立。缺点是工作量大，限制条件较多。本文所有遥感数据在在ENVI软件中使用Flaash大气校正，使用处理完成的辐射定标的数据，选择遥感图像对应的传感器，添加整体区域平均海拔，选择合适的季节参数、气溶胶模型、波段范围，完成大气校正。具体的参数设置见图（4-1）。图4-1研究区遥感数据参数设置4.1.3归一化处理在大气校正完成后，由于大气校正将影像值扩大了10000倍，因此需要进行归一化处理，还原真实影像值，显示实际地物特征。下面两幅图是点（4700,3133）的大气校正与归一化处理之后的对比图，图中的数据值有明显的变化，见图（4-2）和图（4-3）。图4-2大气校正光谱曲线图4-3归一化处理光谱曲线4.2图像增强图像增强是对图像进行强化处理，提高图像的清晰度，突出地物特征，弱化其他不必要的信息，有利于提取图中有用信息，方便进一步分析解译。图像增强的目的是加大遥感图像的可解译性。（）下面介绍几种主要的图像增强方法：①彩色增强遥感图像的“色、形、位”是存在特征差异主要方面，人们的视觉系统对于色彩差异十分敏感，图像的灰度等级以肉眼观察很难判断，但不同颜色，不同亮度，不同饱和度的色彩却十分直观，更容易辨认。彩色增强就是利用人类视觉特性，通过多种手段进行彩色合成、色彩增强、彩色显示，使色彩差异更加显著，提高人们的辨识度。常用的彩色增强处理技术分三种：真彩色增强技术、假彩色增强技术和伪彩色增强技术。主要的彩色变化方法有：单波段彩色变换、多波段色彩变换和HLS变换。单波段彩色变换能够很好地区分地物类别，多波段色彩变换可根据不同的波段组合，对不同地物进行重点研究，HLS变换可以将RGB模式转化为HLS模式，将色彩的表达定量化。②对比度变换也称反差增强，是通过改变图像像元的亮度值，提高图像中不同地物的对比度，突出有效信息，增加辨识度。反差增强需要根据图像绘制像元亮度值的直方图，观察亮度分布情况，判断图像质量。常用的方法是线性变换和非线性拉伸，线性变换需设计一个线性变化函数，根据函数比例替换亮度值，绘制新的直方图。新的直方图相较之前的直方图范围扩大了，图像质量也有提高。非线性变化是把亮度值进行对数变换或是指数变化，得出的图像会被拉伸或是压缩，从而能够实现反差增强的作用。③空间滤波调整像元与周围像元之间的对比度关系，即采用空间域中的领域处理方法，称为空间滤波。该方法与对比度变换的不同在与，该方法的对象为多个相邻像元间的关系，而后者是以单个像元为目标，进行运算。空间滤波主要包含平滑和锐化两种运算方法。经过空间滤波处理的图像，地物的轮廓更加鲜明，便于解译识别。研究区内不同地貌单元的遥感解译标志遥感解译标志是指在遥感图像上能够反映和判别地物或现象的影像特征。它是解译者一方面对目标地物在遥感图像上显示出的颜色、色调、形状、位置、大小、纹理、阴影等信息的观察分析，另一方面结合成像时间、季节、图像的种类、地质环境、生态环境等多种因素，整理出来的目标地物在图像上的综合特征。在遥感影像上，不同的地物具有不同的特征，这些影像特征是判读识别各种地物的依据，这些都称为判读或解译标志。（）对于遥感图像的解译，确定不同地貌单元的解译标志需要对图像进行处理，利用波段合成技术，对同一区域、同一时间，不同的波段影像进行多种组合叠加方法，突出图像中各类地物的影像特征。通过特定波段的组合，可使某种地卫星物的特征更加显著，图像内容具有侧重点，便于识别，进行遥感解译。Landsat8卫星OLI波段合成的图像类型和主要用途见表4表4Landsat8OLI波段合成总结表R、G、B图像类型图像特点及主要用途4、3、2真彩色图像主要用于各种地类识别。但缺点是图像平淡、色调灰暗、容易受到大气的影响。5、4、3标准假彩色图像主要用于植被、农作物的监测和分类，它的地物图像鲜明、层次好，在此类图像中，植被显示红色，红色越亮表示植被越健康。7、6、4非标准假彩色图像主要用于城市、居民区监测，图像较明亮5、6、4非标准假彩色图像主要用于区分陆地和水体，海岸识别7、5、3非标准假彩色图像能够减少因大气影响导致的误差，具有较好的大气透射性6、5、2非标准假彩色图像主要用于农业监测，农作物在类图像中呈现绿色，裸露地表为红色7、5、2非标准假彩色图像监测森林火灾6、3、2非标准假彩色图像主要监测裸露地表或植被稀少区域6、5、4非标准假彩色图像主要用于植被分析，区分植被种类，研究植被特点基于本文研究区背景和地质环境，遥感解译主要在OLI4、3、2波段合成的真彩色图像上进行，同时借助OLI6、3、2波段合成的非标准假彩色图像和研究区的地形图来辅助解译，共同建立遥感解译标志。5.1岩性解译标志岩石主要分为三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩，研究区中出露较多的是岩浆岩和沉积岩，后文将详细介绍其相应的解译标志。5.1.1岩浆岩类解译标志岩浆岩依据岩浆活动又细分为侵入岩和喷出岩，研究区内的岩浆岩以泥盆系和石炭系的侵入岩为主，侵入岩类的解译需要考虑其侵入方式、产出形态、构造分布、地质环境等因素，侵入岩在遥感影像上主要表现为：色调主要为暗绿色、墨绿色，其周围地形切割较深，山脊多为棱状，其岩性解译主要根据图像中的色调、形状、地貌特征、结构等特征来区分不同类型的侵入岩。①基性—超基性岩类基性—超基性岩体多呈岩脉、岩墙产出，多出现在规模较大的断裂带、褶皱带内，在区域内超基性岩体规模较小，主要出露在南部戈壁区域。由于超基性岩体的规模较小，区域内板块运动较多，受强烈构造作用影响，在遥感图像中其特征不是很明显，主要解译标志为：A色调标志：在OLI432波段合成的图像中，南部戈壁基性—超基性岩区域呈暗绿色、墨绿色。B形态标志：以脉状和其他不规则形状组成。C地貌标志：主要存在于负地形区中。具体影像图如图（5-1）所示。综合上述解译标志，可初步判定该地区可能存在有基性—超基性岩体，但还需结合野外地质调查进行验证。图5-1基性—超基性岩类遥感影像特征图②花岗岩类花岗岩体具有岩基、岩脉、岩株等产状，受围岩裂隙和性质控制。由于花岗岩体的大小、岩性、形状、周围地形构造特点都不一样，所以主要根据色调、形态、地貌等特征来确定花岗岩类的解译标志。A色调标志：花岗岩在影像上的色调较浅，在图像中呈灰褐色、灰绿色，颜色的差异代表其花岗岩性质的不同。B形态标志：多呈现圆形、脉形和其他不规则的形状，根据其形状大小，和位置可大致确定其岩体范围。C地貌标志：所形成的地形主要为平缓地区和丘陵地区，部分花岗岩体处于负地形区。D空间结构标志：通过岩体的位置、形状、色彩、地貌特征之间的相互关系，识别解译岩体与构造，岩体与围岩、岩体与水系之间的信息。具体影像图如图（5-2）所示。综合上述解译标志，可区分花岗岩类别，确定岩体大致范围，进一步研究岩体与围岩蚀变的信息。图5-2花岗岩类遥感影像特征图5.1.2沉积岩类解译标志沉积岩最显著的遥感影像特点是其具有成层性，可见清晰的层理，当沉积岩在地表具有较好的出露时，可在遥感影像中观察到其呈条带状分布。主要解译标志有色调、纹理、形态、水系特点、地形地貌等标志。①碎屑岩在实习区内碎屑岩出露十分广泛，大部分地层的主要岩性为砂岩和砾岩，砂岩的层面较平整，厚度较小，砂岩整体呈黄褐色、土黄色，由各种砂粒胶结而成，砾径约0.1—3毫米，结构较稳定，主要由长石和石英组成。在遥感影像上砂岩的主要解译标志为：A色调标志：在图中呈现土黄色、黄褐色。B纹理标志：具有多条条纹特征。C地貌标志：大多位于山地地形。D水系标志：砂岩分布区域多有水系发育，水系呈树枝状分布，从山体顶部向下散布，与砂岩纹理相交。具体影像图如图（5-3）所示。图5-3砂岩遥感影像特征图砾岩的厚度较大，整体呈黄褐色，主要由灰黑色、黑色砾石胶结而成，砾径较大，约3—7毫米，砾岩的主要解译标志是：A色调标志：不均匀的深灰色调。B形态标志：多呈现斑状、团块状。C纹理标志：具有条带状纹理，但由于风化剥蚀作用，表面较粗糙。D地貌标志：多位于陡崖地形。具体影像图如图（5-4）所示。图5-4砾岩遥感影像特征图②粘土岩区域内常见粘土岩有泥岩和页岩，主要的解译标志为：A色调标志：呈现深蓝色。B地貌标志：位于低缓的丘陵地区。C纹理标志：发育有条带状、姜块状影纹。具体影像图如图（5-5）所示。图5-5粘土岩遥感影像特征图5.2构造解译标志5.2.1褶皱解译标志褶皱的形成是由于岩层在构造运动的作用下，受到外力作用而产生弯曲的现象，褶皱的解译标志为：色调、转折端、形态、岩层三角面、水系标志等，下面将分别阐述各类标志。①色调标志褶皱是由一系列的岩层构成，由于岩层的岩性差异，所以在遥感影像中不同岩层的颜色是不一样的，而褶皱就是由不同色调的岩层构成的平行色带。同时可根据色带的颜色，来识别不同岩层的岩性特征。因为色彩差异在图像中比较显著，所以比较容易识别褶皱构造。②转折端标志转折端是褶皱构造的重要要素之一，转折端的形态较多，如弧形、V字型、箱型转折端，这取决于褶皱的形态和构造作用力。在图像中，根据转折端可确定褶皱两翼位置，通过转折端方向以及核与两翼的地层年代，可判断该褶皱是背斜或是向斜。③形态标志褶皱的形态比较多样，大部分褶皱形态具有对称性，根据其受力弯曲程度不同，褶皱形态可分为W形、V形、U形、长条形、椭圆形等。④岩层三角面标志岩层三角面是指影像中同一倾斜岩层地表露头线上的最高点和与之相邻的两个最低点相连而成的一个假想三角形平面。在图像中，当岩层三角面的尖端指向背斜或向斜时，可推断该区域存在褶皱构造。通过岩层三角面还可求出岩层产状。⑤水系标志褶皱是受构造运动的作用力形成，流经附近的水系也会受到其影响，改变路线，。可根据水系的形状、分布特点、水流方向来识别解译褶构造。主要的褶皱类型分为：正常褶皱、平卧褶皱、直立褶皱、斜歪褶皱、倒转褶皱，具体的解译标志见表5表5主要褶皱类型解译标志表图（5-6），（5-7），（5-8）是研究区内的不同形态的褶皱影像。图5-6V形褶皱遥感影像图图5-7正常褶皱遥感影像图图5-8椭圆形褶皱遥感影像图