一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法，包括多源、多時相遙感數(shù)據(jù)源的獲取，多源、多時相遙感數(shù)據(jù)源的預(yù)處理，基于ETM、ASTER和SPOT5遙感影像完成鹽湖區(qū)湖水水際線提取，鹽湖ETM和SPOT5遙感影像中不同點位湖水波譜信息提取，鹽湖湖水礦化度ETM和SPOT5遙感指數(shù)構(gòu)建，鹽湖ETM和SPOT5遙感影像湖水礦化度遙感信息分離，鹽湖ETM和SPOT5遙感影像湖水礦化度異常信息分析和隱伏斷裂構(gòu)造定位，鹽湖ETM和ASTER遙感影像溫度信息反演和驗證等步驟。本發(fā)明的方法能夠快速準(zhǔn)確的識別鹽湖水域深部隱伏的斷裂構(gòu)造，為鹽湖富礦水域的快速定位提供依據(jù)。
【專利說明】一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于遙感信息提取領(lǐng)域。具體涉及一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鹽湖的形成與演化是地質(zhì)環(huán)境、古氣候、沉積物源等諸多因素綜合控制作用的結(jié)果，其中構(gòu)造地質(zhì)環(huán)境則是鹽湖形成與演化重要的決定性主導(dǎo)因素之一。鹽湖各自空間延展的形態(tài)特征，也突出顯示了湖盆受不同方位斷裂控制的事實。另外，鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造可切穿深部地層，使高礦化度水沿斷裂構(gòu)造上升，以泉水或越流補給形式為鹽湖提供新的成礦物質(zhì)來源。因此，識別控制鹽湖形成的斷裂構(gòu)造對分析鹽湖的形成和演化、鹽湖礦產(chǎn)資源富集部位具有重要的意義。
[0003]現(xiàn)今，識別隱伏斷裂構(gòu)造的技術(shù)方法多為地質(zhì)學(xué)方法(如巖石學(xué)、礦物學(xué)方法等)、勘探地球物理(如重力、電磁等)、勘探地球化學(xué)(如地氣_X熒光_氡氣測量、射氣測量、成礦元素地球化學(xué)法等)、遙感技術(shù)(如構(gòu)造光譜特征、紋理特征、分形特征等)、生物學(xué)方法等，這些技術(shù)方法在陸地隱伏斷裂構(gòu)造識別中發(fā)揮了積極有效的作用。但鹽湖區(qū)斷裂構(gòu)造隱伏于湖底深部，較深的水體覆蓋而無法開展常規(guī)地質(zhì)觀察及物化探儀器作業(yè)。因此，傳統(tǒng)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、勘探地球物理、勘探地球化學(xué)等方法無能為力，遙感技術(shù)方法也一直沒有找到有效的突破口?，F(xiàn)今可查到的文獻中，僅有李永慶等(1990)基于低空間分辨率的衛(wèi)星LandsatMSS遙感數(shù)據(jù)對隱伏在水下的地質(zhì)構(gòu)造信息進行了提取研究，但其僅僅是依據(jù)不同水域圖像色調(diào)的差異來圈定隱伏構(gòu)造界線，沒有排除水體的深淺對圖像色調(diào)的影響。而鹽湖水體的遙感信息包括深度信息、礦化度信息及可能的微量元素信息等，尤其是水體的深淺對圖像色調(diào)有著明顯的影響。因此，直接依據(jù)不同水域圖像色調(diào)的差異來圈定隱伏構(gòu)造界線是不準(zhǔn)確的，必須開發(fā)鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造識別的新發(fā)法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是在于針對鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造識別的找礦需求和現(xiàn)有探測技術(shù)的缺陷，一種基于遙感影像開發(fā)快速識別和驗證鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的新方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案設(shè)計如下:一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1，多源、多時相遙感數(shù)據(jù)源的獲??；選定所用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源，選取研究區(qū)正午時分的中等分辨率多光譜陸地衛(wèi)星影像ETM、空間分辨率15米，中等分辨率多光譜衛(wèi)星影像ASTER、空間分辨率15米，高分辨率衛(wèi)星影像SP0T5、空間分辨率2.5米的遙感數(shù)據(jù)；
[0007]步驟2，ETM, ASTER和SP0T5遙感影像的預(yù)處理；完成ETM、ASTER和SP0T5遙感影像的輻射校正、幾何校正和噪聲去除；
[0008]步驟3，基于ETM、ASTER和SP0T5遙感影像完成鹽湖區(qū)湖水水際線提??；ETM數(shù)據(jù)采用ETM第5波段、ASTER數(shù)據(jù)采用ASTER第5波段、SP0T5數(shù)據(jù)采用第4波段，然后采用非監(jiān)督分類方法，即ISODATA法，實現(xiàn)鹽湖水廓線的精確提取；
[0009]步驟4，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像中不同點位湖水波譜信息提??；
[0010]步驟4.1，依據(jù)鹽湖ETM遙感影像的亮度值大小，選取一條亮度值由高到低的剖面，在剖面上均勻選取代表遙感影像不同亮度值的多個點，分析每個點的波譜曲線特征；從ETM遙感影像各個點的光譜曲線中，在可見光波段選擇影像亮度值最大、譜形變化最大的波段m，在中紅外波段選擇影像亮度值最小、譜形變化最小的波段n，并選出影像亮度值由高到低的過渡波段i ;其中，m，n，i=l,2,3,4,5,6,7 ；
[0011]步驟4.2，依據(jù)鹽湖SP0T5遙感影像的亮度值大小，選取一條亮度值由高到低的剖面，在剖面上均勻選取代表SP0T5遙感影像不同亮度值的多個點，分析每個點的波譜曲線特征；從SP0T5遙感影像各個點的光譜曲線中，在可見光波段選擇影像亮度值最大、譜形變化最大的波段X，在中紅外波段選擇影像亮度值最小、譜形變化最小的波段1，并選出影像亮度值由高到低的過渡波段z ;其中，X, y, z=l,2,3,4 ；
[0012]步驟5，構(gòu)建鹽湖湖水礦化度ETM和SP0T5遙感指數(shù):
[0013]步驟5.1構(gòu)建湖水礦化度的ETM遙感指數(shù)SIETM ;將上述步驟獲取的鹽湖ETM遙感影像亮度值最大、譜形變化最大的波段m，與亮度值最小、譜形變化最小的波段η的比值作為反演湖水礦化度信息的指數(shù)，來反映湖水中礦化度信息的變化，即湖水礦化度的ETM指數(shù)SIETM，其表達式為:
[0014]SIETM=ETM (m) /ETM (η) (I)
[0015]式中:S IETM為湖水礦化度ETM指數(shù)；ETM (m)、ETM (η)為ETM影像第m和第η波段的亮度值；
[0016]在湖水礦化度ETM遙感指數(shù)提取的基礎(chǔ)上，依據(jù)礦化度指數(shù)的定義，將礦化度ETM指數(shù)推廣，得到了鹽湖的三維礦化度ETM的遙感指數(shù)-ETM (m) /ETM (n)、ETM (ml)/ETM(nl)、ETM (m2) /ETM (n2);其中，m，n，ml, nl，m2，n2=l，2，3，4，5，6，7 ;
[0017]步驟5.2構(gòu)建湖水礦化度的SP0T5遙感指數(shù)SISPOT ;比照步驟5.1，將上述步驟獲取的鹽湖SPOT遙感影像亮度值最大、譜形變化最大的波段X，與亮度值最小、譜形變化最小的波段y的比值作為反演湖水礦化度信息的指數(shù)，其表達式為:
[0018]SISP0T=SP0T5 (x)/SP0T5 (y) (2)
[0019]式中:SISP0T為礦化度指數(shù)；SP0T5 (x)、SP0T5 (y)為SP0T5遙感影像第X、第y波段的亮度值。該礦化度指數(shù)SISPOT是用SP0T5 (X)與SP0T5 (y)波段比值來定義，其取值范圍大于零。為了充分反映SP0T5不同波段對湖水礦化度的反應(yīng)，依據(jù)礦化度指數(shù)的定義，將礦化度指數(shù)推廣，可得到該湖的SP0T5多維礦化度指數(shù)，即SP0T5 (x)/SP0T5 (y)、SP0T5(xl) /SP0T5 (yl)、SP0T5 (x2) /SP0T5 (y2);其中，x，y，xl，yl，x2，y2=l，2，3，4 ;
[0020]步驟6，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像湖水礦化度遙感信息分離；采用PCA方法對步驟5構(gòu)建的湖水礦化度ETM遙感指數(shù)和SP0T5遙感指數(shù)進行信息分離，得到ETM—PC1、PC2、PC3和SP0T5—PC1、PC2、PC3，各3個組分的遙感影像；為了進一步排除PCl影像亮度值為湖水深度信息的可能性，引入該湖歷史水深實測等深線圖進行比較分析，排除PCi影像亮度值為湖水深度信息的可能性，得出PCl亮度值的高低定性的反映了湖水礦化度含量的高低信息，而不是湖水的深度信息的結(jié)論；
[0021]步驟7，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像湖水礦化度異常信息分析和隱伏斷裂構(gòu)造定位；對ETM-PCl和SP0T5-PC1遙感影像按亮度值大小進行彩色密度分割，得到從低到高不同級別的礦化度定性估測圖；如果在經(jīng)上述步驟構(gòu)建的鹽湖礦化度ETM遙感定性估測圖和SP0T5定性估測圖上，均出現(xiàn)礦化度最高處不在緊靠干鹽灘的某側(cè)湖岸，而是位于距離干鹽灘湖岸某一距離處，而且距干鹽灘湖岸的相對位置一致，且礦化度也能呈現(xiàn)出由高到低逐級遞變的環(huán)形異常，則說明這種礦化度環(huán)形異常長期真實存在，環(huán)形異常最高值長軸方位便是湖底隱伏斷裂構(gòu)造的存在位置；反之，如果在鹽湖礦化度ETM遙感定性估測圖和SP0T5遙感定性估測圖上，沒有出現(xiàn)礦化度距干鹽灘湖岸一定距離處由高到低的環(huán)形異常，則說明該鹽湖底部沒有隱伏的斷裂構(gòu)造；
[0022]步驟8，鹽湖ETM和ASTER遙感影像溫度信息反演；借助裝載ETM和ASTER傳感器的陸地衛(wèi)星過境當(dāng)天的氣象資料，計算出大氣透過率、等效大氣平均溫度，利用ETM和ASTER可見、近紅外波段計算出植被覆蓋區(qū)和裸土區(qū)的植被指數(shù)，基于線性經(jīng)驗方法計算出地表輻射率，將上述各參數(shù)代入普朗克方程和大氣輻射傳輸方程對ETM和ASTER熱紅外數(shù)據(jù)進行地表溫度信息反演；
[0023]步驟9，鹽湖ETM和ASTER遙感影像溫度異常信息分析和隱伏斷裂構(gòu)造位置驗證；如果在經(jīng)步驟8得到的ETM溫度反演圖和ASTER溫度反演圖上，呈現(xiàn)出緊鄰干鹽灘一側(cè)的湖岸水體溫度不是最高級別，而是溫度由低到高的環(huán)狀異常，則說明此異常長期真實存在；如果低溫異常中心帶長軸方向的絕對位置與高礦化度異常解譯斷裂構(gòu)造的位置一致，則驗證了鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造存在的真實性和位置的準(zhǔn)確性；如果在ETM溫度反演圖和ASTER溫度反演圖上沒有出現(xiàn)這種低溫環(huán)狀異常，則表明該水域沒有隱伏斷裂構(gòu)造存在。
[0024]所述步驟I中，對上述遙感影像的選取原則為不同影像獲取時間間隔越長越好，而且衛(wèi)星數(shù)據(jù)的采集時間為研究區(qū)正午時分。
[0025]所述步驟2中，用輻射回歸分析法完成了 ETM、ASTER和SP0T5遙感影像的輻射校正，基于多項式糾正法完成上述影像的幾何校正，通過中值濾波法完成影像的噪聲去除。
[0026]所述步驟8中，對基于ETM和ASTER遙感影像反演的溫度影像按溫度值大小進行彩色密度分割，得到從低到高5個級別的溫度反演圖。
[0027]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明的方法能夠快速準(zhǔn)確的識別鹽湖水域深部隱伏的斷裂構(gòu)造，它基于多源多時相遙感影像反演鹽湖湖水礦化度信息和溫度信息，通過提取湖水礦化度環(huán)形異常高值的中心區(qū)識別隱伏的斷裂構(gòu)造，通過提取湖水表面溫度環(huán)形異常低值的中心區(qū)驗證識別的斷裂構(gòu)造，為鹽湖富礦水域的快速定位提供依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明所提供的一種適用于鹽湖區(qū)隱伏斷裂構(gòu)造識別的新方法技術(shù)流程圖。
[0029]圖2為青海省某鹽湖ETM_Band2 (左)、SP0T5_Band2 (右)水域分布圖。
[0030]圖3為青海省某鹽湖ETM (左)和SP0T5 (右)影像不同點位波譜曲線圖。
[0031]圖4為青海省某鹽湖ETM (左)和SP0T5 (右)遙感礦化度指數(shù)主成分分析第一主分量圖。
[0032]圖5為青海省某鹽湖2010年實測水深等值線圖。
[0033]圖6為青海省某鹽湖礦化度ETM定性估測圖(左)、鹽湖礦化度SP0T5定性估測圖(右)。
[0034]圖7為青海省某鹽湖ETM溫度反演圖(左)和鹽湖ASTER溫度反演圖(右)。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實施案例對本發(fā)明做進一步描述。
[0036]本發(fā)明的研發(fā)思路采用逆向推演法，即假設(shè)鹽湖某一水域湖底深部存在斷裂構(gòu)造，則湖底深部地層中的高礦化度水會持續(xù)不斷的沿斷裂通道上升，融入鹽湖水中。以湖底線性斷裂帶為中心，帶入湖水中的深部高礦化度水向周圍擴散，則會形成一個礦化度由高到低漸變的環(huán)形異常區(qū)，呈現(xiàn)出明顯的“水隆”現(xiàn)象。通過不同時相、不同數(shù)據(jù)源的遙感數(shù)據(jù)反演鹽湖水域的礦化度信息，識別出鹽湖水礦化度環(huán)形異常的中心區(qū)，便是鹽湖水域深部隱伏斷裂構(gòu)造的存在區(qū)域?？紤]到現(xiàn)有探測技術(shù)實地檢驗鹽湖水域深部斷裂構(gòu)造存在的真實性不太現(xiàn)實，為了驗證本發(fā)明識別斷裂構(gòu)造的準(zhǔn)確性，采用鹽湖水域溫度異常的間接驗證法。具體的研發(fā)思路亦采用逆向推演法，如果鹽湖水域深部斷裂構(gòu)造真實存在，湖底深部地層中的低溫地下水則會持續(xù)不斷的沿斷裂通道上升，融入鹽湖水中。在白天持續(xù)的陽光照射下，正午時間的湖水溫度必然高于深部帶入的地下水溫，以湖底線性斷裂帶為中心，帶入湖水中的深部低溫水向周圍擴散，便會形成一個溫度由低到高漸變的環(huán)形異常區(qū)。通過不同時相、不同數(shù)據(jù)源的遙感數(shù)據(jù)反演鹽湖水域的溫度信息，識別出鹽湖水溫度環(huán)形異常的中心區(qū)。如果鹽湖水溫度環(huán)形異常的中心區(qū)與礦化度環(huán)形異常的中心區(qū)位置一致，則驗證了鹽湖水域深部隱伏斷裂構(gòu)造存在的真實性和準(zhǔn)確性。
[0037]—種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法，其流程如圖1所示，包括如下步驟:
[0038]步驟1，多源、多時相遙感數(shù)據(jù)源的獲取；選用了美國發(fā)射的中等分辨率多光譜陸地衛(wèi)星影像ETM (空間分辨率15米)；日美聯(lián)合發(fā)射的中等分辨率多光譜衛(wèi)星影像ASTER(空間分辨率15米)；法國發(fā)射的高分辨率衛(wèi)星影像SP0T5 (空間分辨率2.5米)的遙感數(shù)據(jù)；本方法對上述遙感影像的選取原則為不同影像獲取時間間隔越長越好，而且衛(wèi)星數(shù)據(jù)的采集時間為研究區(qū)正午時分；基于上述原則，本實施例選用了 2000年11月10日12點成像的ETM數(shù)據(jù)、2006年10月10日12點成像的ASTER數(shù)據(jù)、2010年I月16日11點成像的SP0T5數(shù)據(jù)。
[0039]步驟2，ETM, ASTER和SP0T5遙感影像的預(yù)處理；本實施例基于輻射回歸分析法完成了 ETM、ASTER和SP0T5遙感影像的輻射校正，基于多項式糾正法完成上述影像的幾何校正，通過中值濾波法完成影像的噪聲去除，輻射校正、幾何校正、噪聲去除的詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容都是本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)；
[0040]步驟3，基于ETM、ASTER和SP0T5遙感影像完成鹽湖區(qū)湖水水際線提??；高濃度鹽湖鹵水的光譜吸收特征與淡水湖和咸水湖不同，淡水湖與咸水湖在遙感影像的近紅外波段呈現(xiàn)出全吸收特性，水體呈黑色而容易實現(xiàn)水廓線的自動提??；但高礦化度鹵水在近紅外波段仍然呈現(xiàn)高反射特性，在遙感影像中呈高亮色調(diào)而容易造成水廓線的錯誤提??；ETM數(shù)據(jù)采用ETM第5波段、ASTER數(shù)據(jù)采用ASTER第5波段、SP0T5數(shù)據(jù)采用第4波段，本發(fā)明設(shè)計鹽湖水廓線的提取與傳統(tǒng)方法不同，然后采用非監(jiān)督分類方法，即ISODATA法，實現(xiàn)了鹽湖水廓線的精確提取；其處理結(jié)果第2波段如圖2所示；[0041]步驟4，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像中不同點位湖水波譜信息提?。?br> [0042]步驟4.1，經(jīng)過大量的實驗研究得出，鹽湖的礦化度與湖水的反射率呈明顯的正相關(guān)(參見Bhargana D S7Ormeci C)?；谶@一先驗知識,本方法依據(jù)鹽湖ETM影像的亮度值大小，選取一條亮度值由高到低的剖面，在剖面上均勻選取代表遙感影像不同亮度值的多個點分析每個點的波譜曲線特征。從如圖3中左圖所示的ETM遙感影像各個點的光譜曲線中可以看出，在可見光波段選擇影像亮度值最大、譜形變化最大的波段m，在中紅外波段選擇影像亮度值最小、譜形變化最小的波段n，并選出影像亮度值由高到低的過渡波段i ;其中，m，n，i=l，2，3，4，5，6，7，其具體含義為ETM遙感影像7個波段中第幾個波段。
[0043]步驟4.2，依據(jù)鹽湖SP0T5影像的亮度值大小，選取一條亮度值由高到低的剖面，在剖面上均勻選取代表SP0T5遙感影像不同亮度值的多個點，分析每個點的波譜曲線特征。從圖3中右圖所示的SPOT各個點的光譜曲線中，在可見光波段選擇影像亮度值最大、譜形變化最大的波段X，在中紅外波段選擇影像亮度值最小、譜形變化最小的波段1，并選出影像亮度值由高到低的過渡波段z ;其中，X，y，Z=I，2，3，4，其具體含義為SP0T5遙感影像4個波段中第幾個波段。
[0044]步驟5，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像湖水礦化度遙感指數(shù)構(gòu)建；
[0045]本發(fā)明設(shè)計了用上述步驟獲取的鹽湖ETM遙感影像亮度值最大、譜形變化最大的波段m，與亮度值最小、譜形變化最小的波段η的比值作為反演湖水礦化度信息的指數(shù)，來反映湖水中礦化度信息的變化，即湖水礦化度的ETM指數(shù)SIETM(Salinity Index of ETM),其表達式為:
[0046]SIETM=ETM (m) /ETM (η) (I)
[0047]式中:SIETM為湖水礦化度ETM指數(shù)；ETM (m)、ETM (η)為ETM影像第m和第η波段的亮度值。該礦化度指數(shù)用ETM (m)與ETM (η)波段比值來定義，其取值范圍大于零?？紤]到ETM有7個波段，而且不同波段對湖水礦化度的高低均有一定的反映，僅靠單一的礦化度指數(shù)不能全面準(zhǔn)確地反映礦化度信息。
[0048]因此，在湖水礦化度ETM指數(shù)提取的基礎(chǔ)上，依據(jù)礦化度指數(shù)的定義，將礦化度ETM指數(shù)推廣，得到了鹽湖的三維礦化度ETM指數(shù)-ETM (m)/ETM (n)、ETM (ml)/ETM (nl)、ETM (m2) /ETM (n2);其中，m，n，ml, nl, m2，n2=l，2，3，4，5，6，7，其具體含義為 ETM 遙感影像7個波段中第幾個波段。
[0049]同理，用SP0T5最大變化X與最小變化y譜段的比值作為反演湖水礦化度信息的指數(shù)，也可以反映湖水中的礦化度信息。本發(fā)明建立的SP0T5礦化度指數(shù)SISPOT(SalinityIndex of SPOT)為:
[0050]SISP0T=SP0T5 (x)/SP0T5 (y) (2)
[0051]式中=SISPOT為礦化度指數(shù)；SP0T5 (x)、SP0T5 (y)為SP0T5圖像第x、第y波段的亮度值。該礦化度指數(shù)SISPOT是用SP0T5 (X)與SP0T5 (y)波段比值來定義，其取值范圍大于零。為了充分反映SP0T5不同波段對湖水礦化度的反應(yīng)，依據(jù)礦化度指數(shù)的定義，將礦化度指數(shù)推廣，可得到該湖的SP0T5多維礦化度指數(shù)，即SP0T5 (X) /SP0T5 (y)、SP0T5(xl)/SP0T5 (yl)、SP0T5 (x2) /SP0T5 (y2);其中，x，y，xl，yl，x2，y2=l，2，3，4，其具體含義為即SP0T5遙感影像4個波段中第幾個波段；這種多維的礦化度指數(shù)提供了比一維指數(shù)更豐富的信息，為鹽湖礦化度信息的提取奠定良好基礎(chǔ)。[0052]步驟6，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像湖水礦化度遙感信息分離；鹽湖鹵水的遙感信息包括水體的礦化度信息、深度信息、懸浮物信息以及可能的微量元素信息等，尤其是鹽湖水的深淺對水體的光譜反射率有著明顯的影響。因此，為了從鹽湖鹵水的遙感信息中分離出礦化度信息，必須要運用一定的方法對鹵水的遙感信息進行分離。本發(fā)明采用了 PCA方法，即主成分分析法，對上述三維ETM礦化度指數(shù)(ETM (m)/ETM (n)、ETM (ml)/ETM (nl)、ETM (m2) /ETM (n2))和 SP0T5 礦化度指數(shù)(SP0T5 (x) /SP0T5 (y)、SP0T5 (xl) /SP0T5(yl)、SP0T5 (x2)/SP0T5 (y2))進行了信息分離，得到了 ETM—PC 1、PC2、PC3 和 SP0T5—PC1、PC2、PC3，各3個組分的遙感影像。。
[0053]從3個組分影像的紋理特征及亮度值大小分析得出:ETM_PC3和SP0T5-PC3圖像具有均勻分布、高頻、低強度(低亮度)等特性，主要包含了湖水的懸浮物和影像的噪聲信息。ETM-PC2和SP0T5-PC2圖像具有湖邊淺水區(qū)色調(diào)淺亮度值高(白色)、深水區(qū)色調(diào)深亮度低(黑色)的特性，反映了湖水水深變化以及水底物質(zhì)反射所引起的圖像色調(diào)和亮度值變化。ETM-PCl和SP0T5-PC1包含了影像80%的信息，圖像的亮度值變化有明顯的層次性，湖東部亮度值最高、湖西部、南部和北部亮度值較低，呈現(xiàn)出了非常典型的階梯狀影像特征。如果把圖像的淺色調(diào)區(qū)認(rèn)為是高礦化度區(qū)，深色調(diào)區(qū)認(rèn)為是低礦化度區(qū)，那么ETM-PCl和SP0T5-PC1亮度值的高低主要為該湖的礦化度含量高低信息(如圖4所示)——優(yōu)選方案。
[0054]為了進一步排除PCl影像亮度值為湖水深度信息的可能性，引入該湖2010年水深實測等深線圖進行分析，如圖5所示；從圖中可以看出，湖水東部、南部、西部、北部湖岸水深值均勻分布，大約在40cm左右。湖水中部水最深，大約在120cm左右。所以，如果PCl東部湖岸的高亮區(qū)反映的是湖水的深度信息，那么按照水體等深線分布，湖水的北部、南部、西部湖岸與東部湖岸水深大致相同，Pd影像上也應(yīng)該呈現(xiàn)高亮顯示。然而，PCl影像上則是呈現(xiàn)出了相反的低亮度值，本方法認(rèn)為PCl亮度值的高低定性的反映了湖水礦化度含量的高低信息，而不是湖水的深度信息。因此，ETM-PCl和SP0T5-PC1影像值即礦化度定性反演值。
[0055]步驟7，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像湖水礦化度異常信息分析和隱伏斷裂構(gòu)造定位；為了增強和突出鹽湖礦化度高低信息，本發(fā)明對ETM-PCl和SP0T5-PC1影像按亮度值大小進行彩色密度分割，得到具有從低到高8個級別的礦化度定性估測圖，如圖6所示。該鹽湖在2000年成像的ETM礦化度定性估測圖，以及在2010年成像的SP0T5礦化度定性估測圖上，均呈現(xiàn)出了非常典型的鹽湖發(fā)育演化形成的階梯狀影像特征，特別是在鹽湖東部，均形成了一個酷似人耳，寬窄大致相同的橢圓形同心環(huán)狀影像，以環(huán)最中心第8級色調(diào)處亮度值最高，由8級?5級?3級?I級顯示的八個環(huán)向外圍擴散，影像亮度值逐漸降低。
[0056]結(jié)合鹽湖的淡水補給與鹽湖演化特征，離補給區(qū)越遠鹽湖水礦化度越高。按照常理推斷，鹽湖的某一側(cè)部湖水距離干鹽灘越近礦化度越高，緊鄰干鹽灘的湖岸礦化度應(yīng)該最高。但如果從本發(fā)明構(gòu)建的鹽湖礦化度ETM定性估測圖和SP0T5定性估測圖上，都能夠出現(xiàn)礦化度最高處不是在緊靠干鹽灘的某側(cè)湖岸，而是位于距離干鹽灘湖岸某一距離處，而且距干鹽灘湖岸的相對位置一致。另外，礦化度也能呈現(xiàn)出由高到低逐級遞變的環(huán)形異常，則說明這種礦化度環(huán)形異常真實存在，而且不是在某個時期存在，是長期存在的異常。則按照
【發(fā)明內(nèi)容】
中所述的研發(fā)思路，環(huán)形異常最高值長軸方位便是湖底隱伏斷裂構(gòu)造的存在位置，正是該斷裂的長期存在，帶入了湖底深部的高礦化度水向周圍擴散，形成了礦化度由高到低漸變的環(huán)形異常。反之，如果在鹽湖礦化度ETM定性估測圖和SP0T5定性估測圖上，沒有出現(xiàn)礦化度距干鹽灘湖岸一定距離處由高到低的環(huán)形異常，則說明該鹽湖底部沒有隱伏的斷裂構(gòu)造。
[0057]步驟8，鹽湖ETM和ASTER影像溫度信息反演；
[0058]本發(fā)明借助裝載ETM和ASTER傳感器的陸地衛(wèi)星過境當(dāng)天的氣象資料(主要包括氣溫、水氣壓等)，計算出大氣透過率、等效大氣平均溫度，利用ETM和ASTER可見、近紅外波段計算出植被覆蓋區(qū)和裸土區(qū)的植被指數(shù)，基于線性經(jīng)驗方法計算出地表輻射率，將上述各參數(shù)代入普朗克方程和大氣輻射傳輸方程對ETM和ASTER熱紅外數(shù)據(jù)進行地表溫度信息反演。為了增強和突出鹽湖溫度的高低信息，本發(fā)明對反演的溫度影像按溫度值大小進行彩色密度分割，得到了從低到高5個級別的溫度反演圖，見圖7，圖中左圖成像時間為2000年11月，右圖成像時間為2010年I月，色標(biāo)1-8表示亮度值由低到高，白線為識別的隱伏斷裂構(gòu)造。
[0059]步驟9，鹽湖ETM和ASTER影像溫度異常信息分析和隱伏斷裂構(gòu)造位置驗證。
[0060]如圖7所示，白線為識別的隱伏斷裂構(gòu)造。ETM影像的成像時間是2000年11月10日中午12:00，ASTER影像的成像時間是2006年10月10日中午12:00，正午時刻平靜的鹽湖水面受到太陽光照射溫度較高。按照鹽湖淡水補給特征分析，緊鄰干鹽灘一側(cè)的湖岸水體沒有淡水補給為強蒸發(fā)區(qū)，而且水深較淺，在陽光照射下蒸發(fā)量最大，溫度應(yīng)該最高。如果在ETM溫度圖和ASTER溫度圖上呈現(xiàn)出緊鄰干鹽灘一側(cè)的湖岸水體溫度不是最高級別，而是溫度由低到高的環(huán)狀異常。則說明此異常真實存在，而且不是在某個時期存在，是長期存在的水溫異常。如果低溫異常中心帶長軸方向的絕對位置與高礦化度異常解譯斷裂構(gòu)造的位置一致，則驗證了鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造存在的真實性和位置的準(zhǔn)確性。如果在ETM溫度圖和ASTER溫度圖上沒有出現(xiàn)這種低溫環(huán)狀異常，則表明該水域沒有隱伏斷裂構(gòu)造存在。
[0061]綜合上述分析，多源多時相鹽湖遙感數(shù)據(jù)反演得到的湖水礦化度異常圖、水溫異常圖均證明了湖底隱伏斷裂構(gòu)造的存在，說明了本發(fā)明不僅僅適用于某一個鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造識別，而是通用的鹽湖區(qū)隱伏斷裂構(gòu)造識別的方法。只要鹽湖水域存在斷裂構(gòu)造，均可以通過本方法進行快速識別。
[0062]上面對本發(fā)明的實施例作了詳細(xì)說明，上述實施方式僅為本發(fā)明的最優(yōu)實施例，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法，其特征包括如下步驟:步驟1，多源、多時相遙感數(shù)據(jù)源的獲??；選定所用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源，選取研究區(qū)正午時分的中等分辨率多光譜陸地衛(wèi)星影像ETM、空間分辨率15米，中等分辨率多光譜衛(wèi)星影像ASTER、空間分辨率15米，高分辨率衛(wèi)星影像SP0T5、空間分辨率2.5米的遙感數(shù)據(jù)；步驟2，ETM,ASTER和SP0T5遙感影像的預(yù)處理；完成ETM、ASTER和SP0T5遙感影像的輻射校正、幾何校正和噪聲去除； 步驟3，基于ETM、ASTER和SP0T5遙感影像完成鹽湖區(qū)湖水水際線提?。籈TM數(shù)據(jù)采用ETM第5波段、ASTER數(shù)據(jù)采用ASTER第5波段、SP0T5數(shù)據(jù)采用第4波段，然后采用非監(jiān)督分類方法，即ISODATA法，實現(xiàn)鹽湖水廓線的精確提??； 步驟4，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像中不同點位湖水波譜信息提取； 步驟4.1，依據(jù)鹽湖ETM遙感影像的亮度值大小，選取一條亮度值由高到低的剖面，在剖面上均勻選取代表遙感影像不同亮度值的多個點，分析每個點的波譜曲線特征；WETM遙感影像各個點的光譜曲線中，在可見光波段選擇影像亮度值最大、譜形變化最大的波段m，在中紅外波段選擇影像亮度值最小、譜形變化最小的波段n，并選出影像亮度值由高到低的過渡波段 i ;其中，m，n，i=l,2,3,4,5,6,7 ； 步驟4.2，依據(jù)鹽湖SP0T5遙感影像的亮度值大小，選取一條亮度值由高到低的剖面，在剖面上均勻選取代表SP0T5遙感影像不同亮度值的多個點，分析每個點的波譜曲線特征；從SP0T5遙感影像各個點的光譜曲線中，在可見光波段選擇影像亮度值最大、譜形變化最大的波段X，在中紅外波段選擇影像亮度值最小、譜形變化最小的波段1，并選出影像亮度值由高到低的過渡波段z ;其中，X, y, z=l,2,3,4 ； 步驟5，構(gòu)建鹽湖湖水礦化度ETM和SP0T5遙感指數(shù): 步驟5.1構(gòu)建湖水礦化度的ETM遙感 指數(shù)SIETM ;將上述步驟獲取的鹽湖ETM遙感影像亮度值最大、譜形變化最大的波段m，與亮度值最小、譜形變化最小的波段η的比值作為反演湖水礦化度信息的指數(shù)，來反映湖水中礦化度信息的變化，即湖水礦化度的ETM指數(shù)SIETM，其表達式為:
SIETM=ETM (m)/ETM (η) (I) 式中=SIETM為湖水礦化度ETM指數(shù)；ETM (m)、ETM (η)為ETM影像第m和第η波段的亮度值； 在湖水礦化度ETM遙感指數(shù)提取的基礎(chǔ)上，依據(jù)礦化度指數(shù)的定義，將礦化度ETM指數(shù)推廣，得到了鹽湖的三維礦化度ETM的遙感指數(shù)一ETM (m)/ETM (n)、ETM (ml)/ETM (nl)、ETM (m2) /ETM (n2);其中，m, n, ml, nl, m2, η2=1, 2,3,4,5,6,7 ； 步驟5.2構(gòu)建湖水礦化度的SP0T5遙感指數(shù)SISPOT ；比照步驟5.1，將上述步驟獲取的鹽湖SPOT遙感影像亮度值最大、譜形變化最大的波段X，與亮度值最小、譜形變化最小的波段y的比值作為反演湖水礦化度信息的指數(shù)，其表達式為:
SISP0T=SP0T5 (x)/SP0T5 (y) (2) 式中=SISPOT為礦化度指數(shù)；SP0T5 (X)、SP0T5 (y)為SP0T5遙感影像第X、第y波段的亮度值；該礦化度指數(shù)SISPOT是用SP0T5 (X)與SP0T5 (y)波段比值來定義，其取值范圍大于零；為了充分反映SP0T5不同波段對湖水礦化度的反應(yīng)，依據(jù)礦化度指數(shù)的定義，將礦化度指數(shù)推廣，可得到該湖的SP0T5多維礦化度指數(shù)，即SP0T5 (X) /SP0T5 (y)、SP0T5(xl) /SP0T5 (yl)、SP0T5 (x2) /SP0T5 (y2);其中，x，y，xl，yl，x2，y2=l，2，3，4 ; 步驟6，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像湖水礦化度遙感信息分離；采用主成分分析PCA方法對步驟5構(gòu)建的湖水礦化度ETM遙感指數(shù)和SP0T5遙感指數(shù)進行信息分離，得到ETM—PC1、PC2、PC3和SP0T5—PC1、PC2、PC3，各3個組分的遙感影像；為了進一步排除PCl影像亮度值為湖水深度信息的可能性，引入該湖歷史水深實測等深線圖進行比較分析，排除PCl影像亮度值為湖水深度信息的可能性，得出PCl亮度值的高低定性的反映了湖水礦化度含量的高低信息，而不是湖水的深度信息的結(jié)論； 步驟7，鹽湖ETM和SP0T5遙感影像湖水礦化度異常信息分析和隱伏斷裂構(gòu)造定位；對ETM-PCl和SP0T5-PC1遙感影像按亮度值大小進行彩色密度分割，得到從低到高不同級別的礦化度定性估測圖；如果在經(jīng)上述步驟構(gòu)建的鹽湖礦化度ETM遙感定性估測圖和SP0T5定性估測圖上，均出現(xiàn)礦化度最高處不在緊靠干鹽灘的某側(cè)湖岸，而是位于距離干鹽灘湖岸某一距離處，而且距干鹽灘湖岸的相對位置一致，且礦化度也能呈現(xiàn)出由高到低逐級遞變的環(huán)形異常，說明這種礦化度環(huán)形異常長期真實存在，環(huán)形異常最高值長軸方位便是湖底隱伏斷裂構(gòu)造的存在位置；反之，如果在鹽湖礦化度ETM遙感定性估測圖和SP0T5遙感定性估測圖上，沒有出現(xiàn)礦化度距干鹽灘湖岸一定距離處由高到低的環(huán)形異常，則說明該鹽湖底部沒有隱伏的斷裂構(gòu)造； 步驟8，鹽湖ETM和ASTER遙感影像溫度信息反演；借助裝載ETM和ASTER傳感器的陸地衛(wèi)星過境當(dāng)天的氣象資料，計算出大氣透過率、等效大氣平均溫度，利用ETM和ASTER可見、近紅外波段計算出植被覆蓋區(qū)和裸土區(qū)的植被指數(shù)，基于線性經(jīng)驗方法計算出地表輻射率，將上述各參數(shù)代入普朗克方程和大氣輻射傳輸方程對ETM和ASTER熱紅外數(shù)據(jù)進行地表溫度信息反演； 步驟9，鹽湖ETM和ASTER遙感影像溫度異常信息分析和隱伏斷裂構(gòu)造位置驗證；如果在經(jīng)步驟8得到的ETM溫度反演圖和ASTER溫度反演圖上，呈現(xiàn)出緊鄰干鹽灘一側(cè)的湖岸水體溫度不是最高級別，而是`溫度由低到高的環(huán)狀異常，則說明此異常長期真實存在；如果低溫異常中心帶長軸方向的絕對位置與高礦化度異常解譯斷裂構(gòu)造的位置一致，則驗證了鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造存在的真實性和位置的準(zhǔn)確性；如果在ETM溫度反演圖和ASTER溫度反演圖上沒有出現(xiàn)這種低溫環(huán)狀異常，則表明該水域沒有隱伏斷裂構(gòu)造存在。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法，其特征在于步驟I中，對上述遙感影像的選取原則為不同影像獲取時間間隔越長越好，而且衛(wèi)星數(shù)據(jù)的采集時間為研究區(qū)正午時分。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法，其特征在步驟2中，用輻射回歸分析法完成了 ETM、ASTER和SP0T5遙感影像的輻射校正，基于多項式糾正法完成上述影像的幾何校正，通過中值濾波法完成影像的噪聲去除。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于遙感影像快速識別鹽湖水域隱伏斷裂構(gòu)造的方法，其特征在步驟8中，對基于ETM和ASTER遙感影像反演的溫度影像按溫度值大小進行彩色密度分割，得到從低到高5個級別的溫度反演圖。
【文檔編號】G01J5/00GK103512661SQ201210526181
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】王俊虎, 趙英俊, 王志明, 張杰林 申請人:核工業(yè)北京地質(zhì)研究院