高光谱在地质领域的研究技术和具体应用

从20 世纪70年代末至80年代初美国提出高光谱遥感概念模型并研制成像光谱仪以来，世界各国进行高光谱遥感的应用。本文简单介绍了高光谱在地质领域的研究技术和具体应用。

高光谱在地质领域的研究技术

1. 光谱微分技术

光谱微分技术包括对反射光谱进行数学模拟和计算不同阶数的微分（差分）值，以确定光谱弯曲点和最大最小反射率的波长位置。

光谱微分强调曲线的变化和压缩均值影响。一阶微分去除部分线性或接近线性的背景、噪声光谱对目标光谱（须为非线性的）的影响。

2. 光谱匹配技术

光谱匹配技术是对地物光谱和实验室测量的参考光谱进行匹配或地物光谱与参考光谱数据库比较，求得它们之间的相似或差异性，一达到识别的目的。两个光谱曲线的相似性常用计算的交叉相关系数及绘制交叉相关曲线图来确定。

3. 混合光谱分解技术

用以确定在同一像元内不同地物光谱成分所占的比例或非已知成分。因为不同地物光谱成分的混合会改变波段的深度，波段的位置，宽度，面积和吸收的程度等。这种技术采用矩形方程，神经元网络方法以及光谱吸收指数技术等，求出在给定像元内各成分光谱的比例。

4. 光谱分类技术

主要的方法包括传统的最大似然方法、人工神经网络方法、支持向量机方法和光谱角制图方法（Spectral Angel Map-per，SAM）。

5. 光谱维特征提取方法

可以按照一定的准则直接从原始空间中选出一个子空间；或者在原特征空间之间找到某种映射关系。这一方法是以主成分分析为基础的改进方法。

6、模型方法

这是模型矿物和岩石反射光谱的各种模型方法。因为高光谱测量数据可以提供连续的光谱抽样信息，这种细微的光谱模型特征是模型计算一改传统的统计模型方法建立起确定性模型方法。因而，模型方法可以提供更有效和更可靠的分析结果。

高光谱在地质领域的具体应用

1. 高光谱地质成因信息探测研究

可以根据高光谱所识别出的矿物共生组合的关系进行地质成因环境分析，或者根据高光谱对矿物组成成分信息的探测来分析地质成因环境。

2. 高光谱成矿预测研究

在岩体侵位以及地质构造等地质作用下，热液侵入、物质置换等使源于矿体的矿物质发生扩散作用，这些成分的变化在矿物光谱中有着或强或弱的表现，通过对这些细微的变化的探测，实现对地质作用演化信息的探测。

3. 高光谱植被重金属污染探测

植被在可见光波段（400~685 nm）的光谱主要受叶色素（叶绿素、叶黄素、胡萝ト素）的控制，其中以叶绿素的影响最大。在680~750 nm区间急剧上升形成一个发射陡坡，称为“红边”。

重金属改变或破坏叶细胞的结构，造成光谱红边的斜率和位置发生变化。叶绿素含量的减少会造成红边向短波方向位移，称为蓝移。

植被生物变异特征在谱学上重点表现为光谱红边的“红移”（健康，生长旺盛）和“蓝移”（不发育，中毒等）。

利用高光谱对植物光谱的“精细”结构和变异的探测和分析，可以定量、半定量地提取与估计植被生物物理和生物化学参数，快速且定量地评价冠层结构、状态或活力，冠层水文状态，估计冠层生物化学成分。

4. 蚀变矿物与矿化带的探测

通过蚀变带和蚀变矿物的识别，并结合相关的地质资料，找寻潜在的矿产。主要用于：热液蚀变矿物组合探测与成矿分析、金矿矿区蚀变岩石信息提取、铜矿矿区识别与探测、铀矿矿区探测等。

5. 高光谱矿山环境分析研究

利用高光谱的技术优势快速且有效地直接识别与提取出污染源的种类、类型，并分析其潜在的污染趋势。对矿山环境进行监测。例如：欧盟矿区环境影响评价与监测（MINEO计划）

6. 油气资源及灾害探测

利用高光谱技术了可以进行油气微渗漏探测、油气管线监测、石油泄漏探测等。