梁樹(shù)能,甘甫平,張振華,魏紅艷,肖晨超,魏丹丹
(1.中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心,北京100083;2.國(guó)土資源部航空地球物理與遙感地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100083)
遙感試驗(yàn)場(chǎng)是自然條件相對(duì)穩(wěn)定、具有定位觀測(cè)條件的天然固定試驗(yàn)場(chǎng)所,主要用于遙感技術(shù)基礎(chǔ)理論研究、技術(shù)試驗(yàn)、有效載荷指標(biāo)的論證及評(píng)價(jià)、遙感圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)等。按試驗(yàn)場(chǎng)的應(yīng)用功能及可實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,分為綜合試驗(yàn)場(chǎng)、專業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)和校正場(chǎng)。綜合試驗(yàn)場(chǎng)場(chǎng)地面積較大,地物類(lèi)型及特征豐富,可開(kāi)展的遙感實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較齊全,具有穩(wěn)定、持續(xù)的觀測(cè)周期能力;專業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有所側(cè)重,偏重于某一技術(shù)方法或?qū)I(yè)服務(wù),反映遙感應(yīng)用的專業(yè)性和代表性特點(diǎn);而校正場(chǎng)是一種需要有一定特殊條件的試驗(yàn)場(chǎng),主要包括幾何校正場(chǎng)和輻射校正場(chǎng)。
隨著對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用能力的進(jìn)一步深入,民用遙感正進(jìn)一步向高空間分辨率、高光譜分辨率、短重訪周期發(fā)展。綜觀遙感技術(shù)的發(fā)展歷程,每一次遙感技術(shù)的飛躍以及遙感應(yīng)用水平的提高,都離不開(kāi)遙感試驗(yàn)場(chǎng)。如航天大國(guó)美國(guó),在從MSS到TM、ETM+、ASTER和航天高光譜Hyperion以及航空高光譜AVIRIS等的推廣應(yīng)用之前,都在Cuprite遙感試驗(yàn)場(chǎng)和死谷試驗(yàn)場(chǎng)開(kāi)展了針對(duì)具體數(shù)據(jù)特征的技術(shù)方法開(kāi)發(fā)與應(yīng)用評(píng)價(jià)等研究,不僅獲得了有關(guān)載荷指標(biāo)設(shè)置的優(yōu)化和后續(xù)發(fā)展的建議,也保證了遙感數(shù)據(jù)獲取之后能很快投入應(yīng)用,加速了遙感數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用運(yùn)行進(jìn)程[1~2]。
在地質(zhì)礦產(chǎn)領(lǐng)域,遙感技術(shù)是基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)等的重要支撐技術(shù)之一。但如何發(fā)揮好遙感技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)資源和環(huán)境評(píng)價(jià)應(yīng)用中的作用和定量化水平,避免遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用與推廣的盲目性等是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。為此,在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的支持下,于新疆哈密地區(qū)開(kāi)展了我國(guó)遙感地質(zhì)試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)工作。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外遙感試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)進(jìn)展綜合比對(duì)調(diào)研的基礎(chǔ)之上,重點(diǎn)總結(jié)了美國(guó)Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)、死谷北部試驗(yàn)場(chǎng)、澳大利亞高光譜應(yīng)用試驗(yàn)場(chǎng)、我國(guó)長(zhǎng)春凈月潭遙感試驗(yàn)場(chǎng)以及黑河綜合遙感聯(lián)合試驗(yàn)站等的建設(shè)進(jìn)展,可為我國(guó)遙感地質(zhì)應(yīng)用試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)提供啟示。
國(guó)外遙感試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)相對(duì)較早,自20世紀(jì)60年代起,為了大力推進(jìn)遙感應(yīng)用,以美國(guó)、澳大利亞等為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家相繼建立了一系列基于多光譜遙感和基于高光譜遙感的試驗(yàn)場(chǎng)。這些試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)對(duì)遙感事業(yè)的發(fā)展以及地球資源衛(wèi)星的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用,取得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí),隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展及遙感試驗(yàn)場(chǎng)應(yīng)用的深入,一些典型的試驗(yàn)場(chǎng)逐漸得到了公認(rèn)。
20世紀(jì)70年代,美國(guó)為了建立以資源衛(wèi)星系列為主體的全球資源環(huán)境遙感技術(shù)體系,先后在其國(guó)內(nèi)及周邊國(guó)家選擇和推薦了289個(gè)試驗(yàn)場(chǎng),作為傳感器工作參數(shù)選擇、評(píng)價(jià)及應(yīng)用驗(yàn)證的基礎(chǔ)場(chǎng)地。在后期各種地球資源遙感計(jì)劃研究中應(yīng)用過(guò)并逐漸形成的具有一定代表性的試驗(yàn)場(chǎng)見(jiàn)表1,其中比較典型的有Pisgah火山試驗(yàn)場(chǎng)、凱恩·斯普林茨試驗(yàn)場(chǎng)、洛杉磯環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)和Bucks湖試驗(yàn)區(qū)等。
1.1.1 Pisgah 火山試驗(yàn)場(chǎng)
Pisgah火山試驗(yàn)場(chǎng)位于加利福尼亞州Barstow以東64 km,最初是作為阿波羅登月計(jì)劃的一部分被選作月球模擬試驗(yàn)區(qū),早于地球資源衛(wèi)星計(jì)劃。
試驗(yàn)場(chǎng)由兩部分組成:一部分約為13 km×1.6 km,包括Pisgah火山錐和Lavic湖干涸的部分;另一部分約為3.2 km×1.6 km。該區(qū)地表盆山相間,由火山巖、沖積扇和細(xì)顆粒鹽湖土壤組成。該試驗(yàn)區(qū)主要用于校準(zhǔn)遙感試驗(yàn)儀器,并逐漸發(fā)展了遙感數(shù)據(jù)的判讀技術(shù)。
1.1.2 凱恩·斯普林茨試驗(yàn)場(chǎng)
凱恩·斯普林茨試驗(yàn)場(chǎng)位于亞利桑那州(Arizona)西北部,于1965年由內(nèi)華達(dá)(Nevada)大學(xué)遙感研究計(jì)劃成員和美國(guó)航宇局試驗(yàn)區(qū)選場(chǎng)小組共同選定。試驗(yàn)區(qū)的西北角在內(nèi)華達(dá)州梅斯基特 (Mesquite)東南15 km,南面65 km處的米徳湖 (Lake Mead)湖灣主要用作校準(zhǔn)紅外和微波遙感器。試驗(yàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況已由內(nèi)華達(dá)大學(xué)遙感研究計(jì)劃的有關(guān)科學(xué)家進(jìn)行過(guò)詳細(xì)研究。
美國(guó)航宇局對(duì)該試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了幾次試驗(yàn)飛行,所得數(shù)據(jù)也已由內(nèi)華達(dá)大學(xué)試驗(yàn)區(qū)研究小組的人員作了分析。用AN/APQ97雷達(dá)獲得的雷達(dá)圖像證明它在地質(zhì)構(gòu)造研究中是非常具有參考價(jià)值的。
1.1.3 洛杉磯環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)
洛杉磯環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)位于科羅拉多州中西部,由博納扎、都會(huì)科連多和圣胡安等3個(gè)分區(qū)組成,面積大約60000 km2。該試驗(yàn)場(chǎng)是一個(gè)大型綜合試驗(yàn)區(qū),包含多種互相關(guān)聯(lián)的地理學(xué)特征和氣候條件。其中博納扎分區(qū)主要側(cè)重于地質(zhì)學(xué)和水文學(xué),圣胡安分區(qū)主要研究生態(tài)學(xué)、冰川地質(zhì)-地貌學(xué)、大氣、土壤和凍原等,都會(huì)科連多分區(qū)側(cè)重于城市和土地使用規(guī)劃等研究。
表1 部分基于多光譜遙感的遙感試驗(yàn)場(chǎng)Table 1 Remote sensing test site of Multispectral Remote Sensing
洛杉磯環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)包含多個(gè)火山中心和火山區(qū),主要是博納扎、錫爾弗克里夫—羅希達(dá)丘陵以及位于西南部分的圣胡安火山區(qū)。這些地區(qū)由漸新統(tǒng)巖流、火山灰流、角礫巖和凝灰?guī)r組成。在火山區(qū)域內(nèi)已經(jīng)形成許多由火山構(gòu)造引起的大的塌陷,這些塌陷特征是漸新統(tǒng)火山活動(dòng)中心的標(biāo)志,大量的成礦作用常常與這種塌陷伴隨產(chǎn)生,而且后期噴發(fā)物質(zhì)大量地堆積于塌陷區(qū)域。
1.1.4 Bucks湖試驗(yàn)區(qū)
Bucks湖試驗(yàn)區(qū)位于美國(guó)內(nèi)華達(dá)山脈以北,加利福尼亞州昆西城以西約24 km,主要用于森林遙感實(shí)驗(yàn)研究。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)包括海拔高度1000~2100 m的大約300 km2的山岳地帶,因而可反映不同土壤和植被類(lèi)型的氣候狀況。
在多光譜遙感技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)之上,20世紀(jì)80年代初美國(guó)提出了高光譜遙感概念模型并成功研制了成像 (高)光譜儀,此后世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)、加拿大、澳大利亞等,選擇特定試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)成像光譜儀進(jìn)行了評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)及運(yùn)用研究,促進(jìn)了高光譜遙感技術(shù)和方法的發(fā)展,逐步形成了涵蓋不同光譜譜段和不同空間分辨率的具有不同平臺(tái)的高光譜遙感技術(shù)體系[3~4]。比較典型且得到認(rèn)可的高光譜遙感試驗(yàn)場(chǎng)主要有美國(guó)Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)、美國(guó)死谷北部試驗(yàn)場(chǎng)以及澳大利亞高光譜應(yīng)用試驗(yàn)場(chǎng)等。
1.2.1 Cuprite 試驗(yàn)場(chǎng)
Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)位于內(nèi)華達(dá)州西部Goldfield鎮(zhèn)以南約30 km的Cuprite礦區(qū)。從19世紀(jì)70年代開(kāi)始,Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)就作為MSS、TM、ETM、ASTER、Hyperion等衛(wèi)星傳感器的遙感地質(zhì)應(yīng)用試驗(yàn)場(chǎng)。20世紀(jì)80年代又發(fā)展成為成像光譜的應(yīng)用試驗(yàn)場(chǎng),加速了AVIRIS、Probe-1、SEBASS、GER等成像光譜儀的改進(jìn)與完善,開(kāi)發(fā)了成像光譜應(yīng)用技術(shù)方法與應(yīng)用系統(tǒng)。Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)在已經(jīng)成為遙感地質(zhì)界普遍認(rèn)同的“標(biāo)準(zhǔn)的”遙感試驗(yàn)場(chǎng)。
1.2.1.1 地層和巖石
該試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)交通便利,地勢(shì)較低。95號(hào)公路將Cuprite礦區(qū)分成東西兩個(gè)部分。試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層主要包括寒武紀(jì)、第三紀(jì)和第四紀(jì)地層 (見(jiàn)圖1)。寒武紀(jì)地層中有銅、金、銀和鉛礦化,第三紀(jì)凝灰質(zhì)沉積巖和熔結(jié)凝灰?guī)r中有硫產(chǎn)出。
圖1 Cuprite礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch map of Cuprite mining area
寒武系主要是沉積巖地層,在試驗(yàn)場(chǎng)西區(qū)出露較多,主要包括Harkless組、MuleSpring灰?guī)r和Emigrant組。Harkless組主要由綠色硬綠泥石粉砂巖組成,礦物成分有云母、綠泥石、黑云母和石英等,局部可見(jiàn)少量砂質(zhì)灰?guī)r;MuleSpring灰?guī)r覆蓋在Harkless組之上,由灰色微晶、薄層灰?guī)r組成;Emigrant組由薄層灰?guī)r和燧石組成,僅西北和西南少數(shù)地區(qū)出露。
第三紀(jì)地層多分布在試驗(yàn)場(chǎng)東區(qū),巖石類(lèi)型主要是多晶流紋巖、英安粗質(zhì)凝灰?guī)r、沉積巖和火山巖;試驗(yàn)場(chǎng)西區(qū)出露有一條英安粗質(zhì)霏細(xì)巖巖墻。東區(qū)還有少量含斜長(zhǎng)橄欖巖斑晶玄武巖熔巖出露。東、西部的第三紀(jì)火山巖蝕變發(fā)育。
第四紀(jì)地層為砂礫層 (局部可見(jiàn)大石塊),在試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)分布廣泛。
1.2.1.2 蝕變
Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)擁有一個(gè)相對(duì)保存完好的火山巖水熱蝕變系統(tǒng),蝕變巖石廣泛出露,主要蝕變礦物為高嶺石、明礬石和硅化等。蝕變巖石可進(jìn)一步劃分為3個(gè)填圖單元 (見(jiàn)圖2),即硅化巖石、蛋白石化與黏土化巖石。硅化巖石分布在該地區(qū)中部到最南端,呈一個(gè)大型不規(guī)則的補(bǔ)丁,硅化核心部位 (包含石英、方解石和細(xì)小的明礬石與高嶺石)是Cuprite礦區(qū)蝕變最強(qiáng)烈的巖石;蛋白石化巖石含有大量蛋白石、明礬石與高嶺石;黏土化巖石中,斜長(zhǎng)巖蝕變成為高嶺石,玻璃質(zhì)組分蝕變成為蛋白石和不同含量的蒙脫石與高嶺石。
圖2 Cuprite礦區(qū)3種蝕變巖石單元分布Fig.2 Three alteration rock units in Cuprite mine area
1.2.1.3 礦物和巖性的識(shí)別與填圖實(shí)驗(yàn)
20世紀(jì)70年代末,美國(guó)就開(kāi)始在Cuprite地區(qū)進(jìn)行蝕變礦物地質(zhì)填圖試驗(yàn)研究。1976年利用在可見(jiàn)近紅外具有11個(gè)波段的Bendix 24通道航空掃描儀開(kāi)展了航空飛行實(shí)驗(yàn),以檢驗(yàn)在可見(jiàn)—近紅外譜段范圍內(nèi)熱液蝕變巖石中明礬石和黏土礦物的含量變化、以及鐵含量的變化。該次實(shí)驗(yàn)獲得了非常好的效果,直接促進(jìn)了1978年決定在陸地專題衛(wèi)星TM上增加第七波段 (2.08~2.35 μm)。
Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)自20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始作為成像光譜儀的分析試驗(yàn)場(chǎng),Clark等[3]先后利用AVIRIS數(shù)據(jù)在Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了礦物種類(lèi)和巖性的識(shí)別與填圖、礦物識(shí)別的定量化等實(shí)驗(yàn)研究 (見(jiàn)圖3)。
圖3 Cuprite試驗(yàn)場(chǎng)礦物分布圖Fig.3 Mineral distribution map in Cuprite test site
Rowan等[4]使用ASTER對(duì)Cuprite礦區(qū)熱液蝕變巖石和圍巖進(jìn)行了蝕變礦物填圖實(shí)驗(yàn),并且與AVIRIS的礦物識(shí)別結(jié)果進(jìn)行了比較分析 (見(jiàn)圖4)。
圖4 Cuprite地區(qū)的ASTER和AVIRIS礦物識(shí)別與礦物分布Fig.4 Mineral recognition and mineral distribution of ASTER and AVIRIS in Cuprite area
1.2.2 死谷北部試驗(yàn)場(chǎng)
死谷北部試驗(yàn)場(chǎng)位于美國(guó)加州和內(nèi)華達(dá)州分界線中南部,Grapevine山脈北部。該地區(qū)植被主要是草、零星灌木叢和仙人掌,覆蓋率一般小于5%,對(duì)遙感影響不大。
該試驗(yàn)場(chǎng)地層及蝕變都很發(fā)育,其中前寒武系基巖由灰?guī)r、白云巖和砂巖及其接觸變質(zhì)巖組成;中生代深成巖體主要包括黑云母花崗巖、石英二長(zhǎng)巖斑巖巖株、石英二長(zhǎng)巖巖墻和一個(gè)花崗巖侵入體,這些巖體均被南北向狹窄礦化剪切帶所切割,其中發(fā)育絹云母 (細(xì)粒白云母或伊利石)和氧化鐵礦物。石英二長(zhǎng)斑巖中發(fā)育一條相對(duì)較寬的北西向浸染狀石英、黃鐵礦、絹云母、黃銅礦和氟石及針鐵礦礦化蝕變帶。
前寒武系中石英二長(zhǎng)巖株的周?chē)l(fā)育矽卡巖化,主要由棕色鈣鐵榴石及方解石、綠簾石和透閃石等共生礦物組成。
該試驗(yàn)場(chǎng)研究程度相對(duì)較高,1982年被美國(guó)地調(diào)局指定為地質(zhì)礦產(chǎn)勘查試驗(yàn)區(qū)。1984至2006年安排了各種遙感儀器試驗(yàn),主要是評(píng)價(jià)遙感技術(shù)在資源調(diào)查中的作用,并發(fā)展了分析方法??稍u(píng)價(jià)的遙感數(shù)據(jù)包括 Landsat MSS、TM、TIMS、JPL機(jī)載合成孔徑雷達(dá)(AIRSAR)和SIR-C等。
1.2.3 澳大利亞高光譜應(yīng)用試驗(yàn)場(chǎng)
澳大利亞地球觀測(cè)中心 (EOC)高光譜試驗(yàn)場(chǎng)共有17個(gè) (見(jiàn)圖5),均為應(yīng)用型試驗(yàn)場(chǎng),并且側(cè)重礦物填圖以及與海岸生態(tài)有關(guān)的自然環(huán)境變化監(jiān)測(cè)與研究,其中3個(gè)是與地質(zhì)應(yīng)用相關(guān)的試驗(yàn)場(chǎng),分別是MtFitton、Goldsworthy和Panorama。MtFitton用于開(kāi)展地質(zhì)與礦產(chǎn)填圖研究,Goldsworthy用于研究礦山復(fù)墾問(wèn)題,Panorama用于開(kāi)展VMS型礦物蝕變、礦物識(shí)別及填圖研究。這些綜合應(yīng)用試驗(yàn)為澳大利亞機(jī)載成像光譜儀HyMap的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),為星載成像光譜儀ARES提供了技術(shù)支撐。
圖5 澳大利亞成像光譜試驗(yàn)場(chǎng)分布Fig.5 Imaging spectral test site distribution in Australia
中國(guó)遙感試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)始于20世紀(jì)70年代,伴隨著我國(guó)遙感技術(shù)的不斷發(fā)展及應(yīng)用需求,先后建立起了一系列遙感綜合試驗(yàn)場(chǎng)、專業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)和校正場(chǎng) (見(jiàn)表2),促進(jìn)了我國(guó)遙感技術(shù)的更快發(fā)展。相對(duì)較早開(kāi)展具體綜合應(yīng)用工作的是騰沖綜合遙感試驗(yàn)場(chǎng)。
該試驗(yàn)場(chǎng)位于云南騰沖縣,于1978年選址確認(rèn),并在當(dāng)年開(kāi)展了以國(guó)產(chǎn)傳感器為主的航空遙感綜合應(yīng)用研究。這是中國(guó)遙感界一次意義重大的綜合應(yīng)用試驗(yàn),是我國(guó)獨(dú)立自主進(jìn)行的第一次大規(guī)模、多學(xué)科、綜合性遙感應(yīng)用實(shí)驗(yàn),促進(jìn)了我國(guó)遙感科技的飛躍。
該次綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)分為33個(gè)專題組,完成了75項(xiàng)專題研究,包括地質(zhì)、農(nóng)林、水資源、測(cè)繪制圖等各個(gè)專業(yè)的解譯制圖,以及各種遙感儀器檢驗(yàn)和波譜測(cè)試工作,獲取了騰沖試驗(yàn)區(qū)比較系統(tǒng)而完整的第一手遙感圖像和數(shù)據(jù),編制了大型《航空遙感圖集》和《經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)圖集》,系統(tǒng)而全面地反映了試驗(yàn)區(qū)的自然資源和開(kāi)發(fā)水平,實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科的綜合性遙感制圖,并攝制了《遙感》和《騰沖火山與熱泉》兩部科教片。
表2 國(guó)內(nèi)遙感試驗(yàn)場(chǎng)Table 2 Statistical table of remote sensing test site in China
通過(guò)這次實(shí)驗(yàn),不僅檢驗(yàn)了儀器的性能,積累了數(shù)據(jù),獲取了經(jīng)驗(yàn),為我國(guó)獨(dú)立研制系統(tǒng)傳感器奠定了基礎(chǔ),而且也為我國(guó)培養(yǎng)了大批遙感專業(yè)科研技術(shù)人員。
時(shí)隔20年后的1999年,中國(guó)科學(xué)院在騰沖又進(jìn)行了與第一次時(shí)相相同的第二次航空遙感飛行,目的主要是對(duì)成像光譜儀應(yīng)用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用成像光譜儀獲取騰沖典型地段的航空遙感數(shù)據(jù),收集地面信息數(shù)據(jù),研究該區(qū)20年來(lái)土地覆蓋和土地利用的變化,評(píng)價(jià)航空高光譜遙感在礦產(chǎn)資源勘查方面的應(yīng)用效果,并對(duì)騰沖地區(qū)自然景觀進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究。
該試驗(yàn)場(chǎng)位于長(zhǎng)春市東南角,距市區(qū)18 km,基本試驗(yàn)區(qū)面積300 km2,加上擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)面積約800 km2。試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,四季分明;土壤主要有地帶性丘陵暗棕壤、黑土及草甸土三大類(lèi);植被類(lèi)型以森林草原為主。該地區(qū)的自然地理要素代表了我國(guó)東北地區(qū)的特點(diǎn),是一個(gè)比較理想的綜合遙感試驗(yàn)場(chǎng)。
1979年在該場(chǎng)進(jìn)行了一次綜合性的航空遙感實(shí)驗(yàn),開(kāi)展了地質(zhì)、地貌、水文、氣象、植被、土壤和地物波譜等各項(xiàng)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn),獲得了較好的成果。
該試驗(yàn)場(chǎng)自1989年起成為對(duì)國(guó)內(nèi)外開(kāi)放的野外遙感試驗(yàn)場(chǎng)地,可支持和開(kāi)展多層次遙感數(shù)據(jù)的地表觀測(cè)、試驗(yàn)、檢驗(yàn)與分析模式的長(zhǎng)期積累,地基遙感機(jī)理與模式研究,空間遙感數(shù)據(jù)與遙感產(chǎn)品的驗(yàn)證與校準(zhǔn)示范基地研究。
該試驗(yàn)區(qū)位于我國(guó)西部黑河流域區(qū),可進(jìn)行寒區(qū)水文實(shí)驗(yàn)、森林水文實(shí)驗(yàn)、干旱區(qū)水文實(shí)驗(yàn)以及模擬平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)集成研究,是在流域尺度上開(kāi)展以水循環(huán)及與之密切相關(guān)的生態(tài)過(guò)程為主要研究對(duì)象的大型航空、衛(wèi)星遙感與地面同步觀測(cè)的科學(xué)試驗(yàn)區(qū)。
該試驗(yàn)區(qū)已開(kāi)展了多架次航空遙感飛行實(shí)驗(yàn),所獲取的數(shù)據(jù)集包括了航空遙感、衛(wèi)星遙感、地基遙感 (微波輻射計(jì)、微波散射計(jì)、光譜儀)觀測(cè),多普勒雷達(dá)降水觀測(cè),微氣象和大氣廓線 (探空與分光光度計(jì))觀測(cè),地面同步觀測(cè)的積雪屬性 (雪深、雪密度,雪粒徑及雪反射率等)、凍土屬性 (凍融狀態(tài)、水分含量、電導(dǎo)率等),反射率/反照率,土壤溫度和冠層溫度,LAI、生物量、植被含水量、Fpar等植被生物物理和生物化學(xué)參數(shù),以及樹(shù)高、冠幅植被結(jié)構(gòu)參數(shù)等。
2.4.1 地理位置
該試驗(yàn)場(chǎng)位于新疆東天山哈密市東南,距離哈密市區(qū)約160 km,面積約1600 km2。區(qū)內(nèi)交通較為方便,312國(guó)道從試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)西南部貫穿,與蘭新鐵路煙墩站、尾亞站有簡(jiǎn)易公路相連,試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)還有多條礦區(qū)柏油路貫穿;哈密機(jī)場(chǎng)位于試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)西北角約130 km處。
試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)屬于荒漠戈壁地區(qū),總體地勢(shì)呈南高北低之勢(shì)。區(qū)內(nèi)屬大陸性氣候,干旱少雨,水系不發(fā)育,無(wú)常年流水,區(qū)內(nèi)晝夜溫差大。區(qū)內(nèi)植被非常稀少,是開(kāi)展遙感地質(zhì)綜合應(yīng)用研究及新技術(shù)新方法開(kāi)發(fā)應(yīng)用的理想場(chǎng)地。
2.4.2 地質(zhì)概況
試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)屬于塔里木板塊北部陸緣活動(dòng)帶二級(jí)構(gòu)造單元,區(qū)域構(gòu)造發(fā)育,尤其是斷裂構(gòu)造發(fā)育,深斷裂、大斷裂和一般斷裂構(gòu)成錯(cuò)綜復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)。
試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)出露的地層單元主要有:長(zhǎng)城系星星峽群中深變質(zhì)巖,主要巖性為長(zhǎng)英質(zhì)角巖、黑云母石英片巖、二云母石英片巖、變粒巖和淺粒巖等;下石炭統(tǒng)干墩組次深海相陸源碎屑淺變質(zhì)巖和中酸性火山碎屑巖,地層巖石的綠泥石化、綠簾石化蝕變普遍比較強(qiáng)烈;下石炭統(tǒng)雅滿蘇組陸源碎屑沉積巖、火山碎屑巖和中-基性火山巖;下石炭統(tǒng)梧桐窩子組中酸性熔巖夾火山碎屑巖;下二疊統(tǒng)阿其克布拉克組陸相碎屑巖;以及古近系、新近系和第四系等。
由于大洋板塊俯沖、大陸板塊碰撞及后碰撞走滑和伸展等作用,相應(yīng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)及火山爆發(fā),使得區(qū)內(nèi)侵入巖及脈巖非常發(fā)育,從超基性-基性巖到中酸性巖均有分布。受表生地質(zhì)作用影響,區(qū)域的侵入巖普遍蝕變較強(qiáng),其中基性巖和超基性巖的褐鐵礦化、綠泥石化、綠簾石化或蛇紋石化等較發(fā)育,而中酸性巖體的白云母化、絹云母化、綠泥石化、高齡石化和黃鐵礦化等也較為發(fā)育。
2.4.3 試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)進(jìn)展
試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)主要是面向遙感地質(zhì)勘查技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用需求,建設(shè)野外與室內(nèi)相適應(yīng)和匹配的遙感地質(zhì)試驗(yàn)場(chǎng)的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。目前已完成野外試驗(yàn)場(chǎng)基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、巖礦光譜、遙感影像、地球物理和地球化學(xué)等基礎(chǔ)本底數(shù)據(jù)的采集 (見(jiàn)表3);同時(shí),針對(duì)遙感地質(zhì)試驗(yàn)場(chǎng)的特點(diǎn),搭建了室內(nèi)半實(shí)物仿真硬件平臺(tái),具備了開(kāi)展仿真模擬的能力。
開(kāi)發(fā)了遙感地質(zhì)試驗(yàn)場(chǎng)服務(wù)系統(tǒng),系統(tǒng)集成了野外試驗(yàn)場(chǎng)本底數(shù)據(jù)庫(kù)和室內(nèi)數(shù)字仿真平臺(tái)及物理仿真實(shí)驗(yàn)室,可實(shí)現(xiàn)遙感地質(zhì)試驗(yàn)場(chǎng)服務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行,初步具備了提供社會(huì)公益性服務(wù)的能力 (見(jiàn)圖6)。
目前,在該試驗(yàn)場(chǎng)可開(kāi)展遙感地質(zhì)產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn),遙感數(shù)據(jù)幾何與輻射等標(biāo)定,航天、航空、地面等有效載荷的論證和指標(biāo)設(shè)置以及航天、航空、地面等成像系統(tǒng)性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化、圖像質(zhì)量評(píng)估等科研工作。
表3 哈密地質(zhì)試驗(yàn)場(chǎng)基礎(chǔ)本底數(shù)據(jù)Table 3 Basic background data of Hami test site
遙感試驗(yàn)場(chǎng)是可用于遙感技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)實(shí)驗(yàn)和檢定,具有相對(duì)穩(wěn)定的自然條件和定位觀測(cè)條件的天然的固定試驗(yàn)場(chǎng)所。遙感試驗(yàn)場(chǎng)的建立不是一蹴而就的,尤其是綜合性的遙感試驗(yàn)場(chǎng),需要經(jīng)過(guò)眾多研究者在同一個(gè)地區(qū)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn);經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究,最終得到普遍認(rèn)同,才能成為一個(gè)相對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)”的遙感試驗(yàn)場(chǎng)。
所建立的遙感試驗(yàn)場(chǎng)是多種遙感體系 (系列衛(wèi)星、多種航空遙感系統(tǒng))的地面支持系統(tǒng)的重要部分,既可滿足衛(wèi)星和航空遙感系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行及應(yīng)用評(píng)價(jià)的需要,又可為廣大遙感用戶提供基本數(shù)據(jù)資料與試驗(yàn)場(chǎng)地以及有效和有針對(duì)性的遙感方法和成套技術(shù)。
圖6 遙感地質(zhì)試驗(yàn)場(chǎng)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)Fig.6 Service system webpage of Hami remote sensing geological test site
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