李宗仁，張 焜，李得林，李曉民

（1.青海省青藏高原北部地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810012；2.青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810012）

資源一號(hào)02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)特性分析

李宗仁1,2，張 焜1,2，李得林1,2，李曉民1,2

（1.青海省青藏高原北部地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810012；2.青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810012）

首先介紹了資源一號(hào)02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)的基本參數(shù)；再通過(guò)目視判讀與定量分析相結(jié)合的方法，重點(diǎn)從清晰度、波段統(tǒng)計(jì)、相關(guān)系數(shù)、主成分分析、圖像幾何質(zhì)量等方面對(duì)PMS數(shù)據(jù)特性進(jìn)行了分析；最后根據(jù)分析結(jié)果，提出了可行性意見(jiàn)，為PMS數(shù)據(jù)在地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用提供參考。

資源一號(hào)02C；PMS數(shù)據(jù)；特性分析；地質(zhì)礦產(chǎn)應(yīng)用

1 資源一號(hào)02C衛(wèi)星簡(jiǎn)介

資源一號(hào)02C（簡(jiǎn)稱ZY-1-02C）衛(wèi)星于2011年12月22日成功發(fā)射，是一顆填補(bǔ)中國(guó)國(guó)內(nèi)高分辨率遙感數(shù)據(jù)空白的衛(wèi)星。衛(wèi)星重量約為2 100 kg，設(shè)計(jì)壽命為3 a，搭載有1臺(tái)5 m/10 m全色多光譜（PMS）相機(jī)和2臺(tái)2．36 m高分辨率全色（HR）相機(jī)，其主要任務(wù)是獲取全色和多光譜圖像數(shù)據(jù)。ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)波段特征如表1所示。

表1 ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)波段特征[1]

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)特性分析

2.1 清晰度

受空間分辨率限制，在目視效果上（圖1），PMS數(shù)據(jù)紋理清晰度較低，紋理邊緣較為模糊，但其光譜信息比較豐富，目視可分辨目標(biāo)較多。大面積地表出露地質(zhì)體、河流、較寬道路、大面積第四系覆蓋可識(shí)別，面積較小地物不易識(shí)別。

圖1 PMS數(shù)據(jù)目視效果圖

2.2 波段統(tǒng)計(jì)

遙感數(shù)據(jù)各波段的特征量包括最小值、最大值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差，其中最大值和最小值反映圖像灰度值的分布范圍；均值反映圖像中地物的平均反射強(qiáng)度；標(biāo)準(zhǔn)差則反映圖像信息量的大小，標(biāo)準(zhǔn)差越大說(shuō)明圖像所含的信息量越大[2-3]。統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)各波段的特征量，結(jié)果如表2所示。

表2 PMS數(shù)據(jù)各波段統(tǒng)計(jì)特征量

從表2可知，在4個(gè)波段的灰度值覆蓋范圍（等級(jí)）分布中，Pan波段和Band2的動(dòng)態(tài)范圍較大，其次是Band1和Band3。Pan波段標(biāo)準(zhǔn)差最大，其次是Band3；標(biāo)準(zhǔn)差越大，表明該波段內(nèi)地物的亮度值距均值的離散程度越大，即地物的差異可能表現(xiàn)越大，信息量越豐富。

2.3 相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)反映了不同波段間的相關(guān)程度，了解圖像各波段間的相關(guān)系數(shù)對(duì)于波段的選擇，減少數(shù)據(jù)冗余有很大作用[2-3]。本文對(duì)ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)各波段間的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3所示。

表3 PMS數(shù)據(jù)各波段相關(guān)系數(shù)

由表3可知，Pan波段和Band1的相關(guān)系數(shù)最高（ρ=0．99），其次是Band1和Band2（ρ=0．98），說(shuō)明這些波段數(shù)據(jù)間的重疊較多；Pan波段、Band1、Band2和Band3的相關(guān)性最小，說(shuō)明Band3有較大的獨(dú)立性。

需不斷提高審計(jì)人員的能力，首先，加強(qiáng)內(nèi)部審計(jì)人員的多樣性，內(nèi)部審計(jì)人員應(yīng)掌握審計(jì)、會(huì)計(jì)、財(cái)管、法律、宏觀經(jīng)濟(jì)等知識(shí)，熟悉計(jì)算機(jī)操作，熟悉基建預(yù)結(jié)算審核。其次，不斷挖掘內(nèi)部審計(jì)人員的能力，開(kāi)展崗位培訓(xùn)，加強(qiáng)各審計(jì)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，進(jìn)行嚴(yán)格的崗位培訓(xùn)，確保內(nèi)審隊(duì)伍的能力穩(wěn)步向前。最后，單位審計(jì)部門要與審計(jì)機(jī)關(guān)、社會(huì)審計(jì)組織密切聯(lián)系與溝通，加強(qiáng)對(duì)審計(jì)方法、審計(jì)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，汲取審計(jì)機(jī)關(guān)、社會(huì)審計(jì)組織優(yōu)秀的方面，促進(jìn)本單位審計(jì)質(zhì)量的提高。

2.4 主成分分析

主成分分析是根據(jù)變量之間的相互關(guān)系，在盡可能不丟失信息的前提下，用幾個(gè)綜合性指標(biāo)表示多個(gè)變量的方法。在多光譜圖像中，由于各波段的數(shù)據(jù)間具有相關(guān)性，因此包含許多冗余信息。通過(guò)主成分分析法可以把遙感圖像中所含的大部分信息用少數(shù)波段表示，消除冗余信息[4]。各波段數(shù)據(jù)的主成分分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 PMS數(shù)據(jù)各波段主成分分析特征量

可以看出，第一主成分分量的信息占4個(gè)波段總信息量的53%，構(gòu)成第一主成分的向量中Pan波段最高，說(shuō)明第一主成分中Pan波段的貢獻(xiàn)最大，其次是Band3；第二主成分分量的信息占4個(gè)波段總信息量的42%，構(gòu)成第二主成分的向量中Band3最高，說(shuō)明第 二主成分中Band3的貢獻(xiàn)最大。根據(jù)各波段主成分分析結(jié)果，Pan波段和Band3信息量最大，與波段標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。

2.5 圖像幾何質(zhì)量

由于原始的衛(wèi)星地面站接收的遙感圖像僅進(jìn)行了系統(tǒng)誤差的校正，而沒(méi)有進(jìn)行幾何畸變和投影差的校正，使得形成的遙感圖像失真，影響了圖像的質(zhì)量和后期應(yīng)用的效果，這種圖像很難應(yīng)用在實(shí)際工作中，在使用前必須消除[5]。

通過(guò)對(duì)02C數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用成圖比例的了解，在保證項(xiàng)目中所使用的所有遙感數(shù)據(jù)在幾何精度高度匹配的前提下，決定在Erdas Imagine 9．2軟件下利用“RPC+DEM+GCP”方法來(lái)進(jìn)行幾何校正，以提高最終的定位精度。其中，RPC為ZY-1-02C衛(wèi)星自帶的有理函數(shù)模型；DEM為高程數(shù)據(jù)，本次工作采用分辨率為30 m的高程數(shù)據(jù)；GCP為地面控制點(diǎn)，其精度要求為20～30 cm，控制點(diǎn)盡可能選在山間較為開(kāi)闊的平地上，地物標(biāo)志清晰明顯，點(diǎn)位分布盡量均勻。本次工作選取28個(gè)地面控制點(diǎn)，其中山地地區(qū)7個(gè)，丘陵地區(qū)12個(gè)，平原地區(qū)9個(gè)，其分布情況見(jiàn)圖2。

通過(guò)幾何校正，經(jīng)檢查（表5），校正后平原地區(qū)PMS數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差優(yōu)于丘陵地區(qū)，丘陵地區(qū)PMS數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差優(yōu)于山地地區(qū)；平原地區(qū)、丘陵地區(qū)未超過(guò)精度要求，山地地區(qū)也基本符合精度要求?？傮w而言，ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)的糾正精度符合基本要求，滿足1∶25萬(wàn)比例尺數(shù)字制圖精度要求。

圖2 ZY-1-02C衛(wèi)星原始影像控制點(diǎn)分布圖

表5 ZY-1-02C衛(wèi)星影像幾何校正GCP誤差表

3 PMS數(shù)據(jù)在地質(zhì)礦產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 波段組合選擇

多光譜數(shù)據(jù)具有豐富的光譜信息和多個(gè)光譜波段，不同波段對(duì)不同地物有較好地反映，因此在影像融合前需要進(jìn)行最佳波段組合和彩色合成，以最大程度地利用各波段的信息量，輔助影像的判讀與分析。

PMS數(shù)據(jù)中的Band2（紅光）在可見(jiàn)光中是識(shí)別土壤邊界和地質(zhì)界線最有利的波段；Band3（近紅外）是標(biāo)準(zhǔn)差最大，即地物的差異表現(xiàn)最大，信息量最豐富且獨(dú)立性最大的波段。根據(jù)最佳波段組合原則：要求合成圖像信息量大、相關(guān)性小、冗余度小、對(duì)研究地物類型的光譜差異大[6]。在中高山地區(qū)遙感地質(zhì)調(diào)查中，ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)最佳波段組合方案為：2（R）3（G）1（B），該組合方案能最大化地體現(xiàn)地質(zhì)體特征，更接近于自然色，更加有利于解譯人員對(duì)影像地物信息的判別，效果如圖3。

圖3 PMS數(shù)據(jù)2（R）3（G）1（B）組合效果圖

3.2 第四紀(jì)松散堆積物識(shí)別

對(duì)第四紀(jì)松散堆積物，即第四系的成因類型、相互關(guān)系和分布范圍的調(diào)查是遙感特別是高分辨率遙感技術(shù)方法的優(yōu)勢(shì)。利用ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)對(duì)不同成因類型的第四系標(biāo)志性微地貌特征的清晰顯示，可準(zhǔn)確地識(shí)別與圈定不同成因的第四系及其空間展布（圖4）。同時(shí)，利用它們之間的相互切割關(guān)系，可對(duì)它們之間的接觸關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確地解譯判定[7]。

3.3 區(qū)域構(gòu)造格架的建立、巖石大類的解譯分區(qū)

ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)光譜信息比較豐富，圖像的色彩飽和度較好，地物的對(duì)比度較強(qiáng)烈、色調(diào)差異較明顯，所反映的空間內(nèi)容也較為宏觀，更易建立研究區(qū)的構(gòu)造格架，開(kāi)展巖石大類的解譯分區(qū)。對(duì)宏觀性構(gòu)造格架的了解和巖石大類的解譯分區(qū)是利用PMS數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯分析的優(yōu)勢(shì)[7]。

PMS數(shù)據(jù)所顯示的巖石大類或巖性組合明顯，影像單元界線清晰，巖性組合標(biāo)志能與影像地層單位相對(duì)應(yīng)。因?yàn)閹r石大類的邊界都具有易于識(shí)別的宏觀巖石標(biāo)志，反映到遙感圖像上，這種邊界標(biāo)志顯示為特殊的色調(diào)、紋形等宏觀影像標(biāo)志（圖5）。

圖4 第四系影像特征

圖5 PMS數(shù)據(jù)巖石大類解譯分區(qū)效果圖

3.4 基礎(chǔ)地質(zhì)遙感調(diào)查

受空間分辨率限制（5 m/10 m），ZY-1-02C衛(wèi)星PMS 數(shù)據(jù)紋理清晰度較低，紋理邊緣較為模糊，但其光譜信息比較豐富，目視可分辨目標(biāo)較多，具有較強(qiáng)的地物區(qū)分能力。據(jù)此特點(diǎn)，PMS數(shù)據(jù)在基礎(chǔ)地質(zhì)遙感調(diào)查工作中可發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，幾何校正精度可滿足1∶25萬(wàn)等中小比例尺地質(zhì)解譯工作的需求。在實(shí)際調(diào)查工作中，ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)對(duì)常見(jiàn)地質(zhì)現(xiàn)象均有較清晰的顯示，如巖性、線性構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造、褶皺、巖體、節(jié)理等（圖6）。

圖6 常見(jiàn)地質(zhì)現(xiàn)象影像特征

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ZY-1-02C衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)各波段進(jìn)行波段計(jì)算、相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)和主成分分析，得知Band3是地物差異表現(xiàn)最大，信息量最豐富且獨(dú)立性最大的波段。根據(jù)最佳波段組合原則，確定了在中高山地區(qū)遙感地質(zhì)調(diào)查中PMS數(shù)據(jù)的最佳波段組合為：2（R）3（G）1（B）。該組合方案能最大化地體現(xiàn)地質(zhì)體特征，更接近于自然色，更加有利于解譯人員對(duì)影像地物信息的判別。

PMS數(shù)據(jù)受空間分辨率限制，紋理清晰度較低，紋理邊緣較模糊，但其光譜信息較豐富，目視可分辨目標(biāo)較多，具有較強(qiáng)的地物區(qū)分能力。因此，在第四紀(jì)松散堆積物識(shí)別、區(qū)域構(gòu)造格架的建立及巖石大類的解譯分區(qū)工作中可發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)幾何校正，PMS數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差平原地區(qū)優(yōu)于丘陵地區(qū)，丘陵地區(qū)優(yōu)于山地地區(qū)；平原地區(qū)、丘陵地區(qū)均未超過(guò)精度要求，山地地區(qū)也基本符合精度要求。總體糾正精度符合基本要求，滿足1∶25萬(wàn)等中小比例尺地質(zhì)解譯工作的需求。

[1] 中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心．資源一號(hào)02C衛(wèi)星用戶指南[Z]．北京:中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心,2012

[2] 汪靜,楊媛媛,王鴻南,等．CBERS-1衛(wèi)星02星圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]．航天返回與遙感,2004,25(2):34-38

[3] 孫中平,熊文成,魏斌,等．環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星CCD影像質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[J]．紅外,2010,31(9):30-36

[4] 密長(zhǎng)林,馬愛(ài)功,張曉東, 等．主成分分析在遙感影像數(shù)據(jù)中的實(shí)例應(yīng)用[J]．山東國(guó)土資源,2013,29(7):69-71,76

[5] 何宇華,謝俊奇,劉順喜．ALOS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)影像特征分析及應(yīng)用精度評(píng)價(jià)[J]．地理與地理信息科學(xué),2008,24(2): 23-26,52

[6] 趙英時(shí)．遙感應(yīng)用分析原理與方法[M]．北京:科學(xué)出版社, 2003

[7] 楊金中,孫延貴,秦緒文,等．高分辨率遙感地質(zhì)調(diào)查[M]．北京:測(cè)繪出版社,2013

P237

B

1672-4623（2017）01-0029-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.01.009

李宗仁，工程師，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及定量遙感研究。

2015-10-26。

項(xiàng)目來(lái)源：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局資助項(xiàng)目（科[2013]01-061-017）。