地矿遥感技术解决方案

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1、I 地矿遥感技术解决方案 II 目录目录 前言 1 第一章 地质矿产与遥感 2 1.1 什么是遥感 . 2 1.2 为什么使用遥感 . 3 1.3 怎么获取遥感数据 . 4 （1）卫星种类 4 （2）免费获取影像数据 . 7 （3）怎么选择遥感影像 . 8 第二章 地矿中的遥感应用及关键技术 . 9 2.1 遥感地质 9 应用方向（一） ：普通地质调查 . 9 应用方向（二） ：矿产资源调查 .11 应用方向（三） ：工程地质调查 .14 应用方向（四） ：水文地质 .16 2.2 矿产开采环境评价与分析 .18 应用方向（一） ：矿产开发设计与规划 18 应用方向（二） ：矿产开采环境监测与

2、分析 19 2.3 地表沉降监测与分析 20 应用方向（一） ：矿区沉降监测 . 20 应用方向（二） ：城市地表沉降监测.22 应用方向（三） ：地震变形监测 .24 2.4 地质灾害监测 25 应用方向（一） ：滑坡监测 . 25 应用方向（二） ：泥石流监测 . 26 应用方向（三） ：崩塌监测 . 27 应用方向（四） ：地裂缝监测 . 27 2.5 生态环境监测与分析 .28 应用方向（一） ：植被监测 .28 应用方向（二） ：水质监测 .30 应用方向（三） ：固体废弃物监测 .31 2.6 ENVI/IDL 国外地矿领域应用案例.32 第三章 遥感与 GIS 一体化技术在地矿中

3、的应用 38 3.1 地矿对一体化的需求分析 .38 3.2 ENVI 与 ArcGIS 一体化集成 38 （1）数据一体化管理与企业级共享.39 （2）平台一体化分析42 （3）系统一体化集成开发 .42 3.3 ENVI/IDL 与 ArcGIS 集成开发案例 47 3.4 ArcGIS 二三维技术 .56 （1）三维 GIS 是 GIS 的重要发展趋势 . 57 （2）三维 GIS 面临的挑战 . 57 地矿遥感技术解决方案 III （3）ArcGIS10全新、完整的二三维一体化解决方案.58 第四章 ENVI/IDL 软件特点 62 4.1 软件体系结构 . 62 （1）ENVI RT

4、 运行环境 . 62 （2）ENVI+IDL 运行环境 .63 4.2 软件优势63 第五章 可用资源. 73 5.1 ESRI 用户大会. 73 5.2 专业网站 2) 是否存在着繁茂的海藻; 3) 漂浮于水面或潜入水中的大型植物; 地矿中的遥感应用及关键技术 31 4) 光线下沉或上涌的垂直衰减率; 5) 水的透明度; 6) 点源污染，如油泄露。 遥感对水质监测主要有三种不同的方法：经验公式法、半经验法和分析模型法。目前水 质评价的方法有三大类：站点的水质检测、数学模型和遥感信息，其中站点的观测是基础， 但所获得的是单点上许多水质参数;数学模型可以模拟单点过去和现在的水质参数，而且可 预测

5、未来水质;遥感信息虽然获得的水质参数十分有限，但可提供这些参数的空间分布。可 见三者结合不仅可以大大拓宽水质评价的内容， 而且可以提高水质评价的精度。 遥感图像的 时空分辨率决定了目前它在水质方面的应用十分有限， 但是随着新一代传感器的发射， 遥感 在水质中的应用越来越受到重视。 解决方案 推荐配置：ENVI+IDL+大气校正模块。 配置说明： “ENVI+IDL+大气校正模块”提供较完整的图像处理与分析功能、 完整的高光 谱处理与分析工具。 应用方向（三） ：固体废弃物监测应用方向（三） ：固体废弃物监测 应用 矿山固体废弃物污染是矿山固体废弃物造成的污染。 它包括露天矿剥离和坑内采矿产生

6、的大量废石、采煤产生的煤矸石、选矿产生的尾矿和冶炼产生的矿渣等。它们一般堆放在矿 区附近，不仅占用大片土地、诱发滑坡、泥石流等地质灾害，而且因长期堆放，还会引起化 学污染、自燃和放射性物质的辐射，直接影响到人体和其他生物健康和生命安全。 利用遥感技术提取矿区信息， 开展矿产资源开发调查与监测工作， 有利于矿产资源开发 的合理规划，维护矿业秩序，为综合整治矿区环境提供技术支持及决策依据。对提取矿区信 息提取的主要方法是遥感地物识别， 也就是遥感分类。 遥感分类的基本原理是利用地物的光 谱特性。矿区固体废物的光谱特性与矿区中一些地物的光谱相当接近，尤其和废铁矿、煤矸 石、粉煤灰、石灰等的光谱接近，

7、如果没有地理知识的介入，单靠统计分类是难以将废物堆 放场与其他地物分开的。 例如采用非监督分类时， 不仅成分不同的废物堆放场将属于不同的 聚类， 而且废物堆放场多属于不确定类， 使用单一的遥感分类方法难以实现对矿区开采面及 固体废弃物信息的准确提取， 因此采用分层分类思想将是一个克服困难的方法。 常用的分层 分类方法是决策树分类，采用决策树分类方法，设置一定的分类规则，结合数字高程模型和 含矿地层等相关辅助数据， 逐一对矿区相关地物进行分类， 有效提取了矿区开采面及固体废 弃物信息。 矿区固体废物识别的方法在于从众多的地物中提取一个或多个特殊地物， 而不是把所有 的地物分成若干类， 因而逐层排

8、除无效的象元数据将是一个可行的方法。 利于从光谱特性中 区分出矿区固体废物的主要参量有： 固体废物的含水量、 固体废物的有机质含量及表面粗糙 度等。利用这些参量与光谱的关系，通过选用合理的阈值，可以有效去除与城市固体废物无 关的象元， 以突出矿区固体废物。 统计中的监督分类和非监督分类法也适用于固体废物的分 类处理。对图像进行非监督分类，参考假彩色合成图像，去除与矿区固体废物无关的类别， 再将剩余图像进行样区选取和训练统计，进一步进行监督分类，调整可信度，同时加入空间 地理信息，得到最终分类结果。 解决方案 推荐配置：ENVI+ENVI EX 配置说明：“ENVI+ENVI EX”提供较完整的

9、遥感图像处理与分析、人性化的影像分析平 地矿中的遥感应用及关键技术 32 台ENVI EX和面向对象的影像特征提取工具 （Feature Extraction） 。 非常方便地与ArcMap 进行一体化分析。 ENVI提供功能强大的基于专家知识的决策树分类工具。 该分类方法是一个多级分类器， 它的基础是一系列的二叉决策树。每一个决策树依据一个表达式将图像中的像元分为两类， 每一个新生成的类别又可以根据其他的表达式继续向下分为两类。 可以根据需求定义决策树 的节点， 节点的个数是不受限制的。 用户可以使用来自不同来源或文件的数据共同生成一个 决策树分类器，也可以交互式编辑和“剪除”决策树，并对生

10、成的决策树保存并可以用于其他 数据。 图 2.17 决策树与分类结果 2.6 ENVI/IDL 国外地矿领域应用案例国外地矿领域应用案例 （1） ENVI 在石油渗漏的探测中扮演重要角色在石油渗漏的探测中扮演重要角色 对于能源和石油公司来说，资源的监测是非常紧迫的事情。由于按照普遍原理测绘和评 估资源是比较困难做到的， 因此开发和维护方面的工作通常是基于一些有限的可能不准确的 数据。Walnut Creek 的 Ellis 地球空间站认为，加州需要一种方法来帮助能源和石油公司更 好的监测他们的能源。 解决方案 Ellis 地球空间站研发了一种通过制作详细的环境基线和油田、精炼厂、油罐区、管线

11、和踏勘区域的地图来进行资源监测的方法。 通过精确完全地测绘研究区域， 辨识出石油渗漏 受压的土壤， 从而石油公司可以确定埋藏在地表下的潜在的石油资源的位置， 达到了石油探 测的目的， 或者通过控制石油的外溢来防止其对环境的破坏。 通过利用从不同传感器图像中 获取的环境数据对植被类型、植被压力、土壤情形、土地使用/覆盖、下部构造、水文条件 进行评估，Ellis 地球空间站能够为顾客制作出有效的环境基线。这个处理过程中，ENVI 作 为观察和分析高光谱卫星图像的工具起到了重要的作用。 ENVI 在地质测绘中的多功能性 作为一个处理和分析高光谱数据的工具，ENVI 在制作环境基线的发展中起到了重要的

12、 地矿中的遥感应用及关键技术 33 作用。Ellis 地球空间站的 Steve Ellis 选择 ENVI 是基于几个重要的因素：ENVI 支持工程和 地质软件的多种数据格式， 这对于我们的工作来说是非常重要的， 因为我一直在使用着许多 不同类型的数据。 Ellis 还说到， ENVI 拥有多种方法来分析高光谱图像和处理多种复杂运算， 这使得我们通过地理信息系统制作出的地图更加精确，拼接的更加完美。 为了制作环境基线，Ellis 和他的团队将高光谱图像、其它图像数据、基础地图和区域 数据整合输入到地理信息系统中。他们利用 ENVI 合成，展示出天然色、红外彩色、完全红 外，以帮助分析家们熟悉地

13、形、环境和人造物。然后利用 ENVI 的可视化和分析工具来确定 石油渗漏和石油污染土的位置。利用 ENVI 开发的产品就是包含石油污染地表、植被类型、 铁矿石和碳酸盐等信息的一系列黑白栅格图像。 然后， 团队对每幅图像进行纠错改正以添加 到指定的图像数据资料清单中。 图像纠正的质量往往决定了高光谱色彩合成并提供给勘测客 户的图像的有效性。 ENVI 的多功能性使得 Ellis 的团队能够快速的对高光谱影像进行多种地形和土地分析， 如制作土壤地图，分析植被群落、地表、植被活性和土地使用/覆盖情况。很多程序支持的 功能明确指出要使用高光谱数据，而且能够在低像素水平下获取信息。 ENVI 在测绘像粘

14、土矿这样具有独特丰富的光谱信号的目标时，能够发挥重要作用，这对组 成光谱库有巨大的意义。ENVI 独特的运算法则被应用在光谱压缩处理上，这减小了数据的 尺寸同时也加速了处理过程，从而更容易对大量光谱进行批处理。 选择 ENVI/IDL 的理由： 1. ENVI 的多功能性使得 Ellis 的团队更有效的对高光谱影像进行地形和土地分析。 2. ENVI 的可靠性、完备性和灵活性使他们能够制作出更完备的产品以满足客户的预期 要求。 3. ENVI 支持工程和地质软件的多种数据格式。它同时也具有多种方法来分析高光谱图 像和处理多种疑难运算，这使得我们通过地理信息系统制作出的地图更加精确，拼接 的更加

15、完美。 （2） SpaDiS 软件帮助地质学家和采人员实现有效探测软件帮助地质学家和采人员实现有效探测 过去， 金银等珍贵矿产的开发者都是依靠大量的外业工作和个人经验来规划和实施勘探 工程。 通过地面勘测搜索和提取矿产是一种高成本高风险的做法。 公司通常会耗费大量的时 间，人力和金钱，而且还不能够确定能否从所选区域获得他们投资的回报。 为了降低风险和提高收益， 现代的采矿机构在投入人力财力之前， 通常会先从各个渠道 收集数据， 调查出哪些区域富含珍贵矿产。 SpaDiS 空间分析软件提供了他们所需的技术， 可以方便地处理多种数据，通过高科技分析方法作出合理的决策，最终提高效益。 SpaDiS

16、由澳大利亚佩斯的 Vearncombe 执行 IDL 命令 4) COM_IDL_CONNECT 同 IDLDrawWidget 类似。 同时，ArcGIS 提供 ArcObjects 软件组件库，它提供了模块化、可伸缩、跨平台的通用 API。 ENVI/IDL 与 ArcGIS 集成开发可以通过以下三个途径实现： 遥感与 GIS 一体化技术在地矿中的应用 44 图 3.8 三种集成开发模式 1) ENVI / IDL 与 ArcGIS 桌面定制 通过 ArcGIS 桌面 SDK 及开发语言 （如 Python、 VBA、 VB、 VC、 .net 等） ， 将 ENVI/IDL 图像处理与分析功能集成到 ArcMAP 中： 图 3.9 将 ENVI/IDL 功能嵌入 ArcMAP Toolbar 中 遥感与 GIS 一体化技术在地矿中的应用 45 图 3.10 ENVI/IDL 功能嵌入 ArcToolBox 中 遥感与 GIS 一体化技术在地矿中的应用 46 图 3.12 ENVI/IDL 功能嵌入 ModelBuilding（GP 工具