访高光谱遥感技术研究与应用专家王润生

　   王润生个人简介：
　　 王润生，1944年生，男，教授级高级工程师，现为中国国土资源航空物探遥感中心高光谱遥感技术研究与应用专家，长期从事遥感的理论研究、数据处理和遥感地质应用工作。兼职中国地质大学教授、博士生导师，北京航天航空大学教授，中国图像图形学会副理事长。　

王润生教授（前排中间）领导的高光谱科研团队在研究工作　　
　　　　　 
    

     中国国土资源航空物探遥感中心自1996年始，在原地质矿产部、国土资源部、科技部、地质调查局等部局的支持下，长期专注于高光谱矿物填图技术的开发及其在地质勘查中的应用研究，经过十几年的努力，该技术水平开始迅速接近或赶上国际领先水平，部分技术已相对成熟，形成了一定的生产力。为了更好地了解高光谱遥感技术的发展以及应用，记者日前就有关问题采访了中国国土资源航空物探遥感中心高光谱遥感技术研究与应用专家王润生。
　　　　　 　　　
准备阶段
　　　　
　　1996年-1999年是高光谱遥感技术开发的准备阶段。王润生介绍说， 在原地质矿产部“九五”重点科研项目“成像光谱方法技术开发应用研究”的支持下，中国国土资源航空物探遥感中心开始涉足这一高技术领域。在三年半的时间内，航空物探遥感中心利用美国Cuprite矿区的航空可见和红外成像光谱仪AVIRIS数据以及河北崇礼-赤城地区MAIS数据，开展了蚀变矿物提取和矿物填图方法试验，评价了成像光谱一些常用数据处理和识别方法的实用性和有效性；发展了航空成像光谱数据辐射畸变校正和随机噪声的小波分析方法、图像几何畸变校正的相关匹配方法、基于矿物光谱变异和混合光谱知识的组合光谱特征匹配识别方法以及地物神经网络分析识别方法；开发了成像光谱数据分析处理系统(ISDAPS)；在野外和实验室条件下，开展了岩矿光谱的影响因素和矿物混合光谱研究，测试了高岭石、白云母、方解石、白云石、蒙托石、绿帘石、针铁矿、磁铁矿、钾长石、斜长石、石英等多种矿物组合的混合光谱共300余条，初步总结了矿物光谱变异规律；通过处理相关数据，在河北实验区圈出了一些金矿化蚀变异常，发现了数个可供进一步工作的金矿化点。
      记者在采访中了解到， 该项目的完成为成像光谱技术的实用化以及技术的进一步开发研究奠定了基础。通过研究，航空物探遥感中心进一步明确了成像光谱实用化技术体系建立中尚须解决的关键问题，认识到了掌握各种矿物的波谱特征和变异规律是正确和有效识别矿物的基础，单纯依靠数学方法进行矿物识别有较大的局限性；深入开展了矿物波谱变异规律的研究，进一步明确了基于岩矿混合光谱和光谱变异知识的矿物识别、混合光谱分解和端元选择方法是成像光谱技术实用化的必由之路。据王润生介绍，该项目确定了后续研究中需要解决的8大基础性以及关键性技术问题：一是地物光谱特征研究和岩矿光谱数据库的扩充；二是实用化成像光谱大气辐射校正方法研究；三是基于岩矿混合光谱和光谱变异知识的组合光谱特征匹配识别方法的完善；四是岩矿混合光谱分解模型和基于岩矿混合光谱知识的端元选择方法研究；五是金属矿物诱导植物病变识别和地植物找矿方法研究；六是成像光谱地质找矿应用的实用化工作程式研究；七是产品化成像光谱数据分析处理软件系统；八是遥感成因矿物学和找矿矿物学研究。王润生说，这一阶段的研究与积累为日后的研究指明了方向，是日后取得的诸多重要成果的基础。
　　　　
开发阶段
　　　　
      1999年-2002年是高光谱遥感技术的开发阶段。王润生介绍说， 高光谱矿物填图分为矿物种类填图、矿物化学成分填图、矿物含量填图。矿物种类填图回答的是“是什么”的问题，矿物化学成分填图回答的是“由什么元素组成”的问题，矿化含量填图回答的是“由什么矿物组成”的问题，这三项技术的难度是依次增加的。
　　记者在采访中获悉，中国国土资源航空物探遥感中心高光谱课题组在系统地研究岩石和矿物光谱的影响因素、分析其变异特性、开展矿物混合光谱的实验室模拟试验以及分析总结矿物混合光谱的变化规律的基础上，开发了“高光谱矿物分层识别谱系规则”，并申报了国家发明专利，建立了白云母、高岭石、蒙脱石、绿泥石、绿帘石、蛇纹石、滑石、方解石、白云石等金属矿床常见的蚀变矿物的识别与填图规则。王润生说，该方法原理与实现简单，稳定性高，适合于技术的工程化与规模化应用。
　　王润生向记者介绍说，他们在新疆东天山地区利用澳大利亚机载成像光谱仪HyMap开展了试验研究，填图结果表明该方法矿物识别率（含量达到检出限以上的地点被识别出的比率）为82%，识别准确率（被识别出的地点的确存在该矿物的比率)达90%以上，填绘结果和有关图件都已提交新疆地调院和当地地质部门使用，受到了他们的普遍欢迎。
　　　　
应用阶段
　　　　
　  2002年-2005年是高光谱遥感技术的工程化应用研究阶段。王润生说，在分析大气、地面的非朗伯特性、太阳-目标-仪器的几何关系、光谱分辨率、空间分辨率、信噪比等环境和技术参数对矿物识别的影响的基础上，航空物探遥感中心总结了一套较系统而实用的干旱裸露区区域成像光谱矿物填图的技术体系和工作方法，整个技术流程包括辐射标定、大气校正与光谱重建、航带和跨航带照度调整、矿物端元选择、分航带矿物识别、几何校正、图像镶嵌与地理编码、全区矿物分布图的编制等基本步骤。　　
       记者在采访中了解到，基于上述技术体系，航空物探遥感中心在新疆东天山地区利用澳大利亚机载成像光谱仪HyMap开展了试验研究，完成了1：5万约3000平方千米的矿物分布图。据王润生介绍，除在地质勘查中应用研究之外，该技术还在矿山环境、植被微量元素探测方面同样取得令人满意的效果。在德兴铜矿区，航空物探遥感中心利用航天Hyperion高光谱数据提取了水体、土壤以及污染植被的重金属。通过这一分析，他们向世人揭示了，废矿堆、堆浸场、采矿厂以及矿区的一些氧化富集带中大量的贫铜废矿以及黄铁矿，尤其是黄铁矿作为废矿的主要组成成分，在富氧环境下极易褐铁矿化，不仅造成了矿区铁金属污染而且也同时可能造成该区土壤和水域的酸化，而且使矿山趋于区域性的环境恶化，为矿山环境治理提供了一定的理论基础。

深度开发
　　　　
       2005年至今是高光谱遥感技术的深度开发阶段。王润生说，经过上述三个阶段的研究与积累，我国高光谱矿物填图技术及应用水平基本接近了国际领先水平，初步具备了规模化、工程化应用的技术实力。然而，航遥中心高光谱课题组并未满足于此，开始研究矿物化学成分、矿物含量定量反演等一些在国际上尚未成熟的领先技术，并取得了初步成果。
      记者在采访中了解到， 针对成像光谱矿物化学成分识别和矿物成因信息提取，航空物探遥感中心课题组探索并总结了绢云母和绿泥石等重要的热液矿化蚀变矿物的光谱矿物成因学规律，建立了白云母和绿泥石类矿物的化学成分、地质成因及相对含量变化与其岩矿光谱特征的定量关系模型。王润生说，利用该模型，通过对岩矿光谱数据的分析，可以较准确地估计白云母和绿泥石矿物的化学成分、相对含量及其形成的温压条件，从而为成像光谱矿物填图由单一的矿物种属填图发展到矿物综合信息填图提供了有效的方法途径；
       由于受矿物光谱非线性混合、光谱变异、无吸收特征矿物等三方面因素的影响，利用高光谱遥感数据定量反演矿物绝对含量的难度较大，至今未见报道。课题组提出了去壳单次散射反照率光谱线性分解的方法，较好地解决了上述问题，可定量反演各种蚀变矿物以及无吸收特征矿物的绝对含量。王润生说，航空物探遥感中心课题组利用新疆东天山土墩矿区HyMap数据进行了试验，提取了绢云母、滑石、蛇纹石、绿泥石、绿帘石、方解石、无吸收特征矿物的含量分布，并以USGS矿物标准光谱库、矿物相对含量、野外地质调查结果为基础对反演结果进行了验证分析，以反演结果为依据初步分析了热液运移，圈出两个热液蚀变中心与热液运移通道，表明上述方法可用于提取矿物的空间分布，为分析矿床成因提供支撑信息。
       在采访结束时，王润生说，高光谱遥感技术仍需要进一步提高，高光谱遥感技术的应用范围还需要继续扩大，高光谱遥感技术的发展之路依旧漫长。今后，  航空物探遥感中心将继续以国际研究前沿为导向，以技术的工程化应用为基础，发展我国高光谱矿物填图事业，力争将更多更好的方法和技术奉献于我国的国土资源事业。
   


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　　 高（成像）光谱遥感器是指可获取光谱分辨率达纳米级的遥感数据的成像传感器。由于其光谱分辨率较高，可获取地物连续的光谱数据，同时又兼具普通遥感器成像的功能，具有“图谱合一”的特点，因此又称为成像光谱仪。
　　成像光谱技术将传统的二维成像遥感技术与光谱技术有机结合起来，既获取了地物的图像信息，又获取了光谱信息，克服了遥感科学中“成像无光谱”、“光谱不成像”的矛盾，是遥感科学中的一大技术革新。自19世界70年代末80年代初美国提出高（成像）光谱仪概念以来，无论从传感器研制还是从数据处理与信息提取技术方面均取得了极大的进展。该技术可提取矿物、植被、水体、大气等各地球圈层的信息，已经成功应用于地质勘查、林业、精准农业、大气环境、生态环境等各领域。