遙感數(shù)據(jù)協(xié)同劃分影像地層方法研究——以新疆塔木地區(qū)Worldview-2與Landsat-8數(shù)據(jù)為例

帥 爽，孟 丹，穆 超，謝 菲，胡海潮，邵澤興

(湖北省國土測(cè)繪院，湖北武漢 430010)

TM和ASTER中等分辨率遙感數(shù)據(jù)相繼應(yīng)用于蝕變巖信息提取、巖性識(shí)別和影像地層劃分，在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘查中發(fā)揮了重大作用，遙感技術(shù)的應(yīng)用已逐步走向成熟［1-5］。受其空間分辨率影響，影像像元混合嚴(yán)重，其光譜信息、結(jié)構(gòu)信息不能滿足更為復(fù)雜的巖石礦物信息提取。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感探測(cè)頻譜范圍不斷拓寬、分辨率不斷提高，可利用的數(shù)據(jù)源也不斷增多，如Worldview-2遙感數(shù)據(jù)作為新的數(shù)據(jù)源，其全色空間分辨率達(dá)0．46 m，同時(shí)多光譜具有8個(gè)波段。Landsat-8數(shù)據(jù)相對(duì)于Landsat-7新增一個(gè)深藍(lán)波段、一個(gè)短波紅外波段和一個(gè)熱紅外波段，并且波段寬度變窄。如何挖掘多源遙感數(shù)據(jù)各自的優(yōu)點(diǎn)，將其協(xié)同應(yīng)用于遙感地質(zhì)領(lǐng)域是一項(xiàng)意義重大的課題，也是現(xiàn)代遙感找礦技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

在使用多種數(shù)據(jù)進(jìn)行巖性識(shí)別和劃分方面，前人也做了一些研究。余海闊等為了充分利用ASTER和LandSat ETM+數(shù)據(jù)特征，將兩類數(shù)據(jù)共21個(gè)波段進(jìn)行協(xié)同識(shí)別巖性，結(jié)果對(duì)巖性分類的精度比任何以其中單一數(shù)據(jù)得到效果更好［6］。但這兩種數(shù)據(jù)的大部分光譜覆蓋范圍均為重合，未達(dá)到理想的光譜協(xié)同效果。Rowan等在美國內(nèi)華達(dá)州銅礦區(qū)蝕變巖信息提取中，釆用ASTER、AVIRIS和TM數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，并評(píng)價(jià)了三種數(shù)據(jù)的礦物信息識(shí)別能力［7］。D．RoS等協(xié)同利用TM、SPOT數(shù)據(jù)，數(shù)字高程模型，地球化學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)愛琴海盆地島弧中的低溫?zé)嵋盒徒鸬V進(jìn)行研究，用5/7、3/1等比值及主成分分析等數(shù)學(xué)運(yùn)算進(jìn)行蝕變帶識(shí)別［8］。這些方法并沒有深入探討多源數(shù)據(jù)各自的優(yōu)勢(shì)，從光譜和空間探測(cè)能力上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展和提升。

本文以協(xié)同思想為指導(dǎo)，分析Landsat-8數(shù)據(jù)和Worldview-2數(shù)據(jù)光譜信息、空間結(jié)構(gòu)信息在巖性劃分方面的作用，將不同覆蓋范圍的波段進(jìn)行疊加協(xié)同，達(dá)到光譜分辨率上的協(xié)同;并將Landsat-8多光譜數(shù)據(jù)與Worldview-2數(shù)據(jù)融合，使其空間分辨率提高到2 m，最終得到兼顧光譜信息和高空間分辨率的協(xié)同數(shù)據(jù)，利用協(xié)同遙感數(shù)據(jù)可高精度地對(duì)區(qū)域巖性進(jìn)行劃分。

1 不同影像數(shù)據(jù)基本性能分析

Worldview-2和Landsat-8數(shù)據(jù)在光譜分辨率、空間分辨率、時(shí)間分辨率及輻射分辨率方面均有所差異。從地質(zhì)體的屬性結(jié)構(gòu)上看，影像的時(shí)間分辨率及輻射分辨率對(duì)遙感巖性的識(shí)別影響較小。因此僅對(duì)兩種數(shù)據(jù)在光譜、空間上的探測(cè)能力進(jìn)行對(duì)比分析。

1．1 光譜探測(cè)能力對(duì)比分析

光譜分辨率指傳感器探測(cè)器件接收電磁波輻射時(shí)所能區(qū)分的最小波長范圍，也指傳感器在其波長范圍內(nèi)所能劃分的波段量度，波段的波長范圍越小，波段越多，則波譜分辨率越高。Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)波譜范圍對(duì)比圖1可看出，在可見光—近紅外波譜范圍內(nèi)，Worldview-2數(shù)據(jù)波段范圍連續(xù)分布，基本上實(shí)現(xiàn)該波譜范圍內(nèi)波譜全覆蓋，平均波段寬度50 nm，光譜分辨率高。Landsat-8除紅綠藍(lán)波段外，還有一個(gè)深藍(lán)波段和一個(gè)近紅外波段，平均波段寬度也為50 nm，但在此波段范圍內(nèi)波段覆蓋范圍沒有Worldview-2數(shù)據(jù)大，且波段不連續(xù)。

在中紅外—短波紅外波譜范圍內(nèi)，Worldview-2數(shù)據(jù)沒有波段設(shè)置，Landsat-8數(shù)據(jù)在短波紅外波段設(shè)置有3個(gè)波段，平均波段寬度110 nm，光譜分辨率要高于Worldview-2數(shù)據(jù)。但Landsat-8第9波段圖像噪聲非常大，主要用于識(shí)別卷云，輻射定標(biāo)后的值集中在0．011 697～0．023 395。因此，在下面的數(shù)據(jù)處理中將第9波段剔除。

圖1 Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)波譜范圍對(duì)比Fig．1 Comparison of spectrum wavelength range of Worldview-2、Landsat-8 data

1．2 空間探測(cè)能力對(duì)比分析

空間分辨率是指圖像中可辨認(rèn)的臨界物體空間幾何長度的最小極限，即對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨率，也可理解為影像像元的尺寸。Worldview-2數(shù)據(jù)全色空間分辨率為0．46 m，多光譜空間分辨率為2．0 m，能較好地探測(cè)地表細(xì)節(jié)信息，對(duì)地層中的節(jié)理、巖層層理及巖性單元之間的接觸關(guān)系都具有較好地表現(xiàn)能力。Landsat-8數(shù)據(jù)全色空間分辨率為15 m，可見光、近紅外和短波紅外分辨率均為30 m。對(duì)于在地表有一定出露規(guī)模，均質(zhì)性較好的地質(zhì)體，能充分發(fā)揮其識(shí)別能力;但對(duì)較大比例尺的礦物填圖和構(gòu)造識(shí)別，受到混合像元影響，增大巖礦光譜研究的不確定性。因此，在地表空間結(jié)構(gòu)信息挖掘上，Landsat-8數(shù)據(jù)難以監(jiān)測(cè)到地表重要的細(xì)微結(jié)構(gòu)信息。遙感對(duì)巖性的識(shí)別除了利用巖性單元光譜特性外，巖石的結(jié)構(gòu)信息也是其重要信息。從Worldview-2數(shù)據(jù)和Landsat-8數(shù)據(jù)對(duì)空間信息的探測(cè)能力的對(duì)比上看，Worldview-2具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

綜上，Worldview-2數(shù)據(jù)與Landsat-8數(shù)據(jù)在空間探測(cè)能力和光譜探測(cè)能力上各有優(yōu)勢(shì)。單獨(dú)利用某一種數(shù)據(jù)難以達(dá)到準(zhǔn)確地進(jìn)行巖石地層分類的要求。理論上將Worldview-2數(shù)據(jù)的空間探測(cè)能力優(yōu)勢(shì)與Landsat-8短波紅外光譜探測(cè)能力的優(yōu)勢(shì)協(xié)同，可提高遙感對(duì)巖性單元的識(shí)別能力。

1．3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

研究使用的數(shù)據(jù)是新疆維吾爾自治區(qū)阿克陶縣2010年5月23日采集的Worldview-2數(shù)據(jù)和2013年6月3日采集的Landsat-8數(shù)據(jù)。

首先需要對(duì)Worldview-2多光譜數(shù)據(jù)和Landsat-8多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)，將影像DN值轉(zhuǎn)化輻射亮度值(Radiance)，Worldview-2和Landsat-8數(shù)據(jù)輻射定標(biāo)公式分布如下:

式中:Lλ為Landsat-8數(shù)據(jù)單波段的輻射亮度值;ML為單波段乘數(shù)轉(zhuǎn)換因子;AL為單波段加法轉(zhuǎn)換因子;Qcal為影像 DN 值。Gain、offset、ML、AL 從影像頭文件中讀取。

然后利用ENVI4．8平臺(tái)上的FLAASH模塊對(duì)輻射定標(biāo)后的Worldview-2數(shù)據(jù)和Landsat-8數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正。FLAASH模塊采用MODTRAN4+輻射傳輸模型對(duì)圖像逐像元地糾正大氣中的二氧化碳、水汽及氣溶膠等吸收、散射影響。具體校正公式如式(3)。

式中:L*表示衛(wèi)星傳感器上接受到的單一像元的輻射亮度值;ρ為像元在地表的反射率;ρe表示單一像元及周邊的混合像元的地表反射率;S表示大氣的球面反射率;La*為大氣輻射進(jìn)入傳感器通道內(nèi)的輻射亮度值;A、B為大氣條件系數(shù)。在大多數(shù)校正模型中，一般地取ρ=ρe，即是忽略“鄰近像元”效應(yīng)。Landsat-8數(shù)據(jù)校正結(jié)果如圖2。

圖2 Landsat-8數(shù)據(jù)大氣校正效果Fig．2 Atmospheric correction effect of Landsat-8 data

從圖2中可以看出，大氣校正后，圖像的清晰度明顯增強(qiáng)，細(xì)部紋理也清晰可見。對(duì)比校正前后植被的波譜曲線，發(fā)現(xiàn)大氣校正后植被的波譜曲線趨于正常，大氣校正效果良好。

將經(jīng)過大氣校正的Landsat-8多光譜數(shù)據(jù)與其全色數(shù)據(jù)采用Gram-Schmidt變換融合法進(jìn)行融合，得到空間分辨率為15 m的數(shù)據(jù)。該方法對(duì)原始多光譜信息能較好地保留。最后將以大氣校正后的Worldview-2反射率數(shù)據(jù)為參照對(duì)Landsat-8反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，保證Landsat數(shù)據(jù)與Worldview-2數(shù)據(jù)在空間上配準(zhǔn)，平均誤差保證在三個(gè)像元內(nèi)。

2 協(xié)同方案及優(yōu)化

2．1 數(shù)據(jù)協(xié)同理論

協(xié)同學(xué)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一門新興的交叉科學(xué)，它研究一個(gè)開放系統(tǒng)和內(nèi)部系統(tǒng)之間的協(xié)同合作，形成宏觀有序結(jié)構(gòu)的機(jī)理和規(guī)律。1971年聯(lián)邦德國斯圖加特大學(xué)教授哈肯教授提出了協(xié)同的概念。協(xié)同理論認(rèn)為，自然界是由各個(gè)層次上不同的系統(tǒng)所構(gòu)成的統(tǒng)一體，在各個(gè)層次、各個(gè)系統(tǒng)之間既存在有相互作用和對(duì)立影響，又存在著相互制約和合化。由于系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系和制約，構(gòu)成了一個(gè)互為依存協(xié)調(diào)一致的具有一定發(fā)展規(guī)律的世界。對(duì)于自然界中的每個(gè)子系統(tǒng)是如此，對(duì)于整個(gè)由子系統(tǒng)構(gòu)成的自然界同樣如此。自然界中各系統(tǒng)、層次之間的聯(lián)系促使了實(shí)物的發(fā)展和進(jìn)步［9］。協(xié)同就成為連接各子系統(tǒng)的紐帶。因此，協(xié)同各子系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，比單一系統(tǒng)所起的作用更大，即表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)。

協(xié)同理論應(yīng)用于遙感地質(zhì)領(lǐng)域，是將不同衛(wèi)星平臺(tái)上搭載的不同傳感器作為統(tǒng)一體中的不同層次，同一傳感器數(shù)據(jù)的光譜分辨率、空間分辨率又構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，它們相互聯(lián)系。由于遙感成像中瞬時(shí)視場(chǎng)［10］的關(guān)系，同一傳感器難以同時(shí)獲得高光譜分辨率和高空間分辨率。所以數(shù)據(jù)傳感器的光譜分辨率和空間分辨率又存在相互作用和對(duì)立的關(guān)系。

遙感巖性識(shí)別中，高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)能較好地探測(cè)地表細(xì)節(jié)信息，對(duì)于不同類型巖石的節(jié)理、巖石層理及巖性單元之間的接觸關(guān)系都具有較好地表現(xiàn)能力;中等分辨率多光譜數(shù)據(jù)的短波紅外波段數(shù)據(jù)對(duì)于巖石礦物的光譜差異相對(duì)于可見光波段而言有較好地表現(xiàn)［11-12］，對(duì)于大尺度巖性劃分、蝕變礦物的提取有一定優(yōu)勢(shì)(圖3)。

因此多源遙感數(shù)據(jù)對(duì)于巖石礦物信息識(shí)別能力的發(fā)展和進(jìn)步，是各個(gè)傳感器光譜探測(cè)能力和空間探測(cè)能力相互影響、相互制約“協(xié)同”推動(dòng)的［13］。所以用何種方式實(shí)現(xiàn)多源遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率優(yōu)勢(shì)和光譜分辨率優(yōu)勢(shì)的協(xié)同是遙感地質(zhì)發(fā)展的趨勢(shì)。

圖3 中等分辨率多光譜數(shù)據(jù)與高空間分辨率數(shù)據(jù)巖性識(shí)別效果對(duì)比Fig．3 Comparison of multispectral data of medium resolution and data lithology of high spatial resolution

2．2 結(jié)構(gòu)協(xié)同方案及優(yōu)化

2．2．1 結(jié)構(gòu)協(xié)同方案

通過對(duì)Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)空間探測(cè)能力上的分析，希望把Worldview-2數(shù)據(jù)在空間探測(cè)能力上的優(yōu)勢(shì)“嫁接”到Landsat-8數(shù)據(jù)上，從而提高影像上巖性判斷的精度。首先將Landsat-8數(shù)據(jù)1～7多波段數(shù)據(jù)與其全色波段融合成15 m分辨率數(shù)據(jù)，然后再與Worldview-2多光譜數(shù)據(jù)中的某單波段數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。最終獲得具備Landsat-8數(shù)據(jù)1～7波段多光譜信息和Worldview-2數(shù)據(jù)2 m空間分辨率的空間結(jié)構(gòu)協(xié)同數(shù)據(jù)。需要指出的是遙感數(shù)據(jù)融合中，如果兩種待融合數(shù)據(jù)空間分辨率比＞20∶1，融合數(shù)據(jù)將損失大量信息。所以本次研究中沒有選擇0．5 m空間分辨率的Worldview-2全色數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

2．2．2 方案優(yōu)化

為使協(xié)同數(shù)據(jù)能較好地保持Landsat-8數(shù)據(jù)1～7波段多光譜信息對(duì)結(jié)構(gòu)協(xié)同方案進(jìn)行優(yōu)化，采用具有高光譜保真度的主成分變換融合法和Gram-Schmidt變換融合法進(jìn)行試融合，并對(duì)融合結(jié)果計(jì)算與原始多光譜數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)和光譜扭曲度，一般情況下，相關(guān)系數(shù)越大，光譜扭曲度越小，融合結(jié)果的光譜保真度越好(表1)。

表1 融合結(jié)果相關(guān)系數(shù)與光譜扭曲度對(duì)比表Table 1 Contrast table of correlatior coefficient of fusion results and twisting degree of spectrum

由于傳統(tǒng)像素級(jí)融合一對(duì)多的模式中(全色與多光譜融合)，全色波段光譜響應(yīng)范圍與多光譜波段光譜響應(yīng)范圍不一致，傳統(tǒng)融合方法又沒有從物理上改變光譜不匹配的現(xiàn)狀，因此出現(xiàn)了光譜失真的問題。由于Worldview-2多光譜數(shù)據(jù)的光譜范圍不包括短波紅外波段，而短波紅外波段對(duì)于巖性劃分又至關(guān)重要，所以融合結(jié)果出現(xiàn)一定的光譜失真在所難免。通過計(jì)算試融合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)和光譜扭曲度，最終選擇了光譜保真度相對(duì)較好的Gram-Schmidt變換融合法，使用了Worldview-2多光譜數(shù)據(jù)中第8波段作為高空間分辨率波段Landsat-8自融合數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。這是因?yàn)榈?波段相對(duì)其他7個(gè)波段，光譜范圍最寬，相對(duì)能減小光譜響應(yīng)范圍不一致帶來的光譜失真問題。

經(jīng)過對(duì)融合結(jié)果的分析，這種光譜失真并不影響影像上巖性的劃分。最終結(jié)構(gòu)協(xié)同效果如圖4。

圖4中可以看出，融合數(shù)據(jù)兼具了Landsat-8數(shù)據(jù)的光譜信息和Worldview-2數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)信息，達(dá)到了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)協(xié)同的效果。

2．3 光譜協(xié)同方案及優(yōu)化

2．3．1 光譜協(xié)同方案

通過對(duì)Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)的光譜覆蓋范圍及空間探測(cè)能力的分析，提出了將兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同識(shí)別巖性的構(gòu)想。在光譜覆蓋范圍上，Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)光譜優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可進(jìn)行光譜協(xié)同。具體方案是將Worldview-2可見光—近紅外1～8波段與Landsat-8數(shù)據(jù)短波紅外6、7波段進(jìn)行疊加獲得10個(gè)波段光譜協(xié)同數(shù)據(jù)(圖5)。

2．3．2 協(xié)同方案優(yōu)化

由于Landsat-8數(shù)據(jù)與Worldview-2數(shù)據(jù)傳感器及成像時(shí)間不同，經(jīng)過大氣校正和高斯拉伸變換后同一地物在相同波譜范圍內(nèi)的反射率值不同。如圖6，同一地物反射率，Worldview-2數(shù)據(jù)(紅色曲線)較Landsat-8數(shù)據(jù)(黑色曲線)整體偏高。

圖4 結(jié)構(gòu)協(xié)同前后數(shù)據(jù)顯示效果圖Fig．4 Effect drawing of data display of structure synergy

圖5 Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)光譜協(xié)同方案圖Fig．5 Synergistic proposal map of Worldview-2，Landsat-8

圖6 Worldview-2數(shù)據(jù)、Landsat-8數(shù)據(jù)上同一地物的反射率差異Fig．6 Reflectivity difference of ground objects of WordView-2，Landsat-8 data

為了使兩種數(shù)據(jù)的反射率值匹配一致，需要確定兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配的因子“S”［14］。從Worldview-2數(shù)據(jù)與Landsat-8數(shù)據(jù)的波段覆蓋范圍上分析，Worldview-2數(shù)據(jù)Band2(藍(lán)波段)波譜范圍為0．450～0．510 μm，Landsat-8數(shù)據(jù)Band2(藍(lán)波段)波譜范圍為0．450～0．515 μm?？梢酝ㄟ^計(jì)算 Worldview-2數(shù)據(jù) Band2均值與Landsat-8數(shù)據(jù)Band2均值的比值關(guān)系來獲得兩種數(shù)據(jù)之間的反射率值匹配因子。

計(jì)算出Worldview-2數(shù)據(jù)Band2均值為1 805．733 1，Landsat-8數(shù)據(jù)Band2均值為1 287．469 2，得到匹配系數(shù)為1．402 5。將Landsat-8自融合影像6、7波段數(shù)據(jù)乘以匹配因子1．402 5后再與Worldview-2多光譜1～8波段數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加協(xié)同，以達(dá)到光譜協(xié)同方案的優(yōu)化。

2．4 最終協(xié)同方案及效果

通過對(duì)具體結(jié)構(gòu)協(xié)同方案和光譜協(xié)同方案的實(shí)驗(yàn)、研究和優(yōu)化，最終確定了Worldview-2數(shù)據(jù)與Landsat-8數(shù)據(jù)協(xié)同方案，獲得具有10波段光譜信息和2 m空間分辨率的協(xié)同數(shù)據(jù)(圖7)。

3 不同數(shù)據(jù)影像地層劃分效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

分別使用Worldview-2、Landsat-8影像以及協(xié)同影像進(jìn)行了目視巖性劃分，并以三組數(shù)據(jù)上烏魯克恰特組(K1w)、英吉莎群(K2E1Y)與阿爾塔什組(E1a)的顯示特征的差異說明協(xié)同數(shù)據(jù)影像地層劃分情況。研究區(qū)主要巖性單元巖性描述如表2。

表2 研究區(qū)巖性單元具體巖性表Table 2 Lithology of lithology unit in study area

3．1 Worldview-2、Landsat-8 影像地層劃分

圖7為烏魯克恰特組、英吉莎群與阿爾塔什組在Worldview-2、Landsat-8影像上的圖像特征，由圖可見，在Worldview-2、Landsat-8影像上烏魯克恰特組(K1w)、英吉莎群(K2E1Y)與阿爾塔什組(E1a)的界線都比較清晰。但對(duì)于英吉莎群(K2E1Y)內(nèi)部庫克拜組(K2k)、烏依塔克組(K2w)、依格孜牙組(K2y)以及吐依洛克組(E1t)4個(gè)組劃分效果有所差異。

圖7 烏魯克恰特組、英吉莎群與阿爾塔什組在Worldview-2、Landsat-8影像上的圖像特征Fig．7 Image feature of Worldview-2，Landsat-8 image

圖7-a中為Landsat-8數(shù)據(jù)734波段組合影像，圖像上烏魯克恰特組(K1w)石英砂巖呈深紫色，阿爾塔什組(E1a)白色塊狀硬石膏巖呈淺藍(lán)色，英吉莎群(K2E1Y)整體呈綠色或淺紅色。三個(gè)巖石單元走向近南北向，接觸關(guān)系均為整合接觸。英吉莎群(K2E1Y)內(nèi)部庫克拜組(K2k)灰綠色頁巖與灰黃色頁巖互層的巖性在Landsat-8影像上表現(xiàn)為淺綠色中夾雜著黃色。其上伏的烏依塔克組(K2w)的長石砂巖與泥巖互層與依格孜牙組(K2y)的灰色泥晶灰?guī)r在影像均顯示為深綠色，難以劃分。Landsat-8影像上，英吉莎群(K2E1Y)上部的吐依洛克組(E1t)的紫紅色厚層泥巖呈紅色、暗紅色與周圍巖性單元區(qū)分比較明顯。

圖7-b中為Worldview-2數(shù)據(jù)432波段組合影像，圖像上各巖性單元的顏色差距并不明顯。烏魯克恰特組(K1w)石英砂巖呈暗紅色，英吉莎群(K2E1Y)與阿爾塔什組(E1a)顏色比較接近，色調(diào)都較淺，但英吉莎群(K2E1Y)層理比較發(fā)育，阿爾塔什組(E1a)則是塊狀的硬石膏巖，以此為劃分標(biāo)準(zhǔn)，也比較容易將兩個(gè)巖性單元分開。英吉莎群(K2E1Y)下部的庫克拜組(K2k)和烏依塔克組(K2w)在Worldview-2影像上色調(diào)比較接近，結(jié)構(gòu)上層理并不發(fā)育，所以難以從影像上進(jìn)行劃分。依格孜牙組(K2y)的灰色泥晶灰?guī)r水平層理比較發(fā)育，在Worldview-2影像上表現(xiàn)為一組較密集的平行紋理。以此為特征比較容易與其下伏烏依塔克組(K2w)區(qū)分。而依格孜牙組(K2y)與吐依洛克組(E1t)顏色上均呈深灰色，內(nèi)部紋理也比較接近，所以比較難劃分。

3．2 協(xié)同影像地層劃分情況

圖8為烏魯克恰特組(K1w)、英吉莎群(K2E1Y)與阿爾塔什組(E1a)在協(xié)同影像上的表現(xiàn)?？梢钥闯鋈齻€(gè)組之間的接觸關(guān)系都非常清晰。

圖8 烏魯克恰特組、英吉莎群與阿爾塔什組在協(xié)同影像上的圖像特征Fig．8 Image feature of synergistic image

烏魯克恰特組(K1w)整體呈紫色，與上伏英吉莎群(K2E1Y)為整合接觸關(guān)系［15］。從下部到上部，紫色逐漸加深，這與該區(qū)域1∶25萬地質(zhì)調(diào)查報(bào)告上表述的從棕紅色粉砂質(zhì)泥巖—淺褐色厚層狀含泥礫鈣質(zhì)細(xì)粒長石石英砂巖夾細(xì)礫巖、棕紅色極薄層狀長石石英粉砂巖的巖性相符。另外紫色加深，與該組不同層位石英含量有關(guān)，石英礦物的特征吸收譜帶在 2．195 μm［16］，對(duì)應(yīng)協(xié)同數(shù)據(jù)的第10波段，也就是影像上假彩色合成的紅通道，所以巖性上石英含量增高，圖像上表現(xiàn)為紫色的加深。結(jié)構(gòu)上從下部向上部巖層變薄，水平層理在一些層位比較發(fā)育。

英吉莎群(K2E1Y)在影像上表現(xiàn)為不同顏色的幾個(gè)條帶，與其上伏阿爾塔什組(E1a)為整合接觸關(guān)系。英吉莎群內(nèi)部分為庫克拜組(K2k)、烏依塔克組(K2w)、依格孜牙組(K2y)以及吐依洛克組(E1t)四個(gè)組，所以在影像上表現(xiàn)為4個(gè)顏色、結(jié)構(gòu)都不相同的條帶。庫克拜組(K2k)在英吉莎群中色調(diào)比較淺，與其下伏的烏魯克恰特組容易區(qū)分?；揖G色、灰黃色頁巖互層巖性在影像上表現(xiàn)為白黃色相間的條紋狀紋理，同時(shí)水平層理比較發(fā)育。烏依塔克組(K2w)巖性為褐紅色中層狀細(xì)粒巖屑長石砂巖與泥巖互層，在影像上表現(xiàn)為比較均一的淺紫色，層理也比較發(fā)育。色調(diào)上的差異也是它與下伏的庫克拜組比較容易區(qū)分。依格孜牙組(K2y)主體為灰色泥晶灰?guī)r，在影像上表現(xiàn)為整體深灰色。另外該組灰?guī)r中水平層理十分發(fā)育，在影像上表現(xiàn)為間距相等的一組平行紋理。依據(jù)特征可將其與下伏烏依塔克組(K2w)進(jìn)行劃分。吐依洛克組(E1t)在影像上表現(xiàn)為比較特殊的暗紅色，其巖性為棕紅、紫紅色厚層泥巖。依據(jù)顏色上的特征，使其比較容易與下伏的依格孜牙組區(qū)分。

阿爾塔什組(E1a)，在影像上為比較均勻的淺藍(lán)色。該組巖性為白色塊狀硬石膏巖，所以在影像上層理并不發(fā)育，并且顏色比較均一。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料和影像特征可以判定其與下伏的英吉莎群(K2E1Y)為整合接觸關(guān)系。

綜上，Landsat-8數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)巖性單元間的光譜差異，在英吉莎群(K2E1Y)內(nèi)依格孜牙組(K2y)和吐依洛克組(E1t)的劃分上優(yōu)勢(shì)明顯。Worldview-2數(shù)據(jù)則在反應(yīng)巖性單元間結(jié)構(gòu)信息差異上有優(yōu)勢(shì)，如沉積紋理、韻律。在英吉莎群(K2E1Y)內(nèi)烏依塔克組(K2w)和依格孜牙組(K2y)的劃分上具有優(yōu)勢(shì)。協(xié)同數(shù)據(jù)集合Worldview-2數(shù)據(jù)與Landsat-8數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)信息優(yōu)勢(shì)和光譜信息優(yōu)勢(shì)，在實(shí)驗(yàn)區(qū)的巖性劃分效果上優(yōu)于單獨(dú)使用Worldview-2數(shù)據(jù)或Landsat-8數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

從協(xié)同理論和Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)的特點(diǎn)出發(fā)，將協(xié)同理論應(yīng)用于多源遙感數(shù)據(jù)遙感地質(zhì)領(lǐng)域，以提高遙感巖性識(shí)別精度。

(1)分析了Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)對(duì)于遙感巖性識(shí)別的光譜探測(cè)能力和空間探測(cè)能力，并從兩種數(shù)據(jù)光譜和空間探測(cè)能力的優(yōu)劣出發(fā)，將協(xié)同理論引入遙感地質(zhì)領(lǐng)域，闡述了協(xié)同運(yùn)用多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行巖礦信息提取的理論基礎(chǔ)。提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)協(xié)同方案和光譜協(xié)同方案，通過對(duì)方案的優(yōu)化，確定了最終的協(xié)同方案。

(2)分別使用Worldview-2、Landsat-8和協(xié)同數(shù)據(jù)影像對(duì)同一組巖性單元進(jìn)行劃分，并對(duì)比劃分結(jié)果，表明Worldview-2、Landsat-8數(shù)據(jù)對(duì)于不同巖性單元的劃分各有優(yōu)劣;協(xié)同數(shù)據(jù)的巖性劃分能力要優(yōu)于單獨(dú)使用Worldview-2和Landsat-8數(shù)據(jù)。

本次研究針對(duì)巖層出露較好的沉積巖區(qū)，驗(yàn)證了多源遙感數(shù)據(jù)協(xié)同進(jìn)行巖性劃分方法的可行性，研究結(jié)果表明數(shù)據(jù)協(xié)同有效地提高了遙感數(shù)據(jù)的巖性劃分能力，然而對(duì)于巖漿巖區(qū)和變質(zhì)巖區(qū)的巖性劃分能力有待進(jìn)一步研究。

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