ETM+和ASTER数据在岩体提取中的对比研究

【摘 要】遥感岩体信息的提取是地质调查和找矿的一个重要技术手段。本文选择位于西昆仑西段的某铜矿区作为研究区，选用ASTER和ETM+影像为数据源，利用这两种影像来分别提取研究区内的花岗岩体，对两者提取的结果进行对比分析。结果表明，相较于ETM+数据，ASTER数据在岩体信息提取方面具优势性，岩体的成功提取，为区域地质调查和地质找矿都能提供良好的科学依据。

【关键词】ASTER;ETM+;主成分分析;提取;岩体

1 引言

成矿过程中，岩体和围岩之间的蚀变带往往是矿物富集的地带。因此，在地质找矿过程中，圈定岩体的界线对成功找矿将会奠定一个良好基础。现今找矿主要集中在我国西部条件艰苦的无人区，若能借助遥感作为辅助手段进行找矿，在节省人力物力的同时，也使找矿范围更具针对性。本文分别利用ASTER和ETM+两种影像对西昆仑西段的某铜矿区的花岗岩体进行提取，旨在对比分析两种影像对该岩体的识别能力，圈定岩体与围岩之间的蚀变带，为外业找矿明确目标和范围。

2 ASTER和ETM+数据特征分析及预处理

2.1 ETM+和ASTER数据特征

ETM+是NASA于1999年7月15日成功发射的美国陆地卫星Landsat携带的对地观测传感器，是一台8波段的多光谱扫描辐射计，工作于可见光、近红外、短波红外和热红外波段[1]。

ASTER是搭载于Terra卫星上的多光谱成像仪，它涵盖了可见光到近红外14个波段，包括3个15m空间分辨的可见光和近红外波段、6个30m空间分辨率的短波红外波段以及5个90m空间分辨率的热红外波段。

2.2 数据预处理

在提取岩体之前先进行影像预处理，预处理包括几何校正、裁剪、辐射定标、大气校正和掩膜等处理。预处理最为关键的环节在于大气校正，大气校正（本文采用FLAASH大气校正模型）是为消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物真实反射率和辐射率[2、3]。

3 岩体的提取及对比分析

多光谱遥感影像提取地物信息的方法主要有波段比值法、主成分分析法、图像掩模、图像分割、光谱角填图等几种方法。综合多方面因素考虑及其多次试验结果分析，主成分分析法较为理想。

3.1 ASTER数据的岩体提取

利用ENVI软件的统计分析工具分别对ASTER影像进行统计分析，选用信息量丰富且相互间数据冗余量小的4个波段进行主成分分析。经分析，ASTER的1、4、6和7四个波段满足条件，选为主成分分析的组合波段。

利用CROSTA主成分分析法通过用ASTER 1、4、6和7进行主成分分析，得到其主成分变化特征向量矩阵如表1所示。

通过分析表1中的特征向量矩阵，PC1和PC2虽然包含80%以上的地物信息，但是在这些信息中，几乎每种地物的信息都蕴含其中，没具有特殊性;PC3和PC4包含的信息虽少，但它们往往蕴含较特殊的地物信息，因此对岩体矿物的识别有特殊的意义。表中分析得知，主成分PC3特征向量绝对值大的是b4和b7，其绝对值分别为0.725760和0.625661，并且两个波段的特征向量符号相反，加上b1和b6载荷因子较小，说明PC3的信息量大部分来自b4和b7这两个波段。特征向量符号为负的b7表示减信息，为正的表示加信息，经过求反PC3，可以增强对岩体的信息。因此，可用PC3作为提取岩体的信息增强图像。

得到可作为提取岩体的信息增强图像PC3后，经过3*3的低值滤波处理后，再经过密度分割处理，最后得到提取后的图像如图2所示（绿色表示岩体）。

表1 ASTER 1467波段主成分变化特征向量矩阵

主成分

Band 1

Band 4

Band 5

Band 6

PC1

-0.328850

-0.657373

-0.677393

-0.029285

PC2

-0.728943

-0.279768

0.624344

0.023814

PC3

-0.600061

0.699408

-0.385386

-0.047256

PC4

-0.020665

0.020500

-0.053014

0.998169

表2 ETM+ 1457波段主成分变化特征向量矩阵

主成分

Band 1

Band 4

Band 5

Band 6

PC1

-0.328850

-0.657373

-0.677393

-0.029285

PC2

-0.728943

-0.279768

0.624344

0.023814

PC3

-0.600061

0.699408

-0.385386

-0.047256

PC4

-0.020665

0.020500

-0.053014

0.998169

3.2 ETM+数据的岩体提取

同理，ETM+ 选取1、4、5、7四个波段进行主成分分析，得到其主成分变化特征向量矩阵如表2所示。从表中可以看出，PC3可作为提取岩体信息的增强图像，经过和ASTER提取方法相同的处理，得到提取后的效果如图2所示。

图1 ASTER数据及提取的岩体信息分布图

图2 ETM+数据及提取的岩体信息分部图

3.3 提取结果对比

图1、2中，绿色部分表示提取出来的花岗岩体，从提取结果分析，两者都能较好的表征岩体空间展布情况，但从细节分析，无论是对岩体本身的识别还是岩体与围岩之间界限的识别，ASTER数据提取的效果都明显优于ETM+，这主要取决于ASTER的波长要比ETM+长，有较好的对岩石、矿物的识别能力。

4 结束语

根据研究区内的成矿特点（热液型成矿，主要矿种为铜矿，空间分布主要集中于任务区内花岗岩体与围岩之间的蚀变带内）。对任务区内花岗岩体的提取，为地质调查和地质找矿提供了科学的理论依据。此方法的成功运用，为西部艰险地区的找矿节省巨大人力物力，也为成功找矿奠定了良好的基础。但本研究仍存在一些没有解决的问题，如有冰雪或者第四纪覆盖的区域提取效果不够理想，岩体所隐含的信息无法从影像光谱特征识别，只能根据地表光谱特征和纹理来提取[4]，对岩体隐含信息的提取有待进一步研究。

参考文献：

[1]毛晓长，刘文灿，杜建国，许卫.ETM+和ASTER数据在遥感矿化蚀变信息提取应用中的比较[J].现代地质，2005，5：310-311.

[2]罗慧芬，苗放，叶成名，王秋玲等.基于FLAASH模型的ASTER卫星影像大气校正[J].安徽农业科学，2009，3：8101-8102.

[3]罗彩莲，陈杰，乐通潮.基于FLAASH模型的Landsat ETM+卫星影像大气校正[J].防护林科技，2008，9：46-51.

[4]郭慧玲，刘玉荣，王四龙，宁年书等.遥感图像中纹理信息提取及圈定隐伏火成岩体[J].煤田地质与勘探，1998，6：23-24.