地热资源的多源分布式遥感判别方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种地热资源的多源分布式遥感判别方法和系统，该方法包括：数据获取步骤，用于进行多源遥感图像数据获取；数据处理步骤，包括对多光谱遥感图像数据通过温度和发射率分离算法以及彩色编码和成图处理得到温度彩色编码图像信息；对雷达遥感图像数据建立地热资源的地质构造解译标志以及进行地质构造解译；对高分辨率遥感图像数据建立遥感地层岩性解译标志以及进行遥感地层岩性解译；数据集成步骤，将数据处理步骤获取的三路信息进行叠加、投影变换和配准，集成得到地热资源的位置，实现地热资源的多源分布式遥感判别。该方法通过对多源遥感图像数据的处理、解译和集成实现地热资源的准确判别。
【专利说明】地热资源的多源分布式遥感判别方法和系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及遥感技术与应用领域，特别是一种适用于地热资源的多源分布式遥感 判别方法和系统。
【背景技术】
[0002] 地热资源是一种可以再生和重复利用的新型能源和资源，一般认为地热资源起源 于地球深部熔岩和放射性元素衰变。地下水循环、毛细作用以及断裂、岩浆活动等可以把热 能从地下带到地表，在地表和地下一定深度地区形成热梯度，采用热红外遥感技术探测的 地表物质热发射率和温度的参数，利用热红外遥感的温度与发射率分离算法，可以快速检 测地表温度，而且热红外遥感技术可以快速检测地表温度，受地面条件限制较少且信息量 巨大精度较高，能够很好的应用在地热资源调查之中。热红外遥感技术被逐步应用在地热 勘探中，利用热红外遥感技术可以在一定的空间尺度上发现地热异常。许多地热都与地质 构造有关，地质构造是研究地热的重要内容。利用遥感技术方法研究地质构造是遥感地质 工作的重要内容之一。具有一定规模的活动断裂，可以切错地层，或者控制沉积及其岩浆 喷发，或者沿断裂形成各种构造地貌并控制着两侧的地貌差异、扭动变形与水系的同步转 折等。因此，它们的活动状态，在卫星图像上可以通过形态特征信息和色调信息进行判定。 而雷达具有一定的穿透性，近年来的工作表明，雷达技术在地质构造解译中具有非常重要 的作用。近年来雷达技术主要应用在地质运动的研究、岩性和地质构造等地质调查、地质过 程的分析、地外行星的研究、矿床地质的研究、地质灾害的应用等方面。
[0003] 现有的地质资源的遥感研究多用于多光谱遥感图像数据的地质解译和温度解译 相互结合的推测方式来进行，这些技术主要的缺点如下：（1)利用遥感图像数据进行地质 解译的断裂构造只是表面的能看得到的断裂构造，对于埋深较厚的断裂、大构造往往无法 解译出。而许多与地热资源有关的构造往往埋深较大，因此，实际应用效果不理想；（2)以 往的利用热红外遥感技术来主要以图像像素的形式来表现，与其它资料进行图像叠加、套 合存在一定的困难；（3)以往的遥感解译往往使用单一源数据，存在着遥感图像数据不能 相互验证的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术通过多光谱遥感图像数据的地质解译和温度解译相互结合 的推测方式进行地热资源的遥感研究仅能得到地表的断裂构造导致应用效果不理想、遥感 图像数据无法相互验证以及识别准确度低的问题，提供一种地热资源的多源分布式遥感判 别方法，通过对多源遥感图像数据的处理、解译和集成实现地热资源的准确判别。本发明还 涉及一种地热资源的多源分布式遥感判别系统。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种地热资源的多源分布式遥感判别方法，其特征在于，所述方法包括下述步 骤：
[0007] 数据获取步骤，用于进行多源遥感图像数据获取，所述多源遥感图像数据包括多 光谱遥感图像数据、雷达遥感图像数据和高分辨率遥感图像数据；
[0008] 数据处理步骤，包括对多光谱遥感图像数据通过温度和发射率分离算法得到多光 谱遥感数据的温度值，再将温度值转化成等温线变量后进行彩色编码和成图处理得到温度 彩色编码图像信息；对雷达遥感图像数据进行干涉和相位解缠处理并建立地热资源的地质 构造解译标志以及进行地质构造解译；对高分辨率遥感图像数据通过多元彩色变换技术突 出图像数据中的有用信息和明确不同地物之间波谱特征的差别，并建立遥感地层岩性解译 标志以及进行遥感地层岩性解译；
[0009] 数据集成步骤，将数据处理步骤获取的温度彩色编码图像信息、地质构造解译和 遥感地层岩性解译进行叠加、投影变换和配准，集成得到地热资源的位置，实现地热资源的 多源分布式遥感判别。
[0010] 在数据处理步骤中对多光谱遥感图像数据通过温度和发射率分离算法得到多光 谱遥感数据反演的温度值，再通过多重分形法或克里格法将温度值转化成等温线变量后将 所述等温线变量与坐标相对应并进行彩色编码和成图处理得到温度彩色编码图像信息。 [0011] 在数据处理步骤中是根据雷达遥感图像数据对地观测特征和断裂对雷达回波的 特征建立地热资源的地质断裂构造解译标志，并依据图像纹理特征进行深度的地质断裂构 造解译，所述地质断裂构造解译包括对导水断裂和导热断裂的解译。
[0012] 在数据处理步骤中对高分辨率遥感图像数据采用的多元彩色变换技术包括采用 最小噪声分离变换技术和遥感图像岩性增强技术，采用最小噪声分离变换技术判定高分辨 率遥感图像数据的波段数和分离高分辨率遥感图像数据中的噪声以突出图像数据中的有 用信息，采用遥感图像岩性增强技术通过累积直方图的方式明确不同地物之间波谱特征的 差别。
[0013] 在数据处理步骤中是根据高分辨率遥感图像数据上的地层、岩性的反射光谱和形 成的特征地貌分析分别建立不同时代的地层、岩浆层和构造的遥感地层岩性解译标志，依 据点到线到面和外围扩展的原则通过地层、侵入岩、断裂构造和环形影像的属性分类进行 遥感地层岩性解译。
[0014] 所述数据集成步骤利用GIS技术将数据处理步骤获取的矢量化的多源数据进行 叠加、投影变换和配准，并通过相交分析法或判别分析法或加权叠加分析法综合处理，集成 提取地热资源的导热和导水构造的位置。
[0015] 一种地热资源的多源分布式遥感判别系统，其特征在于，包括依次连接的数据获 取装置、数据处理装置和数据集成装置，
[0016] 数据获取装置，用于进行多源遥感图像数据获取，所述多源遥感图像数据包括多 光谱遥感图像数据、雷达遥感图像数据和高分辨率遥感图像数据；
[0017] 数据处理装置，包括与数据获取装置均相连的第一数据处理装置、第二数据处理 装置和第三数据处理装置，所述第一数据处理装置对多光谱遥感图像数据通过温度和发射 率分离算法得到多光谱遥感数据的温度值，再将温度值转化成等温线变量后进行彩色编码 和成图处理得到温度彩色编码图像信息；所述第二数据处理装置对雷达遥感图像数据进行 干涉和相位解缠处理并建立地热资源的地质构造解译标志以及进行地质构造解译；所述第 三数据处理装置对高分辨率遥感图像数据通过多元彩色变换技术突出图像数据中的有用 信息和明确不同地物之间波谱特征的差别，并建立遥感地层岩性解译标志以及进行遥感地 层岩性解译；
[0018] 数据集成装置，分别与第一、第二和第三数据处理装置相连，用于将温度彩色编码 图像信息、地质构造解译和遥感地层岩性解译进行叠加、投影变换和配准，集成得到地热资 源的位置，实现地热资源的多源分布式遥感判别。
[0019] 所述第一数据处理装置对多光谱遥感图像数据通过温度和发射率分离算法得到 多光谱遥感数据反演的温度值，再通过多重分形法或克里格法将温度值转化成等温线变量 后将所述等温线变量与坐标相对应并进行彩色编码和成图处理得到温度彩色编码图像信 息。
[0020] 所述第二数据处理装置是根据雷达遥感图像数据对地观测特征和断裂对雷达回 波的特征建立地热资源的地质断裂构造解译标志，并依据图像纹理特征进行深度的地质断 裂构造解译，所述地质断裂构造解译包括对导水断裂和导热断裂的解译。
[0021] 所述第三数据处理装置对高分辨率遥感图像数据采用的多元彩色变换技术包括 采用最小噪声分离变换技术和遥感图像岩性增强技术，采用最小噪声分离变换技术判定高 分辨率遥感图像数据的波段数和分离高分辨率遥感图像数据中的噪声以突出图像数据中 的有用信息，采用遥感图像岩性增强技术通过累积直方图的方式明确不同地物之间波谱特 征的差别；
[0022] 和/或，所述第三数据处理装置是根据高分辨率遥感图像数据上的地层、岩性的 反射光谱和形成的特征地貌分析分别建立不同时代的地层、岩浆层和构造的遥感地层岩性 解译标志，依据点到线到面和外围扩展的原则通过地层、侵入岩、断裂构造和环形影像的属 性分类进行遥感地层岩性解译。
[0023] 所述数据集成装置利用GIS技术将数据处理装置获取的矢量化的多源数据信息 进行叠加、投影变换和配准，并通过相交分析法或判别分析法或加权叠加分析法综合处理， 集成提取地热资源的导热和导水构造的位置。
[0024] 本发明的技术效果如下：
[0025] 本发明涉及一种地热资源的多源分布式遥感判别方法，通过数据获取步骤实现多 光谱遥感图像数据、雷达遥感图像数据和高分辨率遥感图像数据的多源遥感图像数据获 取，数据处理步骤针对不同的遥感图像数据进行数据处理，对多光谱遥感图像数据通过温 度和发射率分离算法得到多光谱遥感数据的温度值，再将温度值转化成等温线变量后进行 彩色编码和成图处理得到温度彩色编码图像信息；对雷达遥感图像数据进行干涉和相位解 缠处理并建立地热资源的地质构造解译标志以及进行地质构造解译；对高分辨率遥感图像 数据通过多元彩色变换技术突出图像数据中的有用信息和明确不同地物之间波谱特征的 差别，并建立遥感地层岩性解译标志以及进行遥感地层岩性解译；在数据集成步骤对温度 彩色编码图像信息、地质构造解译和遥感地层岩性解译进行叠加、投影变换和配准，实现地 热资源的多源分布式遥感判别。本发明对得到多光谱遥感图像数据的温度值并进行彩色编 码和成图处理，实现热红外遥感数据的矢量化的彩色编码，避免了现有技术用图像像素的 形式表现热红外遥感数据导致与其它资料进行套合存在困难的问题；本发明通过对高分辨 率遥感图像数据通过多元彩色变换并建立遥感地层岩性解译标志，以及对雷达遥感图像数 据处理并地质构造解译标志，并实现了地热资源的地质断裂构造的表层和深度解译，为埋 深较厚的地热资源的构造的识别提供了依据，避免了现有技术只是针对表面的能看得到的 断裂构造进行推测方式解译导致实际应用效果不理想的问题。本发明解决了隐藏在覆盖物 下的构造识别困难的问题，通过对地热资源进行地质断裂的表层和深度解译，配合温度彩 色编码图像信息，进行信息的综合叠加集成处理，集成得到地热资源的位置，快速有效地识 别地热资源，多源遥感图像数据的获取和数据处理避免了现有技术仅使用单一源数据存在 遥感图像数据无法相互验证的弊端，多源遥感图像数据之间可以实现相互验证，提高了地 热资源的识别的准确度，提供勘查和工程布置依据。
[0026] 本发明还涉及一种地热资源的多源分布式遥感判别系统，包括依次连接的数据获 取装置、数据处理装置和数据集成装置，数据获取装置能够获取多源遥感图像数据，数据处 理装置通过内部的第一数据处理装置、第二数据处理装置和第三数据处理装置对多源遥感 图像数据分别进行不同的处理、解译以及温度信息的彩色编码和成图，数据集成装置最终 对多种数据进行叠加集成处理实现地热资源的准确判别。该系统针对的是地热资源的深层 的地质构造解译、遥感地层岩性解译和地表的与温度有关的彩色编码图像信息的识别，对 多源遥感图像数据所隐藏的与地热资源有关的信息进行揭示和综合处理，实现地热资源的 多源遥感判别，能够有效地解决针对地热资源的遥感勘查的许多技术性问题，经过系统处 理后成果简单，识别准确度高，在使用上符合企业工作的操作，能够为前期矿权圈定提供指 导和后期工程布置和勘查提供重要技术资料。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是本发明地热资源的多源分布式遥感判别方法的流程图。
[0028] 图2是本发明方法的数据处理步骤中对多光谱遥感图像数据处理得到的温度彩 色编码图。
[0029] 图3是本发明方法的数据处理步骤中对雷达遥感图像数据处理得到的地质断裂 构造解译结果图。
[0030] 图4是本发明方法的数据处理步骤中对高分辨率遥感图像数据处理得到的遥感 地层岩性解译结果图。
[0031] 图5是地热资源的多源分布式遥感判别结果图。
[0032] 图6为地热资源预测图。
[0033] 图7是本发明地热资源的多源分布式遥感判别系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明进行说明。
[0035] 本发明涉及一种地热资源的多源分布式遥感判别方法，该方法的流程如图1所 示，包括下述步骤：
[0036] 数据获取步骤，用于进行多源遥感图像数据获取，所述多源遥感图像数据包括多 光谱遥感图像数据、雷达遥感图像数据和高分辨率遥感图像数据。其中，多光谱遥感图像数 据如ASTER遥感图像数据，可选择无云、无雪、植被较少、昼夜温差变换不大的冬季数据；雷 达遥感图像数据如PALSAR雷达遥感图像数据，可选择一对雷达数据，水平基线和垂直基线 较小的数据；高分辨率遥感图像数据如GEOEYE、QUICKBIRD、WORLDVIEW等高分辨率遥感图 像数据，可选择无云、无雪、植被覆盖少的秋季或春季数据。
[0037] 数据处理步骤，包括对多光谱遥感图像数据通过温度和发射率分离算法得到多光 谱遥感数据的温度值，再将温度值转化成等温线变量后进行彩色编码和成图处理得到温度 彩色编码图像信息；对雷达遥感图像数据进行干涉和相位解缠处理并建立地热资源的地质 构造解译标志以及进行地质构造解译；对高分辨率遥感图像数据通过多元彩色变换技术突 出图像数据中的有用信息和明确不同地物之间波谱特征的差别，并建立遥感地层岩性解译 标志以及进行遥感地层岩性解译。
[0038] 数据集成步骤，将数据处理步骤获取的温度彩色编码图像信息、地质构造解译和 遥感地层岩性解译进行叠加、投影变换和配准，集成得到地热资源的位置，实现地热资源的 多源分布式遥感判别。
[0039] 本发明的地热资源的多源分布式遥感判别方法针对的是其它的方法往往不能解 决覆盖区构造信息，隐藏在厚覆盖物下的地热资源识别困难的问题，采用多源的遥感分布 式识别为核心方法，主要是对多源遥感图像数据进行约束，对与地热资源有关的导热构造 和导水构造进行识别，并把多光谱遥感图像数据中的热红外数据进行矢量化的彩色编码， 对遥感数据所隐藏的与地热资源有关的信息进行揭示和综合处理，特别揭示隐藏在厚覆盖 物下的构造信息，进行多源遥感图像数据相互验证，提供识别的准确度，是一种针对地热资 源遥感判别的最新技术，能够有效快速地识别地热资源，提供勘查和工程布置依据。下面对 本发明的地热资源的多源分布式遥感判别方法的具体步骤进行详细说明。
[0040] 在数据获取步骤获取多光谱遥感图像数据、雷达遥感图像数据和高分辨率遥感图 像数据后，数据处理步骤可以理解为是分别按照三个分支完成不同数据的处理。
[0041] 一、第一个分支是对多光谱遥感图像数据进行数据处理，通过温度和发射率分离 算法得到多光谱遥感数据的温度值，该温度值优选是反演的温度值，再通过多重分形法或 克里格法将温度值转化成等温线变量，然后将等温线变量与坐标相对应并进行彩色编码和 成图处理得到温度彩色编码图像信息。具体如下：
[0042] 1、通过温度和发射率分离算法得到多光谱遥感数据的温度值，简称温度分离。温 度和发射率分离算法的原理是利用NEM归一化发射率算法估计地表温度值，计算10 -14五 个波段最大辐射值，发射率从下行天空辐射利用迭代算法去除天空背景辐射，最终反演的 温度范围精度在±1.5K，而发射率精度在±0.015。对多光谱遥感数据中的热红外数据采 用如下两个公式来进行温度和发射率分离：
【权利要求】
1. 一种地热资源的多源分布式遥感判别方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤： 数据获取步骤，用于进行多源遥感图像数据获取，所述多源遥感图像数据包括多光谱 遥感图像数据、雷达遥感图像数据和高分辨率遥感图像数据； 数据处理步骤，包括对多光谱遥感图像数据通过温度和发射率分离算法得到多光谱遥 感数据的温度值，再将温度值转化成等温线变量后进行彩色编码和成图处理得到温度彩色 编码图像信息；对雷达遥感图像数据进行干涉和相位解缠处理并建立地热资源的地质构造 解译标志以及进行地质构造解译；对高分辨率遥感图像数据通过多元彩色变换技术突出图 像数据中的有用信息和明确不同地物之间波谱特征的差别，并建立遥感地层岩性解译标志 以及进行遥感地层岩性解译； 数据集成步骤，将数据处理步骤获取的温度彩色编码图像信息、地质构造解译和遥感 地层岩性解译进行叠加、投影变换和配准，集成得到地热资源的位置，实现地热资源的多源 分布式遥感判别。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在数据处理步骤中对多光谱遥感图像数 据通过温度和发射率分离算法得到多光谱遥感数据反演的温度值，再通过多重分形法或克 里格法将温度值转化成等温线变量后将所述等温线变量与坐标相对应并进行彩色编码和 成图处理得到温度彩色编码图像信息。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在数据处理步骤中是根据雷达遥感图像 数据对地观测特征和断裂对雷达回波的特征建立地热资源的地质断裂构造解译标志，并依 据图像纹理特征进行深度的地质断裂构造解译，所述地质断裂构造解译包括对导水断裂和 导热断裂的解译。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在数据处理步骤中对高分辨率遥感图像 数据采用的多元彩色变换技术包括采用最小噪声分离变换技术和遥感图像岩性增强技术， 采用最小噪声分离变换技术判定高分辨率遥感图像数据的波段数和分离高分辨率遥感图 像数据中的噪声以突出图像数据中的有用信息，采用遥感图像岩性增强技术通过累积直方 图的方式明确不同地物之间波谱特征的差别。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在数据处理步骤中是根据高分辨率遥感 图像数据上的地层、岩性的反射光谱和形成的特征地貌分析分别建立不同时代的地层、岩 浆层和构造的遥感地层岩性解译标志，依据点到线到面和外围扩展的原则通过地层、侵入 岩、断裂构造和环形影像的属性分类进行遥感地层岩性解译。
6. 根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述数据集成步骤利用GIS技术 将数据处理步骤获取的矢量化的多源数据进行叠加、投影变换和配准，并通过相交分析法 或判别分析法或加权叠加分析法综合处理，集成提取地热资源的导热和导水构造的位置。
7. -种地热资源的多源分布式遥感判别系统，其特征在于，包括依次连接的数据获取 装置、数据处理装置和数据集成装置， 数据获取装置，用于进行多源遥感图像数据获取，所述多源遥感图像数据包括多光谱 遥感图像数据、雷达遥感图像数据和高分辨率遥感图像数据； 数据处理装置，包括与数据获取装置均相连的第一数据处理装置、第二数据处理装置 和第三数据处理装置，所述第一数据处理装置对多光谱遥感图像数据通过温度和发射率分 离算法得到多光谱遥感数据的温度值，再将温度值转化成等温线变量后进行彩色编码和成 图处理得到温度彩色编码图像信息；所述第二数据处理装置对雷达遥感图像数据进行干涉 和相位解缠处理并建立地热资源的地质构造解译标志以及进行地质构造解译；所述第三数 据处理装置对高分辨率遥感图像数据通过多元彩色变换技术突出图像数据中的有用信息 和明确不同地物之间波谱特征的差别，并建立遥感地层岩性解译标志以及进行遥感地层岩 性解译； 数据集成装置，分别与第一、第二和第三数据处理装置相连，用于将温度彩色编码图像 信息、地质构造解译和遥感地层岩性解译进行叠加、投影变换和配准，集成得到地热资源的 位置，实现地热资源的多源分布式遥感判别。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一数据处理装置对多光谱遥感图 像数据通过温度和发射率分离算法得到多光谱遥感数据反演的温度值，再通过多重分形法 或克里格法将温度值转化成等温线变量后将所述等温线变量与坐标相对应并进行彩色编 码和成图处理得到温度彩色编码图像信息。
9. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二数据处理装置是根据雷达遥感 图像数据对地观测特征和断裂对雷达回波的特征建立地热资源的地质断裂构造解译标志， 并依据图像纹理特征进行深度的地质断裂构造解译，所述地质断裂构造解译包括对导水断 裂和导热断裂的解译。
10. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第三数据处理装置对高分辨率遥感 图像数据采用的多元彩色变换技术包括采用最小噪声分离变换技术和遥感图像岩性增强 技术，采用最小噪声分离变换技术判定高分辨率遥感图像数据的波段数和分离高分辨率遥 感图像数据中的噪声以突出图像数据中的有用信息，采用遥感图像岩性增强技术通过累积 直方图的方式明确不同地物之间波谱特征的差别； 和/或，所述第三数据处理装置是根据高分辨率遥感图像数据上的地层、岩性的反射 光谱和形成的特征地貌分析分别建立不同时代的地层、岩浆层和构造的遥感地层岩性解译 标志，依据点到线到面和外围扩展的原则通过地层、侵入岩、断裂构造和环形影像的属性分 类进行遥感地层岩性解译。
11. 根据权利要求7至10之一所述的系统，其特征在于，所述数据集成装置利用GIS技 术将数据处理装置获取的矢量化的多源数据信息进行叠加、投影变换和配准，并通过相交 分析法或判别分析法或加权叠加分析法综合处理，集成提取地热资源的导热和导水构造的 位置。
【文档编号】G06K9/62GK104123558SQ201410304998
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】姚佛军, 邵争平, 焦鹏程, 齐志龙, 刘雷震 申请人:中国地质科学院矿产资源研究所, 新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一水文工程地质大队