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基于反射光谱吸收特征勘探天然气的方法研究

光谱学与光谱分析 2007年第11期27卷 2150-2154页

作者：徐大琦倪国强蒋丽丽李婷葛曙乐舒先标北京理工大学信息科学技术学院光电工程系

反射光谱学提供了一种高效和低成本的鉴别物质成分和结构的方法;油气微渗漏理论则建立了油气藏与其上部地表的特定异常之间的因果关系。因此,可以通过检测地表异常的反射光谱来勘探油气。野外实地测量和高光谱遥感均能够实现反射光谱的... 详细信息

反射光谱学提供了一种高效和低成本的鉴别物质成分和结构的方法;油气微渗漏理论则建立了油气藏与其上部地表的特定异常之间的因果关系。因此,可以通过检测地表异常的反射光谱来勘探油气。野外实地测量和高光谱遥感均能够实现反射光谱的检测。文章通过对青海某地区野外测量的反射光谱的分析,首先提出了典型气田区测点的光谱曲线的宏观吸收特征;然后,完成了反射光谱中的吸收特征的提取,包括吸收波段深度、位置、宽度和对称度,以此分析测区采集的样品光谱,建立了该地区的特征光谱库;提出了检测地表烃类物质的方法;最后基于线性解混模型,实现了半定量地提取测区主要蚀变矿物的丰度信息。

关键词：反射光谱天然气勘探光谱吸收特征光谱库线性解混模型

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基于岩石光谱吸收特征的白云母含量反演

光谱学与光谱分析 2023年第1期43卷 220-224页

作者：赵健铭杨长保韩立国朱梦瑶吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130026

岩石是由多种矿物组成,其反射率光谱吸收特征与矿物含量之间存在紧密联系,矿物光谱在特定波段处的光谱吸收特征是定量估算含量的重要指标之一。为提升岩石光谱吸收特征定量反演矿物含量的准确度与精度,以白云母为研究对象,分析岩石光谱... 详细信息

岩石是由多种矿物组成,其反射率光谱吸收特征与矿物含量之间存在紧密联系,矿物光谱在特定波段处的光谱吸收特征是定量估算含量的重要指标之一。为提升岩石光谱吸收特征定量反演矿物含量的准确度与精度,以白云母为研究对象,分析岩石光谱在2.2μm附近的光谱吸收特征及其白云母含量,采用Savitzky-Golay平滑滤波和连续统去除法对岩石光谱反射率进行处理,进而提取光谱吸收特征参数(吸收深度、吸收宽度、吸收面积),分析岩石光谱在2.2μm附近吸收特征与白云母含量之间的相关性。研究中采用单一吸收特征建立统计模型、多维吸收特征建立偏最小二乘法(PLS)和多层感知器(MLP)模型,对岩石中白云母含量与光谱吸收特征参数进行分析,进而提出一种非线性预测岩石中矿物含量的方法。研究结果表明,岩石光谱在2.2μm附近的光谱吸收特征中,吸收深度与白云母含量之间的相关性最高。基于单一吸收特征的统计模型中,二次曲线模型对吸收深度拟合的效果最佳,R 2为0.9350,RMSE为0.0630,岩石光谱的吸收深度随白云母丰度满足二次曲线变化,岩石中白云母的含量越高,岩石光谱吸收深度值越大;基于多维光谱吸收特征的PLS模型相较于MLP模型拟合的效果更佳,其R 2为0.9477高于MLP的0.9012,RMSE为0.0027低于MLP的0.0051;整体上,多维模型优于单一维度模型,PLS模型反演能力最佳,该模型在预测白云母含量上具有运算量小、精度高的特点。通过分析岩石在诊断特征处的光谱吸收特征,为其矿物组分的含量等进行定量反演提供理论参考,为矿产资源监测与评估提供快速高效便捷的方法。

关键词：岩石光谱矿物含量光谱吸收特征统计分析偏最小二乘法

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长江口南汇湿地植被的光谱吸收特征研究

海洋学研究 2018年第2期36卷 50-54页

作者：张雪薇韩震刘美君丁如一上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海市海洋局河口海洋测绘工程技术研究中心上海201306

植被的光谱吸收特征与植被生长状况密切相关,同时也受土壤湿度等外界因素影响。本文以长江口南汇湿地典型植被芦苇、互花米草和海三棱藨草为研究对象,在计算其光谱特征参数的基础上,分析了这3种植被的光谱吸收特征形变PSDI值。最后结合... 详细信息

植被的光谱吸收特征与植被生长状况密切相关,同时也受土壤湿度等外界因素影响。本文以长江口南汇湿地典型植被芦苇、互花米草和海三棱藨草为研究对象,在计算其光谱特征参数的基础上,分析了这3种植被的光谱吸收特征形变PSDI值。最后结合实测的土壤湿度,分析了3种植被的PSDI值和土壤湿度的相关性。研究结果发现:互花米草的PSDI值最大,海三棱藨草的PSDI值最小,芦苇介于两者之间,表明互花米草受外界的环境影响较大;互花米草的PSDI值与土壤湿度的相关性最大,芦苇的PSDI值与土壤湿度的相关性最小,海三棱藨草介于两者之间,表明互花米草适应湿地环境能力较强。

关键词：光谱吸收特征植被湿地土壤湿度

基于光谱吸收特征的土壤有机质与重金属含量估算研究

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基于光谱吸收特征的土壤有机质与重金属含量估算研究

作者：王惠敏中国矿业大学

学位级别：硕士

东北黑土地是我国宝贵的耕地资源,人类的不合理利用造成土壤质量下降和土壤环境的破坏,及时准确地获取土壤中有机质与重金属的含量,对于土壤的可持续性发展具有重要意义。土壤中的重金属含量较少,在光谱曲线上的吸收特征不明显,目前重... 详细信息

东北黑土地是我国宝贵的耕地资源,人类的不合理利用造成土壤质量下降和土壤环境的破坏,及时准确地获取土壤中有机质与重金属的含量,对于土壤的可持续性发展具有重要意义。土壤中的重金属含量较少,在光谱曲线上的吸收特征不明显,目前重金属的反演研究多是基于统计学的方法寻找重金属的特征波段,无法从物化角度解释重金属的反演机理。本文从高光谱数据特性出发,探究可用于土壤有机质、重金属含量反演的吸收特征,为研究土壤重金属反演机理提供支持,并通过获取的航空高光谱遥感数据,实现了大范围连续空间的土壤组分监测。以吉林省伊通县研究区为例,基于实验室光谱探究有机质的特征波段和重金属砷(As)、铅(Pb)、铜(Cu)、镍(Ni)的反演机理,利用航空高光谱影像估算了研究区土壤中有机质、重金属的含量。本文的主要工作及结论如下:(1)首先对实验室光谱进行包络线去除,提取了9个光谱吸收特征参数:D420、D480、D610、D700、D840、D1780、D2200、A2200、lgA2200,并求取有机质、重金属含量与包络线去除后光谱之间的相关系数,发现有机质和重金属在2200nm附近都有相关性突变的现象,据此计算了相应波段的比值。通过单变量分析发现,2200nm附近的波段比值建模效果最好。使用多个光谱吸收特征参数建立反演模型,有机质和重金属均是使用吸收深度、吸收面积及2200nm附近的波段比值组合的11个特征效果最好。使用最小二乘方法可以建立多个参数反演有机质、As的模型,Pb、Cu、Ni需要使用非线性模型才能达到反演要求,且支持向量机方法最优。(2)根据实验室光谱的反演实验结果分析了有机质的特征波段和As、Pb、Cu、Ni的反演机理,得出700nm、2200nm是反演有机质的特征波段,As由土壤中的铁锰氧化物、有机质、粘土矿物吸附,且有机质、粘土矿物对As的吸附作用要大于铁锰氧化物。Pb和Cu主要由土壤中的有机质、粘土矿物吸附,Ni主要是由土壤中的铁锰氧化物和有机质吸附。(3)对航空高光谱数据进行包络线去除处理,提取了7个光谱吸收特征参数,分别为:D600、D1300、D1630、D2000、D2200、A2200、lgA2200,并选择波段比值和相关性高的波段作为特征。使用光谱吸收特征参数和波段进行组合,比单独使用光谱吸收特征参数或者波段的精度高。分析极限随机树和Adaboost的建模结果,发现这两种方法拟合能力强于传统经典方法。有机质、Cu、Ni的最优模型为极限随机树,分别为0.6995、0.5787、0.6106。As、Pb的最优模型为Adaboost,分别为0.6242、0.5214。使用反演有机质、重金属的最佳特征和模型对整个研究区域的有机质、重金属含量进行估算,发现有机质在河流两岸农田土壤中含量较高,矿区附近、人为活动区附近以及河流两侧的土壤中重金属含量较高,说明矿业生产和人类不合理利用土地对土壤中有机质与重金属含量有很大影响。

关键词：航空高光谱遥感土壤有机质光谱吸收特征重金属反演机理

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棉花品种叶片反射光谱吸收特征研究

新疆农业大学学报 2003年第3期26卷 33-36页

作者：黄春燕马亚琴肖华王登伟李少昆曹连莆田庆久扬新军石河子大学新疆作物高产研究中心石河子832003 中国农业科学院作物育种栽培研究所农业部作物遗传育种重点开放实验室北京100081 中国科学院遥感应用研究所北京100101

　应用地物光谱仪和光谱一阶微分分析技术研究了新疆7个主栽棉花品种叶片反射光谱吸收特征,结果表明,生育后期表现早衰的品种及受干旱胁迫的棉花"红谷"区最小波段光谱反射率(Ro)及数值积分面积(SRo)增大,谷低变浅,Ro及SRo与叶片光合速... 详细信息

　应用地物光谱仪和光谱一阶微分分析技术研究了新疆7个主栽棉花品种叶片反射光谱吸收特征,结果表明,生育后期表现早衰的品种及受干旱胁迫的棉花"红谷"区最小波段光谱反射率(Ro)及数值积分面积(SRo)增大,谷低变浅,Ro及SRo与叶片光合速率呈显著线性负相关关系,可作为棉叶水分亏缺及衰老的快速诊断方法。

关键词：棉花叶片光谱吸收特征早衰

基于嫦娥一号干涉成像光谱仪吸收特征的月表钛含量评估

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中国科学：物理学、力学、天文学 2010年第11期40卷 1316-1325页

作者：刘福江乔乐刘征杨荣师晋平章颖吴伟龙中国地质大学(武汉)信息工程学院武汉430074

该文提出了两种基于光谱吸收特征参数的线性回归模型来探讨月表的钛含量与光谱吸收特征参数的关系.首先使用嫦娥一号干涉成像光谱仪(IIM)数据,通过Apollo17登陆区域的18个采样点计算了该区域光谱数据吸收半宽(FWHM)、吸收位置(λ)、吸... 详细信息

该文提出了两种基于光谱吸收特征参数的线性回归模型来探讨月表的钛含量与光谱吸收特征参数的关系.首先使用嫦娥一号干涉成像光谱仪(IIM)数据,通过Apollo17登陆区域的18个采样点计算了该区域光谱数据吸收半宽(FWHM)、吸收位置(λ)、吸收谷面积(A)、吸收深度(D)及吸收谷对称度(S)并建立了回归模型;实验发现FWHM与钛含量的相关性不明显,包含FWHM的回归模型有多个奇异值;而不包含FWHM的回归模型比较稳定.验证精度时使用Apollo17和16登陆区域的采样点,对于高钛地区,两个反演模型具有相对较高的精度,对于低钛地区,这两个模型精度和适应性不高.

关键词：嫦娥一号月表光谱吸收特征线性回归钛含量

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棉花主要栽培生理参数的高光谱估测研究

中国农业科学 2003年第7期36卷 770-774页

作者：王登伟李少昆田庆玖黄春燕曹连莆肖春华马亚琴杨新军中国农业科学院作物育种栽培研究所/农业部作物遗传育种重点开放实验室北京100081 南京210093 石河子832003 石河子832003 石河子832003 石河子832003 石河子832003 石河子大学新疆作物高产研究中心/新疆兵团绿州生态农业重点实验室石河子大学新疆作物高产研究中心/新疆兵团绿州生态农业重点实验室南京大学国际地球系统科学研究所石河子大学新疆作物高产研究中心/新疆兵团绿州生态农业重点实验室石河子大学新疆作物高产研究中心/新疆兵团绿州生态农业重点实验室石河子大学新疆作物高产研究中心/新疆兵团绿州生态农业重点实验室石河子大学新疆作物高产研究中心/新疆兵团绿州生态农业重点实验室石河子大学新疆作物高产研究中心/新疆兵团绿州生态农业重点实验室石河子832003 石河子832003

应用地物光谱仪获取近地高光谱遥感数据 ,用高光谱技术提取和估计棉花主要栽培生理参数。结果表明 ,棉花叶片具有绿色植物典型的反射光谱曲线特征 ;早衰的棉花反射光谱红谷区谷低变浅 ,最小波段光谱反射率Ro及数值积分面积SRo增大 ,与... 详细信息

应用地物光谱仪获取近地高光谱遥感数据 ,用高光谱技术提取和估计棉花主要栽培生理参数。结果表明 ,棉花叶片具有绿色植物典型的反射光谱曲线特征 ;早衰的棉花反射光谱红谷区谷低变浅 ,最小波段光谱反射率Ro及数值积分面积SRo增大 ,与叶片光合速率呈显著负相关。经逐步回归分析 ,确定的一阶微分光谱值与棉叶叶绿素浓度的最大相关系数是 0 .734 4 (n =2 1) ,发生在 75 0nm波段处 ;群体叶面积指数 (LAI)与归一化差值植被指数 (ND VI)呈很好的对数相关关系 ;红边、蓝边、黄边每边的积分面积积累了多波段信息 ,在估测棉花冠层叶片全氮含量中有较大的应用潜力。研究建立了棉花主要栽培生理参数叶绿素含量、LAI和冠层叶片全氮含量等的遥感估测统计模型。

关键词：棉花叶片生理参数光谱吸收特征遥感模型

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典型煤系岩石的可见-近红外光谱特征研究

工矿自动化 2019年第3期45卷 45-51,89页

作者：杨恩王世博葛世荣中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

为研究基于可见-近红外光谱技术的煤岩识别方法,从山西、山东4个煤矿收集了页岩、砂岩、灰岩三大类11种典型煤系岩石,测定了其可见-近红外波段(400～2 450nm)的反射光谱,分析了其矿物、元素组成对反射光谱特征的影响,获得了碳质物质含... 详细信息

为研究基于可见-近红外光谱技术的煤岩识别方法,从山西、山东4个煤矿收集了页岩、砂岩、灰岩三大类11种典型煤系岩石,测定了其可见-近红外波段(400～2 450nm)的反射光谱,分析了其矿物、元素组成对反射光谱特征的影响,获得了碳质物质含量对煤系页岩反射光谱曲线特征参数的影响规律。研究结果表明:①绝大多数煤系岩石的反射光谱曲线在可见光波段(400～780nm)和短波近红外波段(780～1 100nm)呈现出随波长增加的多重吸收谷。在长波近红外波段(1 100～2 450nm),明显的吸收谷主要集中在1 400,1 900,2 200,2 350nm波长,页岩、灰岩吸收谷的波长相对固定,而不同砂岩吸收谷的波长呈现出多种变化。②除碳质物质含量较高的碳质页岩外,同一煤矿各类煤系岩石与煤的可见-近红外波段反射光谱吸收特征差异明显。③当煤系页岩中碳质物质含量增大时,可见-近红外波段反射光谱曲线的光谱斜率和各明显吸收谷深度均呈先快速减小后趋于平缓的特点。

关键词：煤岩识别煤系岩石可见-近红外光谱反射光谱特征光谱吸收特征吸收谷碳质页岩

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那曲地区砾石粒径高光谱反演研究

那曲地区砾石粒径高光谱反演研究

作者：宋务杰成都理工大学

学位级别：硕士

青藏高原北部作为世界上对环境变化最敏感的地区,近年来,由于气候的剧烈变化、人类活动加剧的影响,导致草地不断退化并引起生态变化,其中青藏高原北部的高原草原荒漠化较为严重。一旦藏北高原的生态变化被破坏,造成的损失将不可估量,因... 详细信息

青藏高原北部作为世界上对环境变化最敏感的地区,近年来,由于气候的剧烈变化、人类活动加剧的影响,导致草地不断退化并引起生态变化,其中青藏高原北部的高原草原荒漠化较为严重。一旦藏北高原的生态变化被破坏,造成的损失将不可估量,因此,对草原荒漠化的研究是十分必要的。当草原变得荒凉后,砾石就会聚集起来,通过研究砾石的大小,我们可以研究土地的荒漠化情况。由于不同粒径砾石的光谱对比度较低,环境对砾石的光谱曲线影响很大。故地表砾石的反演研究存在一定的困难,主要表现在以下两个方面。(1)目前对草地退化区的地表砾石研究较为稀少,研究主要集中在粒径较小的砂粒、沙滩等。(2)常使用多光谱影像对砾石等进行研究,但多光谱影像很难准确识别出不同粒径等级的砾石,而高光谱技术的发展为不同粒径砾石的识别提供了数据源,但利用某一波段或光谱吸收参数来研究地表砾石却比较少。高光谱遥感技术的传感器通道数量多,能获取大量的地物信息。利用高光谱遥感技术可以更好的进行地物的定量反演。在本研究中将青藏高原北部地区的砾石作为研究对象,进行了地面调查、GPS定位、砾石光谱测定和砾石粒径测定,围绕着砾石的野外实测光谱曲线,将光谱曲线进行了不同形式的导数变换,优选出一个与砾石粒径相关性最高的波段,并建立砾石粒径与敏感波段之间的线性拟合模型。其次,提取出了不同尺寸砾石之间的光谱吸收参数来建立砾石粒径与光谱吸收参数之间的线性拟合模型。最后,结合高分五号高光谱影像,对研究区的砾石粒径空间分布图进行绘制,并对其空间分布特征进行讨论。主要结论为:(1)基于光谱导数变换的砾石粒径拟合模型将光谱曲线进行不同形式的导数变换能消除非目标因素(如光照条件、背景信息等噪声的影响),深入提取出光谱信息。通过对未使用导数变换的原始光谱逐波段与砾石粒径之间的相关性分析发现,二者之间的相关性系数较低。将经过导数变换的光谱数据逐波段与砾石粒径进行相关性分析后,二者之间的相关项系数得到显著提升。其中相关性较好的波段有369.9nm、371.5nm和910.5nm,且在进行拟合时发现,一元二次回归拟合模型具有较为准确的拟合精度。通过对比不同形式导数变换建立的拟合模型发现,一阶导数在910.5nm处的光谱值与砾石粒径之间的拟合效果是最好的(R=0.738),利用此处经一阶导数变换后的光谱值可以较好的模拟砾石的粒径。(2)基于光谱连续统去除技术的砾石粒径拟合模型通过对光谱曲线的连续统去除可以获取到每条光谱曲线的光谱吸收特征区间,进而计算出光谱吸收参数(吸收宽度、面积、深度),通过使用连续去除技术,可以更好地提取光谱曲线中的隐含信息(光谱吸收参数),从而更好地建立砾石粒径与光谱吸收参数之间的拟合模型。通过对不同光谱吸收特征区域内的光谱吸收参数与砾石粒径建立的拟合回归模型对比,在2340nm附近的吸收面积与砾石粒径建立的拟合回归模型的拟合精度是比较准确的(R=0.728)。(3)基于高光谱遥感影像的砾石粒径空间反演处理高分五号高光谱图像得到地物的真实反射率数据,结合上文得到的敏感波段,并进行砾石粒径的遥感反演。根据导数光谱变换的砾石粒径反演模型,得到砾石粒径的空间分布数据,从而再与野外实测数据进行对比分析,精度达到70%。总体而言,本研究利用导数变换、连续统去除技术对砾石的光谱信息进行了精确提取,优选出砾石粒径相关度高的因子,建立砾石粒径模拟模型。并将其与高分五号高光谱影像进行结合,反演得到该研究区的砾石粒径空间分布特征,从而绘制砾石粒径的空间分布图,并简要分析砾石粒径的空间分布特征。

关键词：砾石粒径高光谱影像藏北高原导数变换光谱吸收特征