煤礦地質(zhì)測繪|Quickbird-2影像精定位模式識別對新疆金礦預(yù)測的應(yīng)用

【摘　要】　本文論述了模式識別在新疆伊吾北山地區(qū)遙感影像分類中的應(yīng)用，根據(jù)不同地質(zhì)體在不同波段上的光譜特征，在數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上建立鑒別函數(shù)，對礦區(qū)中的主要地物進(jìn)行分類，在模式識別的基礎(chǔ)上進(jìn)行密度分割，圈定了3個(gè)預(yù)測靶區(qū)，6個(gè)蝕變帶，給成礦預(yù)測提供了重要的基礎(chǔ)資料。
【關(guān)鍵詞】　模式識別 分類規(guī)則 鑒別函數(shù) 密度分割

　　1 引言
　　遙感技術(shù)是最近幾十年發(fā)展起來的新興科學(xué)技術(shù)。隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種資源、環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行，為研究地表動態(tài)變化提供了多時(shí)相、大范圍的實(shí)時(shí)信息，遙感技術(shù)不斷與地學(xué)、環(huán)境科學(xué)相互滲透，成為研究地球資源環(huán)境最有力的技術(shù)手段。遙感模式識別也為模式識別這一傳統(tǒng)學(xué)科帶來了新的問題與挑戰(zhàn)，注人了研究與探索的活力。
　　遙感數(shù)據(jù)是根據(jù)不同地物對不同波段電磁波的響應(yīng)轉(zhuǎn)化為幅度獲得的，表征了不同地物。它具有以下特點(diǎn)：（1）各類地物的幅度不同；（2）同類地物各波段幅度不同；（3）有時(shí)同類地物在同一波段的幅度也不同，不同地物在同一波段幅度相同（即“同物異譜”和“異物同譜”，有環(huán)境、時(shí)相上的原因）；（4）遙感數(shù)據(jù)是一種高維信息，數(shù)據(jù)量十分巨大。因此，模式識別方法在遙感模式識別中遇到了許多困難：運(yùn)算量太大，難以獲得合適的分類特征，無法獲知各類的先驗(yàn)概率和概率分布函數(shù)的形式，難以形成復(fù)雜的判別函數(shù)和分割界面等等。所以模式識別雖然在找礦預(yù)測中有一定的應(yīng)用，但尚未見對高分辨率衛(wèi)星遙感影像的應(yīng)用。
　　本文研究表明，通過模式識別技術(shù)，可以有效地從Quickbird-2獲得金礦找礦信息。由于Quickbird-2數(shù)據(jù)的高分辨率特征，從而使得模式識別的找礦預(yù)測區(qū)不僅具有定性，還具有精定位效果，更加有助于金礦資源勘探開發(fā)。本文擬對作者在這方面的研究情況作介紹。
　　2 研究區(qū)概況
　　北山金礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于西伯利亞板塊和布克——三塘湖晚古生代早期島弧東段。構(gòu)造上處于淖毛湖早期石炭世陸相火山盆地的北部邊緣。礦區(qū)構(gòu)造形式主要為斷裂，其中NW——NWW組最為突出，與區(qū)域構(gòu)造線一致，表現(xiàn)為區(qū)域性的壓性斷裂和強(qiáng)烈的劈理化和片理化帶，嚴(yán)格控制著以閃長巖類為代表的巖漿巖帶的展布。其次為NE——NNE組、NNW組，三組斷裂奠定了本區(qū)構(gòu)造的基本格局，其圍限三角區(qū)域控制礦區(qū)，礦區(qū)礦化和異常的展布。容礦斷裂走向復(fù)雜多樣，空間分布密集，且多顯示張剪復(fù)合性質(zhì)。
　　礦區(qū)出露地層主要為下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組第二亞組（）、中酸性火山碎屑巖、第三系正常沉積巖和第四系。下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組第二亞組（）構(gòu)成礦區(qū)主體地層，主要為（硅化）英安質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r和玄武質(zhì)凝灰礫質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r，整體上由西向東，由中性向中酸性過度。見圖1伊吾北山金礦區(qū)地質(zhì)簡圖[1]。

圖1 伊吾北山金礦區(qū)地質(zhì)[1]及遙感解譯簡圖

　　—第一系上新統(tǒng)葡萄溝組，橙黃色粉砂質(zhì)泥巖；—下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組第二亞組硅化英安質(zhì)凝灰?guī)r；—下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組第二亞組英安質(zhì)凝灰?guī)r；—下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組第二亞組安質(zhì)凝灰?guī)r；—下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組第二亞組玄武質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；—下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組第二亞組泥灰質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r；—華力西中期第二侵入次花崗巖；—華力西中期第二侵入次石英閃長巖；—華力西中期第二侵入次閃長巖；—華力西中期第二侵入次閃長玢巖 βμ—輝綠玢巖；δμ—中性巖；συ—安山玢巖；—。斜長細(xì)晶巖；。q—石英脈；1—扭曲帶；2—遙感預(yù)測靶區(qū)；3—蝕變帶；4—遙感影象范圍；5—金礦帶編號；6—斷層。
　　區(qū)內(nèi)巖漿巖巖石類型按產(chǎn)狀可分為兩大類：即中——深層侵入巖，淺成超淺成侵入巖。中——深成侵入巖，第一次侵入巖規(guī)模小，分布零星，以輝長巖、閃長巖為代表；第二次侵入巖規(guī)模較大，分布較廣，以石英閃長巖，花崗閃長巖為代表；第三次侵入巖規(guī)模較小，主要分布在區(qū)域東南部，以花崗巖為代表。淺成——超淺成侵入巖，以巖體規(guī)模小、出露零星為特點(diǎn)，巖石類型主要有輝綠（玢）巖、閃長玢巖、斜長細(xì)晶巖和花崗斑巖等，見圖1。
　　雖然前人的工作表明該區(qū)具有良好的找礦前景，但只是屬于基于1：5萬比例尺的找礦預(yù)測成果，而深入開展礦產(chǎn)地質(zhì)詳查需要1：5000比例尺（甚至更大）的精定位地質(zhì)資料。因此，僅憑已有地質(zhì)資料無法對“九五” 期間提出的金礦蝕變帶開展進(jìn)一步深入的詳查工作，也無法對外圍地區(qū)的找礦遠(yuǎn)景作出預(yù)測評價(jià)。為盡快查明本區(qū)金礦產(chǎn)資源的分布，有必要采用更能夠適合于該區(qū)開展深入找礦的有效技術(shù)方法。但這里人煙稀少，氣候惡劣，在資金有限的情況下，開展任何面積性的礦產(chǎn)地質(zhì)詳查工作都不是一件容易的事情。為此，決定采用21世紀(jì)初期最先進(jìn)的高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)，通過模式識別，開展大比例尺精定位遙感找礦勘查。為下一步找礦提供依據(jù)。
　　3 遙感圖象分類的原理
　　遙感圖象分類（Classification）是將圖象的所有像元按其性質(zhì)分為若干個(gè)類別的技術(shù)過程。多光譜遙感圖象分類是以每個(gè)像元的多光譜矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的，如圖2，假設(shè)多光譜圖象由n個(gè)波段，則（i，j）位置的像元在每個(gè)波段上的灰度值可以構(gòu)成一個(gè)矢量，X＝稱作維為像元的亮度值，包含X的n維空間稱為特征空間，這樣n個(gè)波段的多光譜圖象并可以用n維特征空間中的一點(diǎn)來表示。遙感圖象的分類問題，分類圖象中的某一類目標(biāo)稱為模式，而把屬于該類中的像素稱為樣本，多光譜矢量X＝稱為樣本的觀測值。

　　如果將多光譜圖象上的每個(gè)像素用特征空間中的一點(diǎn)表示出來，這樣多光譜特征并和特征空間中的點(diǎn)集具有等價(jià)關(guān)系。通常情況下，同一類地面目標(biāo)的光譜特性比較接近，因此在特征空間中的點(diǎn)聚集在該類的附近，多類目標(biāo)在特征空間中形成多個(gè)點(diǎn)族。我們可以根據(jù)圖象的這種特征把遙感圖象分割開來。
　　4 圖像處理
　　4.1 分類數(shù)學(xué)模型—最近均值法[2]
　　新疆伊吾地區(qū)的分類可簡單的看作是二類問題：設(shè)類別一為ω1，類別一為ω2；ω1有N1個(gè)向量，ω2有N2個(gè)向量。它們都是n維向量。則n1及n2的向量的平均值為
　　　　　　
　　假定以向量的平均值及分別作為類一和類二的中心，設(shè)X為任一象素點(diǎn)若
　　　　　　　　則X屬于類一
　　　　　　　　則X屬于類二
　　因此判決邊界為
　　　　　　　　由此得
　　　　　　
　　判決函數(shù)則為
　　　　　　
　　判決規(guī)
　　若>0， 則X∈ω1；
　　若<0， 則X∈ω2
　　而=0的情況比較少，在分類的時(shí)候既可以把它歸為類別1，也可以歸為類別2。

[1]

[2]