梁树能， 甘甫平， 魏红艳， 肖晨超， 张振华， 魏丹丹

(1.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083；2.国土资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室，北京 100083)

哈密遥感地质资源评价综合应用野外试验场建设进展

梁树能1，2， 甘甫平1，2， 魏红艳1， 肖晨超1， 张振华1，2， 魏丹丹1

(1.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083；2.国土资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室，北京 100083)

遥感地质试验场是实现遥感地质资源评价综合应用的一个重要的基础平台，其建立是为了更好地适应国土资源遥感地质应用需要，满足遥感地质应用技术自身的发展以及遥感技术与其他技术方法协同发展的需求，提高地质调查的遥感地学定量化水平，避免遥感数据应用与推广的盲目性。为此，在中国地质调查局的领导和支持下，开展了我国遥感地质试验场的建设和研究工作。经过几年的不懈努力，目前哈密遥感地质试验场的野外试验场(简称试验场)已基本建立，初步具备了对外提供应用服务的能力。这里主要介绍了试验场的构成、功能和性能，以及试验场所能提供的服务方式及服务能力，以便广大的遥感地质工作者了解试验场的建设进展情况，并利用试验场开展遥感技术方法及基础理论等研究工作，群策群力共同推进试验场的建设和发展。

遥感地质试验场；综合应用；建设进展

0 引言

综观遥感技术发展的各阶段历程，每一次遥感技术的飞跃进步都离不开遥感地质综合应用试验场。例如美国这样的航天大国，从MSS到TM，ETM+和航天高光谱Hyperion以及航空高光谱AVIRIS等传感器的推广应用之前，都主要在Cuprite遥感试验场和死谷试验场开展了针对具体遥感数据特征的技术方法开发与应用评价等研究[1]，不仅提出了有关载荷指标设置的优化和后续发展的建议，也保证了遥感数据获取之后能很快地投入到应用中，加速了遥感数据的业务应用运行进程。

在地质矿产资源领域，遥感技术是基础地质调查、矿产资源勘查、地质灾害和地质环境调查与评价等的重要支撑技术之一[2]。但如何发挥好遥感技术在地质矿产资源和环境评价综合应用中的作用和定量化水平、避免遥感数据应用与推广的盲目性是亟待解决的重要问题之一。遥感地质试验场是实现遥感地质资源评价综合应用的一个重要的基础平台，可以更好地适应国土资源遥感地质应用的需要、满足遥感地质应用技术自身发展以及遥感技术与其他技术方法协同发展的需求。为此，在中国地质调查局的领导和支持下，自2008年起启动了我国遥感地质试验场的建设和研究工作，其目的是服务于遥感地质勘查新理论、新技术以及新方法的开发，载荷指标的设置与优化和遥感真实性检验与比对评价，进而提高遥感地质的定量化水平。

本文主要简述了目前哈密遥感地质试验场的野外试验场(简称试验场)建设所取得的主要进展，包括其基本构成、功能和性能，服务系统的集成性、服务能力和服务方式，以便于广大的遥感地质工作者了解试验场建设进展情况，并能够利用试验场开展遥感技术方法及基础理论等研究工作，群策群力共同推进试验场建设和发展。

1 遥感地质试验场构成

遥感地质试验场主要由野外试验场和室内试验场2大部分组成。野外试验场主要用于开展野外试验场地建设及示范应用工作，包括野外场地建设、试验场基础本底数据测试及收集、试验场本底数据库建设以及遥感地质资源综合评价的示范应用，以提供翔实可靠的试验场基础本底数据和场地应用服务。室内试验场主要基于遥感地质应用开展半实物仿真系统研建，以实现高光谱遥感的成像和非成像仿真，以及具备不同照明条件、不同观测角度下遥感观测的模拟能力。本文重点介绍野外试验场的建设进展情况。

2 野外试验场环境

2.1 自然地理概况

哈密遥感地质试验场的野外试验场(简称试验场区)位于新疆东天山哈密市东南，距离哈密市区约160 km，面积约1 600 km2。区内交通较为方便，312国道从试验场区西南部贯穿，与兰新铁路烟墩站、尾亚站有简易公路相连，试验场区内还有多条矿区柏油路贯穿，哈密机场位于试验场区西北角约130 km处。这都为试验场区的建设和发展提供了较为便利的交通条件(图1)。

试验场区位于荒漠戈壁地区，总体地势南高北低，一般海拔950～1 200 m，相对高程20～50 m；属大陆性气候区，干旱少雨，平均年降雨量仅80.2～109.5 mm，且多集中于6—7月；昼夜与季节温差大，夏季炎热，气温高达35～40℃；冬季严寒，最低气温在-25℃以下；水系不发育，无常年流水；植被非常稀少，仅有少量的梭梭、红柳和芨芨草等生长在沟谷、洼地附近。区内无永久性居民点；矿业开发较为发达，矿山较多，在黄山东铜镍矿等地已建成大型或较大型的矿业基地。

2.2 区域地质概况

试验场区在构造地质学及其板块构造意义上地处哈萨克斯坦—准噶尔板块中的准噶尔地块，属于塔里木板块北部陆缘活动带二级构造单元。区域构造发育，尤其是断裂构造发育，这与区内构造运动的多期性、复杂性有关；深断裂、大断裂和一般断裂构成了错综复杂的断裂系统，并以此分割具有不同地质建造特征的大地构造单元。沿断裂线分布的岩石破碎，褐铁矿化、黄钾铁矾化和泥化等蚀变强烈。

试验场区内所出露的地层单元主要有长城系星星峡群中深变质岩，主要岩性为长英质角岩、黑云母石英片岩、二云母石英片岩、变粒岩和浅粒岩等；下石炭统干墩组次深海相陆源碎屑浅变质岩和中酸性火山碎屑岩，该组地层的绿泥石化、绿帘石化蚀变普遍比较强烈；下石炭统雅满苏组陆源碎屑沉积岩、火山碎屑岩和中-基性火山岩；下石炭统梧桐窝子组中酸性熔岩夹火山碎屑岩；下二叠统阿其克布拉克组陆相碎屑岩；以及古近系、新近系和第四系等。

伴随大洋板块俯冲、大陆板块碰撞及后碰撞走滑和伸展等作用，该区发生过强烈的岩浆活动及火山爆发，因而区内侵入岩及脉岩非常发育，从超基性-基性岩到中酸性岩均有分布。由于受内生及表生地质作用的影响较大，区内的侵入岩普遍蚀变较强，其中基性岩和超基性岩的褐铁矿化、绿泥石化、绿帘石化或蛇纹石化等较发育，而中酸性岩体的白云母化、绢云母化、绿泥石化、高龄化化和黄铁矿化等也较发育。

试验场区矿产资源非常丰富，矿种较多，已发现的矿产种类有铜、镍、铅、锌、铁、金和煤、水晶及石材等。上述矿种有的单独出现，有的则2种或3种共生，组成多矿种的矿床(点)。

3 野外试验场建设

3.1 基础地理和地质资料本底

根据野外试验场区的区域地理和地质特征，对试验场区的基础地理数据和基础地质资料进行了详细的收集和整理，夯实了区域地理、地质资料的基础，为试验场的建设及后续示范应用中的地理、地质分析奠定了基础数据本底(表1)。

表1 哈密试验场基础资料Tab.1 Basic data of Hami test field

续表

根据试验场区建设对几何定位精度的要求，以试验场区1∶5万黑山口图幅(覆盖面积约400 km2)为基础，开展了1∶5万比例尺的几何控制点建立及测量工作，为试验场区卫星图像几何精度评价及几何纠正等提供了可靠的基础地理定位基准。

在试验场区按4 km×4 km网格共布设实测控制点42个，尽可能将控制点布设在遥感影像中易于判读的明显地物点上，且在所控制的区域内均匀分布。其中永久性标识点5个(10 m×10 m)(图2)，分布在测区的4角和中央，均布设在微观地势平坦、相对地势较高、周边无遮挡的开阔地带；普通标识点16个(12 cm(上)×20 cm(下)×40 cm(高))，布设在影像清晰、特征明显、易于判读、地面土质密度较大的影像特征点上；以及普通测量控制点21个，布设在特征明显的地物点上。

(a) 遥感影像中永久性几何标识点 (b) 野外实际标识点

图2 试验场永久性几何标识点

Fig.2 Permanent geometry identification point in test field

3.2 岩矿光谱本底

根据试验场的区域地理和地质特征，在整个试验场区内部署野外光谱测量剖面69条和零散光谱控制点300个，共测量野外岩矿光谱11 837条、室内岩矿光谱2 578条、单矿物光谱47条。上述岩矿光谱数据有效地控制住了试验场区域内各种出露地层、岩体及岩脉的岩石类型及其对应的岩矿光谱特征，为开展区域多/高光谱图像光谱特征分析及蚀变信息提取研究提供了翔实可靠的地质体基础光谱数据。

3.3 遥感图像本底

按照“详尽和准确”的原则，系统地获取了覆盖试验场区的从低分辨率到高分辨率、多光谱数据到高光谱数据以及雷达数据等多种遥感图像本底数据(表2)，为开展试验场示范应用及遥感地质应用新技术、新方法研究提供多源的基础图像本底数据。

表2 覆盖哈密试验场的遥感数据

Tab.2 Remote sensing data covering Hami test field(km2)

遥感图像覆盖面积苦水幅黄山幅黑山口幅白干湖幅总计ETM4004004004001600ASTER4004004004001600CBERS02B4004004004001600ZY-102C4004004004001600SPOT5400400400-1200GeoEye-1--400-400QuickBird-360--360WorldView24004004004001600Radarsat2-400--400

3.4 野外重要地质现象点

结合野外地质调查和对实测岩矿光谱数据的综合分析处理以及对遥感图像的蚀变信息提取处理，在试验场区内选择了10处重要的地质现象点，主要包括矿物蚀变点及矿物组合蚀变点、地质构造特征点、岩相接触变化及蚀变点等野外重要的地质现象点，并在野外树立了相应的标示(图3)。

(a) 绿泥石化蚀变带 (b) 绿泥石化标示点

图3 试验场野外重要地质现象标示点

Fig.3 Marking point of important geological phenomenon in test field

4 服务系统建设

试验场服务系统由试验场本底数据库、数字仿真平台和物理仿真实验室等3部分集成(图4)，以此为窗口，用户通过注册用户名并通过试验场系统管理人员的审核确定后，即可通过Internet网络访问试验场服务系统，查询试验场相关本底数据及建设成果；并可对所感兴趣的相关数据提交数据订单，订单通过审核后即可下载数据。

图4 试验场服务系统总体架构Fig.4 Overall architecture of test field service system

4.1 本底数据库

本底数据库主要用于实现对试验场基础本底数据的有效关联管理以及网络信息发布，由基于C/S结构的数据管理子系统和基于B/S结构的网络信息服务子系统组成。

4.1.1 数据管理子系统

数据管理子系统基于Oracle数据库平台，采用C/S架构，主要用于实现把原始的本底数据导入到本底数据库中，完成数据预处理及发布、数据下载权限设定等基本的数据管理及系统维护工作(图5)。

图5 数据管理子系统功能结构图Fig.5 Function structure chart of data

4.1.2 网络信息服务子系统

信息服务子系统网络拓扑图见图6。

图6 信息服务子系统网络拓扑图Fig.6 Network topology diagram of information

如图6所示，网络信息服务子系统采用典型网络应用程序的3层结构：数据层、服务层和客户层。数据层由数据库管理系统和部分文件数据组成，为服务层提供数据支持；服务层包括Web服务、文件服务和地图服务，响应客户端的请求，从数据层读取数据并进行处理，最后将数据发送给客户端；客户层由运行在终端用户计算机浏览器上的应用程序组成。

该系统采用B/S架构，是遥感地质实验场数据库的服务窗口。用户可以通过浏览器进行试验场基础地质信息和岩矿光谱信息的浏览、查询与分析和数据下载。可实现信息发布、信息查询、用户注册及登录、用户生成数据订单及订单下载，同时实现用户管理、用户权限管理、用户订单管理及审批等工作。

4.2 数字仿真平台

数字仿真平台是一套基于一级物理原理的地物、大气、平台和传感器一体化仿真系统(图7)。

图7 数字仿真平台示意图Fig.7 Schematic diagram of digital simulation platform

目前集成到试验场服务系统中的功能主要有：①在线模式的光谱曲线模拟。用哈密试验场本底数据库中的地面光谱数据模拟其他多光谱/高光谱仪器(波段位置、半高宽等)对应的反射率数据；②离线模式的图像数据模拟。针对用户指定的观测区域，根据高分辨率图像、DEM数据和地面光谱数据等，模拟用户指定的多光谱/高光谱传感器获取的遥感图像，离线提供可订制的数据模拟服务。

4.3 物理仿真实验室

物理仿真实验室是一套室内的“物理仿真+数字仿真”半实物光学遥感成像仿真系统，可提供网络预约服务(图8)。目前物理仿真实验室只是初步提供离线预约服务，可实现模拟不同岩矿状态、不同光照条件、不同观测仪器获取的遥感数据，用于分析岩石反射特性的形成机理与变化规律(矿物成分、粒径结构、风化蚀变、仪器性能等对岩石反射光谱的影响)；探索地面单点光谱与遥感像元光谱之间的对应关系(光谱随像元尺度、观测方向、光照条件、大气状况等的变化规律)；与野外试验场相结合，服务于面向矿产资源勘查的遥感系统性能指标需求分析、工作模式设计优化、遥感数据误差分析和数据处理模型优化等。

图8 物理仿真实验室架构图Fig.8 Architecture diagram of physicalsimulation laboratory

5 结论

1)按照真实可靠的原则，系统收集和采集了试验场区的基础本底数据，本底数据涵盖了基础地理几何、物探、化探、遥感等基础数据，为试验场的建设和运用提供了翔实可靠的基础资料。

2)通过前期的试验场筹备工作，使得哈密试验场具备了开展真实性检验、卫星在轨测试评价、卫星数据质量评价、卫星影像产品几何定位精度评价、辐射校正研究、基于地面实测光谱的影像产品光谱信息分析及蚀变信息提取研究、半实物物理仿真试验等遥感地质矿产资源评价的综合应用及服务能力。

3)随着遥感技术的不断发展以及遥感地质应用需求的不断扩大，试验场建设作为一项系统性的长期工作，需要进一步追踪国内外新型卫星的发展趋势及数据特征，及时开展新型遥感数据的示范应用；在充分发挥试验场作用的同时，不断锤炼和扩展试验场的功能。

4)遥感地质试验场的建设及运用是一项系统性和长期性的工作，期望广大的遥感地质工作者加入到试验场建设中来，利用试验场服务系统这一窗口平台，开展遥感技术方法及模型开发、遥感地质调查和矿产勘查等研究工作，群策群力共同推进试验场的逐步完善和不断发展。

[1] 荀毓龙.遥感基础试验与应用[M].北京:中国科学技术出版社,1991. Xun Y L.The Test and Application of Remote Sensing[M].Beijing:China Science and Technology Press,1991.

[2] 丁暄,童庆禧,郑兰芬,等.光谱遥感找矿理论、技术与应用[J].地球化学,1992(1):1-8. Ding X,Tong Q X,Zheng L F,et al.The theory of spectral remote sensing technique and its application in mineral resource exploration[J].Geochimica,1992(1):1-8.

[3] 白云来.新疆哈密黄山—镜儿泉镍铜成矿系统的地质构造背景[J].甘肃地质学报,2000,9(2):1-7. Bai Y L.Geotectonic settings of Huangshan—Jingerquan nickel-copper metallogenic system in Hami,Xinjiang[J].Acta Geologica Gansu,2000,9(2):1-7.

[4] 董连慧,屈迅,朱志新,等.新疆大地构造演化与成矿[J].新疆地质,2010,28(4):351-357. Dong L H,Qu X,Zhu Z X,et al.Tectonic evolution and metallogenesis of Xinjiang,China[J].Xinjiang Geology,2010,28(4):351-357.

[5] 韩春明,毛景文,杨建民,等.东天山晚古生代内生金属矿床类型和成矿作用的动力学演化规律[J].地质学报,2002,76(2):222-234. Han C M,Mao J W,Yang J M,et al.Types of late palaeozoic endogenetic metal deposits and related Geodynamical evolution in the east Tianshan[J].Acta Geologica Sinica,2002,76(2):222-234.

[6] 毛景文,杨建民,韩春明,等.东天山铜金多金属矿床成矿系统和成矿地球动力学模型[J].地球科学:中国地质大学学报,2002,27(4):413-424. Mao J W,Yang J M,Han C M,et al.Metallogenic systems of polymetallic copper and gold deposits and related metallogenic geodynamic model in eastern Tianshan,Xinjiang[J].Earth Science:Journal of China University of Geosciences,2002,27(4):413-424.

[7] 李小文.地物的二向性反射和方向谱特征[J].环境遥感,1989,4(1):205-219. Li X W.Bidirectional reflectance and angular signature of objects[J].Remote Sensing of Environment,1989,4(1):205-219.

[8] 张宗贵.地物光谱测试方法与标准数据生成方法报告[R].北京:中国土资源航空物探遥感中心,1995. Zhang Z G.Report on Methodology of Ground Object Spectral Measurement and Standard Data Generation[R].Beijing:China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources,1995.

(责任编辑：刘心季)

Progress in construction of remote sensing and geological test field for comprehensive application and resources evaluation in Hami,Xinjiang

LIANG Shuneng1,2， GAN Fuping1,2， WEI Hongyan1， XIAO Chenchao1， ZHANG Zhenhua1,2， WEI Dandan1

(1.ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China；2.KeyLaboratoryofAirborneGeophysicsandRemoteSensingGeology,MinistryofLandandResources,Beijing100083,China)

The remote sensing geological test field is the most important basic platform for comprehensive application and evaluation of remote sensing and geological resources. The construction of the remote sensing geological test field is aimed at meeting the needs of the geological application for land and resources and satisfying the development requirement of remote sensing geological technology as well as the coordinated development of the remote sensing technology with other techniques. The remote sensing geological test field can improve the quantification level of remote sensing geological survey and avoid the blindness of remote sensing data application and promotion. Under the leadership and support of China Geological Survey,the construction and research work of the remote sensing geological test field was carried out. Now,the remote sensing geological test field has been basically established,which has the preliminary capability of providing application services. In this paper,the authors mainly describe the structure,function and performance of the remote sensing geological test field as well as the service mode and service capability that the remote sensing geological test field could provide,so as to make the people understand the development of the remote sensing geological test field and then carry out the research work on the remote sensing technical methodology and basic theory based on the remote sensing geological test field in the hope that the construction and development of the remote sensing geological test field can be accelerated.

remote sensing geological test field；comprehensive application；construction progress

2013-12-31；

2014-03-24

中国地质调查局地质矿产调查评价工作项目“资源能源勘探星载遥感超级试验场研究”(编号：1212011087113)和国土资源部公益性行业科研专项项目“资源一号02C星地质矿产与地质灾害环境应用模式及关键技术研究”(编号：201311036)共同资助。

10.6046/gtzyyg.2015.02.02

梁树能，甘甫平，魏红艳，等.哈密遥感地质资源评价综合应用野外试验场建设进展[J].国土资源遥感，2015，27(2)：8-14.(Liang S N，Gan F P，Wei H Y，et al.Progress in construction of remote sensing and geological test field for comprehensive application and resources evaluation in Hami,Xinjiang[J].Remote Sensing for Land and Resources，2015，27(2)：8-14.)

TP 79

A

1001-070X(2015)02-0008-07

梁树能(1983-)，男，硕士，工程师，主要从事高光谱遥感地质应用研究及遥感地质试验场建设工作。Email: liangsn83@163.com。