基于遙感在海洋資源勘查中的應(yīng)用

曹玲娟　孟昕　王茜

摘 要：遙感是一門比較年輕的學科，是過去30年內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門綜合性的應(yīng)用技術(shù)學科。它在很大程度上增強了人類在區(qū)域上乃至全球上資源開發(fā)、監(jiān)測地表動態(tài)信息變化的能力，但是在海洋中還有大量的礦產(chǎn)資源尚未被開發(fā)。其中，確定礦產(chǎn)的位置就顯得尤為重要。本文將從海底地形測量、運用高光譜遙感、波譜特性找礦等三個方面分別闡述遙感在海洋資源中的應(yīng)用。然后以機載遙感信息為主，以星載遙感信息為輔，以地表地球化學、地球植物學、地面遙感勘查作為其驗證手段，對其施行多元化信息復(fù)合分析，可以達到海底勘查資源的目的。

關(guān)鍵詞：海洋遙感 波譜特性 礦產(chǎn)勘查 高光譜遙感

中圖分類號：P407.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0023-02

1 研究背景及現(xiàn)狀

國外較早地開展了遙感技術(shù)在海洋礦產(chǎn)資源預(yù)測等方面的研究，從20世紀50年代以來，隨著科學技術(shù)的進步，特別是衛(wèi)星技術(shù)電子技術(shù)、計算機技術(shù)的應(yīng)用，讓海洋遙感突破了傳統(tǒng)的海道測量內(nèi)容和范圍，從以測量航海要素為主，發(fā)展到對整個海洋空間，包括海面、水體和海底進行全方位，多要素的綜合測繪，獲取包括大氣（雨、云、霧、氣溫、風等）、水文（密度、海水溫度、鹽度、潮汐、波浪海流等）以及海底重力、地形、地貌、底質(zhì)、磁力、海底擴張等各種數(shù)據(jù)和信息，并繪制出不同目的和用途的專題圖件，為經(jīng)濟、軍事和科學研究服務(wù)[1]。遙感勘查技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為礦產(chǎn)勘查的一大熱門。

2 海底地形測量

海底地形測量是指確定海底地貌的情況，對海洋礦產(chǎn)勘測具有重要的意義，其類似于地質(zhì)圖對資源勘查的重要性。

2.1 測深線布設(shè)

測深線可以分主測深線，補充測深線和檢查測深線。主測深線是測深線的主體，其擔負著探明整個測區(qū)海底地形的任務(wù)，而補充測深線有著彌補主測深線的作用，檢查測深線是檢查上述測深線的水深測量質(zhì)量，以保證水深測量的精度。

根據(jù)不同的海域情況，測深線可以用下面3種方式布置。

（1）測深線垂直于水流方向。

（2）測深線與水流軸線夾角成45°。

（3）測深線方向成輻射角。

2.2 導(dǎo)標放樣

為了使測量船沿著設(shè)計的測深線方向航行，通常在岸邊測深線的方向設(shè)置一個網(wǎng)信標（通常有兩面不同顏色的旗子），用來指示測量船的航行方向。網(wǎng)信標的定位主要有兩種方法：利用岸上各控制點的極坐標或用羅盤確定信標的位置。

（1）羅盤儀放樣導(dǎo)標。

根據(jù)預(yù)先在繪圖板上測得的各測深線的方位角，利用羅盤根據(jù)磁場的方位角確定前后導(dǎo)軌的位置。

（2）經(jīng)緯儀配合放樣導(dǎo)標。

2.3 水位測量和測船定位

2.3.1 水位觀測

由于海面是不斷變化的，在測量水深的時候，必須觀察水位。水位觀測的目的是為確定水深基準和導(dǎo)航基準提供依據(jù)，為水深測量提供水位校正。

①觀測時間。

觀測水位必須晝夜連續(xù)30d以上，為基準面計算提供水文資料。

②觀測方法。

為保證觀測精度，觀測視線應(yīng)盡量與水面平行，相鄰波峰波谷的水位每次讀取兩次，每次取平均值為最終結(jié)果。

③水位聯(lián)測。

在水站附近，一般設(shè)置一個或多個水準點作為基準，定期對水站水位計的零位高程進行引導(dǎo)和檢查。水尺零點高程的引測，視其精度一般可按四等水準或圖根水準聯(lián)測。

2.3.2 測深船定位

在海底地形測量中，測深船在測深線上勻速行駛測量水深，根據(jù)規(guī)定的間距確定測點的平面位置。測深點常用的定位方法有交點法、極坐標法、無線電定位法和GPS定位法。交會方法分為前向交會法和后向交會法。交會方法使用六分儀來確定被測船舶的平面位置。無線電和全球定位系統(tǒng)（GPS）的定位常常被用來定位大的河口、海灣和海洋。

2.3.3 數(shù)據(jù)處理

（1）將同一天觀測的角度和水深測量的記錄匯總， 然后逐點（或旗號）核對，對于遺漏的測點或記錄不全的測點應(yīng)及時組織補測。

（2）根據(jù)水位測量成果進行水位改正，并計算各測點的高程。

（3）在圖紙上展繪各控制點和各測點的位置，并注記相應(yīng)的高程。

（4）根據(jù)各測點的高程，勾繪海底等深線提供完整的海底地形圖。

3 高光譜遙感

高光譜遙感利用非常窄的電磁波獲取地表遙感影響數(shù)據(jù)。高光譜遙感已成為海洋遙感的前沿領(lǐng)域。由于中分辨率成像光譜儀（modis）的光譜范圍寬，高分辨率和波段多的優(yōu)勢，因此已成為海洋水色、水溫的有效探測工具，不僅可用于海水葉綠素濃度、懸浮泥沙濃度和某些污染物表面溫度的檢測，也可用于探測海冰、沿海地區(qū)等[2]。

由于海洋光譜特征是海洋遙感的重要研究內(nèi)容，各國在海洋遙感衛(wèi)星發(fā)射前后對海洋光譜特征進行了研究，其中包括對海洋光譜特征測量的大量研究。在海洋遙感的早期應(yīng)用中，使用的傳感器波段較少，不能滿足現(xiàn)代定量遙感應(yīng)用研究的需要。中分辨率成像光譜儀的應(yīng)用，不僅促進高維數(shù)據(jù)分析方法的研究，也將促進海洋高光譜特性的發(fā)展研究，可以更準確地了解海洋的光譜結(jié)構(gòu)，確定海水中不同物質(zhì)的光譜特性。，掌握近岸水光學參數(shù)的分布和變化規(guī)律，光學遙感器為海洋遙感應(yīng)用和海洋評價提供可靠依據(jù)。

4 波普特性找礦

礦區(qū)內(nèi)的多處礦床受埋藏微生物和海底覆蓋層的干擾。在這種情況下，金屬元素、其他礦物等會使海底表面發(fā)生明顯的凹凸結(jié)構(gòu)變更。海底表面覆蓋著綠藻等植物，可以吸收隱藏的金屬元素。

海底表面的綠藻等植物內(nèi)的葉綠素，相應(yīng)的水分會隨著地貌而不斷變化。從綠藻類植物中反射出來的光譜會有明顯的差異。海底表層生物的多樣性特征為遙感勘查資源定位提供了可能。遙感技術(shù)可以探測到異常信息，識別出該地區(qū)的潛在的礦產(chǎn)，從而為以后的探索提供明確的指導(dǎo)。

不同類別范疇內(nèi)的海底植物，細分出來的多類器官，他們表征出來的金屬總量，也可能會帶有差異。因此，在劃定好的海域之中，應(yīng)盡可能地搜集海底可能出現(xiàn)的各種植被，并查驗它們獨有的光譜特性。把統(tǒng)計植被的信息作為一種預(yù)設(shè)（標準）的特征植被，用來指導(dǎo)海底資源勘探。對于團聚體較弱的植物，可以作為輔助植被進行檢測[3]。

5 展望與不足

（1）海水中懸浮物質(zhì)對光線折射和散射的影響是目前該勘探的重大技術(shù)難題之一。

（2）天氣和海浪都可能會影響海洋勘探技術(shù)的精度準確性。

（3）目前海洋遙感勘探技術(shù)基本借鑒于地表礦產(chǎn)勘探的經(jīng)驗來發(fā)展海洋遙感勘探技術(shù)。只有在真正下海開發(fā)的時候，才能證明海洋勘查技術(shù)的準確性。

隨著衛(wèi)星遙感的興起，計算機和通信技術(shù)的進步以及軍事情報的需要，數(shù)字成像技術(shù)得到了極大的提高。世界主要的大國已研制出多種用于對地觀測的遙感衛(wèi)星，并逐步將其用于商業(yè)用途（例如本文的海洋勘查）。因此，國際上商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界特別是私營部門，直接參與或獨立參與遙感衛(wèi)星的研制、發(fā)射和操作，甚至提供端到端服務(wù)。而海洋遙感技術(shù)一定會在占地球面積最大的海洋中得到更好更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 劉現(xiàn)華.遙感地質(zhì)勘查技術(shù)與遙感找礦模式研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（9）：21-22.

[2] 楊哲海，韓建峰.高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].海洋測，2003（6）：14-16.

[3] 花冬蕾.淺議遙感地質(zhì)勘査技術(shù)與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2015（5）：44-49.