基于遙感在海洋資源勘查中的應用

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年內迅速發展起來的一門綜合性的應用技術學科。它在很大程度上增強了人類在區域上乃至全球上資源開發、監測地表動態信息變化的能力，但是在海洋中還有大量的礦產資源尚未被開發。其中，確定礦產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合分析，可以達到海底勘查資源的目的。

關鍵詞：海洋遙感 波譜特性 礦產勘查 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 研究背景及現狀

國外較早地開展了遙感技術在海洋礦產資源預測等方面的研究，從20世紀50年代以來，隨著科學技術的進步，特別是衛星技術電子技術、計算機技術的應用，讓海洋遙感突破了傳統的海道測量內容和范圍，從以測量航海要素為主，發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、磁力、海底擴張等各種數據和信息，并繪制出不同目的和用途的專題圖件，為經濟、軍事和科學研究服務[1]。遙感勘查技術現在已經成為礦產勘查的一大熱門。

2 海底地形測量

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

2.1 測深線布設

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海底地形的任務，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量，以保證水深測量的精度。

根據不同的海域情況，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 導標放樣

為了使測量船沿著設計的測深線方向航行，通常在岸邊測深線的方向設置一個網信標（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）羅盤儀放樣導標。

根據預先在繪圖板上測得的各測深線的方位角，利用羅盤根據磁場的方位角確定前后導軌的位置。

（2）經緯儀配合放樣導標。

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航基準提供依據，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果。

③水位聯測。

在水站附近，一般設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，根據規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（GPS）的定位常常被用來定位大的河口、海灣和海洋。

2.3.3 數據處理

（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及時組織補測。

（2）根據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，并注記相應的高程。

（4）根據各測點的高程，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據。高光譜遙感已成為海洋遙感的前沿領域。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、沿海地區等[2]。

由于海洋光譜特征是海洋遙感的重要研究內容，各國在海洋遙感衛星發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用中，使用的傳感器波段較少，不能滿足現代定量遙感應用研究的需要。中分辨率成像光譜儀的應用，不僅促進高維數據分析方法的研究，也將促進海洋高光譜特性的發展研究，可以更準確地了解海洋的光譜結構，確定海水中不同物質的光譜特性。，掌握近岸水光學參數的分布和變化規律，光學遙感器為海洋遙感應用和海洋評價提供可靠依據。

4 波普特性找礦

礦區內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生明顯的凹凸結構變更。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的葉綠素，相應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。遙感技術可以探測到異常信息，識別出該地區的潛在的礦產，從而為以后的探索提供明確的指導。

不同類別范疇內的海底植物，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，應盡可能地搜集海底可能出現的各種植被，并查驗它們獨有的光譜特性。把統計植被的信息作為一種預設（標準）的特征植被，用來指導海底資源勘探。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）海水中懸浮物質對光線折射和散射的影響是目前該勘探的重大技術難題之一。

（2）天氣和海浪都可能會影響海洋勘探技術的精度準確性。

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

隨著衛星遙感的興起，計算機和通信技術的進步以及軍事情報的需要，數字成像技術得到了極大的提高。世界主要的大國已研制出多種用于對地觀測的遙感衛星，并逐步將其用于商業用途（例如本文的海洋勘查）。因此，國際上商業遙感衛星系統得到了迅速發展，產業界特別是私營部門，直接參與或獨立參與遙感衛星的研制、發射和操作，甚至提供端到端服務。而海洋遙感技術一定會在占地球面積最大的海洋中得到更好更廣泛的應用。

參考文獻

[1] 劉現華.遙感地質勘查技術與遙感找礦模式研究[J].中國高新技術企業，2014（9）：21-22.

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

[3] 花冬蕾.淺議遙感地質勘査技術與應用[J].科技創新導報，2015（5）：44-49.