基于遥感在海洋资源勘查中的应用

曹玲娟　孟昕　王茜

摘 要：遥感是一门比较年轻的学科，是过去30年内迅速发展起来的一门综合性的应用技术学科。它在很大程度上增强了人类在区域上乃至全球上资源开发、监测地表动态信息变化的能力，但是在海洋中还有大量的矿产资源尚未被开发。其中，确定矿产的位置就显得尤为重要。本文将从海底地形测量、运用高光谱遥感、波谱特性找矿等三个方面分别阐述遥感在海洋资源中的应用。然后以机载遥感信息为主，以星载遥感信息为辅，以地表地球化学、地球植物学、地面遥感勘查作为其验证手段，对其施行多元化信息复合分析，可以达到海底勘查资源的目的。

关键词：海洋遥感 波谱特性 矿产勘查 高光谱遥感

中图分类号：P407.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（a）-0023-02

1 研究背景及现状

国外较早地开展了遥感技术在海洋矿产资源预测等方面的研究，从20世纪50年代以来，随着科学技术的进步，特别是卫星技术电子技术、计算机技术的应用，让海洋遥感突破了传统的海道测量内容和范围，从以测量航海要素为主，发展到对整个海洋空间，包括海面、水体和海底进行全方位，多要素的综合测绘，获取包括大气（雨、云、雾、气温、风等）、水文（密度、海水温度、盐度、潮汐、波浪海流等）以及海底重力、地形、地貌、底质、磁力、海底扩张等各种数据和信息，并绘制出不同目的和用途的专题图件，为经济、军事和科学研究服务[1]。遥感勘查技术现在已经成为矿产勘查的一大热门。

2 海底地形测量

海底地形测量是指确定海底地貌的情况，对海洋矿产勘测具有重要的意义，其类似于地质图对资源勘查的重要性。

2.1 测深线布设

测深线可以分主测深线，补充测深线和检查测深线。主测深线是测深线的主体，其担负着探明整个测区海底地形的任务，而补充测深线有着弥补主测深线的作用，检查测深线是检查上述测深线的水深测量质量，以保证水深测量的精度。

根据不同的海域情况，测深线可以用下面3种方式布置。

（1）测深线垂直于水流方向。

（2）测深线与水流轴线夹角成45°。

（3）测深线方向成辐射角。

2.2 导标放样

为了使测量船沿着设计的测深线方向航行，通常在岸边测深线的方向设置一个网信标（通常有两面不同颜色的旗子），用来指示测量船的航行方向。网信标的定位主要有两种方法：利用岸上各控制点的极坐标或用罗盘确定信标的位置。

（1）罗盘仪放样导标。

根据预先在绘图板上测得的各测深线的方位角，利用罗盘根据磁场的方位角确定前后导轨的位置。

（2）经纬仪配合放样导标。

2.3 水位测量和测船定位

2.3.1 水位观测

由于海面是不断变化的，在测量水深的时候，必须观察水位。水位观测的目的是为确定水深基准和导航基准提供依据，为水深测量提供水位校正。

①观测时间。

观测水位必须昼夜连续30d以上，为基准面计算提供水文资料。

②观测方法。

为保证观测精度，观测视线应尽量与水面平行，相邻波峰波谷的水位每次读取两次，每次取平均值为最终结果。

③水位联测。

在水站附近，一般设置一个或多个水准点作为基准，定期对水站水位计的零位高程进行引导和检查。水尺零点高程的引测，视其精度一般可按四等水准或图根水准联测。

2.3.2 测深船定位

在海底地形测量中，测深船在测深线上匀速行驶测量水深，根据规定的间距确定测点的平面位置。测深点常用的定位方法有交点法、极坐标法、无线电定位法和GPS定位法。交会方法分为前向交会法和后向交会法。交会方法使用六分仪来确定被测船舶的平面位置。无线电和全球定位系统（GPS）的定位常常被用来定位大的河口、海湾和海洋。

2.3.3 数据处理

（1）将同一天观测的角度和水深测量的记录汇总， 然后逐点（或旗号）核对，对于遗漏的测点或记录不全的测点应及时组织补测。

（2）根据水位测量成果进行水位改正，并计算各测点的高程。

（3）在图纸上展绘各控制点和各测点的位置，并注记相应的高程。

（4）根据各测点的高程，勾绘海底等深线提供完整的海底地形图。

3 高光谱遥感

高光谱遥感利用非常窄的电磁波获取地表遥感影响数据。高光谱遥感已成为海洋遥感的前沿领域。由于中分辨率成像光谱仪（modis）的光谱范围宽，高分辨率和波段多的优势，因此已成为海洋水色、水温的有效探测工具，不仅可用于海水叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度和某些污染物表面温度的检测，也可用于探测海冰、沿海地区等[2]。

由于海洋光谱特征是海洋遥感的重要研究内容，各国在海洋遥感卫星发射前后对海洋光谱特征进行了研究，其中包括对海洋光谱特征测量的大量研究。在海洋遥感的早期应用中，使用的传感器波段较少，不能满足现代定量遥感应用研究的需要。中分辨率成像光谱仪的应用，不仅促进高维数据分析方法的研究，也将促进海洋高光谱特性的发展研究，可以更准确地了解海洋的光谱结构，确定海水中不同物质的光谱特性。，掌握近岸水光学参数的分布和变化规律，光学遥感器为海洋遥感应用和海洋评价提供可靠依据。

4 波普特性找矿

矿区内的多处矿床受埋藏微生物和海底覆盖层的干扰。在这种情况下，金属元素、其他矿物等会使海底表面发生明显的凹凸结构变更。海底表面覆盖着绿藻等植物，可以吸收隐藏的金属元素。

海底表面的绿藻等植物内的叶绿素，相应的水分会随着地貌而不断变化。从绿藻类植物中反射出来的光谱会有明顯的差异。海底表层生物的多样性特征为遥感勘查资源定位提供了可能。遥感技术可以探测到异常信息，识别出该地区的潜在的矿产，从而为以后的探索提供明确的指导。

不同类别范畴内的海底植物，细分出来的多类器官，他们表征出来的金属总量，也可能会带有差异。因此，在划定好的海域之中，应尽可能地搜集海底可能出现的各种植被，并查验它们独有的光谱特性。把统计植被的信息作为一种预设（标准）的特征植被，用来指导海底资源勘探。对于团聚体较弱的植物，可以作为辅助植被进行检测[3]。

5 展望与不足

（1）海水中悬浮物质对光线折射和散射的影响是目前该勘探的重大技术难题之一。

（2）天气和海浪都可能会影响海洋勘探技术的精度准确性。

（3）目前海洋遥感勘探技术基本借鉴于地表矿产勘探的经验来发展海洋遥感勘探技术。只有在真正下海开发的时候，才能证明海洋勘查技术的准确性。

随着卫星遥感的兴起，计算机和通信技术的进步以及军事情报的需要，数字成像技术得到了极大的提高。世界主要的大国已研制出多种用于对地观测的遥感卫星，并逐步将其用于商业用途（例如本文的海洋勘查）。因此，国际上商业遥感卫星系统得到了迅速发展，产业界特别是私营部门，直接参与或独立参与遥感卫星的研制、发射和操作，甚至提供端到端服务。而海洋遥感技术一定会在占地球面积最大的海洋中得到更好更广泛的应用。

参考文献

[1] 刘现华.遥感地质勘查技术与遥感找矿模式研究[J].中国高新技术企业，2014（9）：21-22.

[2] 杨哲海，韩建峰.高光谱遥感技术的发展与应用[J].海洋测，2003（6）：14-16.

[3] 花冬蕾.浅议遥感地质勘査技术与应用[J].科技创新导报，2015（5）：44-49.