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地下煤火高光谱遥感信息定量提取研究

作　者: 李静
导　师: 李志忠
学　校: 首都师范大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 地下煤火 高光谱遥感 定量提取 烧变信息
分类号: TP79
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


地下煤火,作为煤炭这种不可再生资源的主要危害之一,消耗大量国家能源,产生、释放大量温室气体,造成严重的大气以及对周围水资源和土壤的污染,在引起了巨大的环境破坏的同时严重威胁到火区及附近居民的健康生活或工作。作为全球关注的问题,很多国家已进行相应研究并采取措施进行治理。中国是地下煤火比较严重的国家,面对自然资源的损失和生态环境的破坏,相关部门也大力的进行研究、监测及治理。我国大面积的煤田火区分布在新疆、内蒙古和宁夏等地区,因此本次研究选择典型且具有代表性的内蒙古乌达煤田作为研究区。在区域地质资料及前期项目野外调查数据等资料的辅助下,基于高光谱遥感探测方法,针对地下煤火区地表揭示的景观特征,研究探测试验区由煤火引起的岩石、土壤等地物光谱变化特征,并确定这些变化在遥感图像上的具体反映;利用Hyperion高光谱数据,通过统计软件R,建立基于星载高光谱影像的面向地下煤火探测的遥感定量反演模型;结合野外煤火监测资料,进行煤火遥感信息定量提取技术应用,并对结果进行效果和精度的验证,最终为地下煤火监测及环境治理提供可操作的定量信息提取方法及结果作为参考。基于上述研究思路,本论文一方面,进行基础资料分析及高光谱数据预处理研究:包括基于遥感影像的光谱特征分析、高光谱图像预处理;另一方面,进行信息提取技术研究:包括地下煤火烧变信息提取模型诊断性因子筛选及模型定量化比较及建立。整体内容是针对星载高光谱数据进行的研究,有别于之前已有深入研究的多光谱数据或机载高光谱影像;同时,本次研究是根据高光谱影像本身的光谱特征建立的反演模型及进行定量信息提取,并以影响因子贡献率作为评价各诊断性因子的定量化指标进行参数筛选,通过ROC曲线对模型结果进行定量化比较和分析,最终得到最优模型。通过对乌达煤田的地下煤火高光谱遥感定量信息提取研究,本论文所取得的主要成果如下:1)在研究区野外取得样本,对各类样本进行实验室光谱测试、分析,确定煤火地区各类地物的诊断性特征;对研究区的Hyperion高光谱遥感数据进行获取及预处理,在各个环节进行深入研究,其中着重研究条带的去除,提高图像质量,以便于后续的信息提取及各种分析;2)基于模型选择理论、混淆矩阵以及自助法,以影响因子贡献率作为评价各诊断性因子的定量化指标进行参数选择方法的改进,对研究区影像中提取的各诊断性因子进行筛选;3)基于机器学习、分类与预测以及ROC曲线等基础理论,选择由逻辑回归模型及广义加法模型分别进行线性和非线性回归,并通过ROC曲线对模型结果进行定量化的比较分析,得出结论非线性的广义加法模型更佳。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章 概述  13-23
  1.1 选题依据和意义  13-14
  1.2 国内外研究进展  14-18
    1.2.1 地下煤火研究进展  14-16
    1.2.2 高光谱研究进展  16-18
  1.3 存在问题  18
  1.4 主要研究内容  18-20
  1.5 论文内容安排  20-23
第二章 研究区和数据  23-29
  2.1 研究区概况  23-25
    2.1.1 地理环境概况  23
    2.1.2 地质环境概况  23-24
    2.1.3 研究区的现有研究基础  24-25
  2.2 数据与资料准备  25-28
    2.2.1 高光谱影像数据  25-28
    2.2.2 研究区样本获取及参考资料  28
  2.3 本章小结  28-29
第三章 光谱测试及高光谱数据预处理  29-41
  3.1 实验室测试及分析光谱数据  29-33
  3.2 高光谱图像预处理  33-40
    3.2.1 非正常像元纠正  34-38
    3.2.2 大气校正  38
    3.2.3 平滑  38-39
    3.2.4 几何校正  39-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章 地下煤火烧变信息诊断性因子筛选方法  41-55
  4.1 理论基础  41-45
    4.1.1 多重共线性理论  41-42
    4.1.2 模型选择理论  42-43
    4.1.3 混淆矩阵理论  43-44
    4.1.4 自助法选择  44-45
  4.2 地下煤火烧变信息诊断性因子筛选方法步骤  45-46
  4.3 诊断性因子筛选方法的改进  46
  4.4 研究区煤火烧变信息诊断性因子选择及分析  46-53
    4.4.1 遥感影像光谱诊断性特征选择  47-52
    4.4.2 诊断性因子相关性检验  52
    4.4.3 诊断性因子筛选  52-53
  4.5 本章小结  53-55
第五章 地下煤火烧变信息提取模型定量选择  55-69
  5.1 理论基础  55-60
    5.1.1 分类与预测  55-59
    5.1.2 精度评价方法——ROC 曲线  59-60
  5.2 煤火烧变信息提取模型选择方法步骤  60
  5.3 研究区煤火烧变信息提取模型选择及分析  60-64
    5.3.1 建立回归模型  60-63
    5.3.2 最佳模型选择  63-64
  5.4 研究区煤火烧变信息提取结果及分析  64-67
    5.4.1 煤火烧变信息提取结果对比及分析  64-67
    5.4.2 烧变区预测  67
  5.5 本章小结  67-69
第六章 结论与展望  69-71
  6.1 结论  69-70
  6.2 存在问题及展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 遥感技术 > 遥感技术的应用
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