从热红外遥感获取断裂相关信息的分析方法研究

论文摘要

断裂与地表热环境密切相关,断裂对地热循环至地表有重要作用。研究断层两侧地表温度场信息,对地热资源远景勘测区域具有很大意义,也对了解断层构造活动和地质活动对地表热环境影响有很大的科学价值。热红外影像中,反应深部的热信息只是很少的一部分,需要去除干扰因素增强目标信号,当前研究未能较好解决消除干扰信号的问题,对断裂与地表热信息之间的空间位置也没有较完善的讨论。本文对断裂位置和地表热异常信息条带的空间位置以及其偏移问题进行深入分析,并提出从热红外遥感获取断裂相关信息的分析方法。首先,对多景不同区域的Landsat热红外影像选取适合区域的算法获得地表温度场。其次,提出去除温度场中因异常高温低温背景干扰区域的方法。第三,用尺度分析插值法增强去除干扰后的影像,结合地质图及物探剖面对断裂和地表热异常信息空间位置进行讨论,并提出建立定量的统计学模型验证相关性。第四,分析断裂相关热异常信息影响宽度与尺度之间关系,改进尺度分析窗口,用不同尺度的热异常信息增强不同范围不同深度的断裂信息。对研究区地表热异常信息和地下断裂对应空间位置进行了较为深入的探讨。主要取得了以下方面的进展和结论：(1)比较了不同的比辐射率估算方法和各种地表温度反演算法,分别对无大气数据支持和有大气数据支持的区域影像使用不同的地表温度反演算法。并提出了消除干扰因素形成的地表异常高温低温区域的方法。(2)改进尺度分析插值法应用于断裂相关热信息增强。通过均值采样插值取代原方法中的随机采样,获得更稳定的地表热信息影像。(3)结合物探剖面准确定位地表热信息剖面与断裂确切空间位置之间对应关系,首次提出断裂附近中间高两边低的热异常信息峰值位于断裂倾向方向的结论。(4)应用统计方法定量分析评价断裂和热异常信息。通过定量分析断裂相关热异常信息的影响范围,建立了该范围内断裂两侧距离与地表温度的统计模型。也证明了断裂相关热异常信息并非随机,而是具有统计学意义。(5)对尺度分析插值法的增强信息尺度窗口进行探讨,改进尺度分析窗口为断裂影响范围的1/2,提出不同尺度窗口增强不同影响宽度的断裂相关热信息,探讨了不同尺度的分析插值结果与断裂深度之间的关联。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 数据资料来源及预处理
• 2.1 卫星影像资料及预处理
• 2.1.1 LANDSAT卫星的TM/ETM+影像数据
• 2.1.2 TERRA卫星的ASTER影像数据
• 2.1.3 SRTM高程数据
• 2.1.4 影像数据使用情况
• 2.1.5 卫星影像数据预处理
• 2.2 地质数据资料
• 2.2.1 基础地质资料
• 2.2.2 地震剖面及解译资料
• 2.2.3 区域地热背景资料
• 2.3 气象资料等其他资料
• 3 地表温度反演
• 3.1 地表温度反演算法的基本原理
• 3.2 比辐射率的估算
• 3.3 地表绝对温度反演算法
• 3.4 单通道地表温度反演算法
• 3.5 反演结果
• 3.6 小结
• 4 干扰因素的地表温度影响及处理
• 4.1 干扰因素对地表温度的影响
• 4.2 干扰因素的去除
• 4.2.1 地物综合分类
• 4.2.2 分类精度评价
• 4.2.3 干扰因素地类去除
• 4.3 地形与光照的影响
• 4.3.1 地形及光照模型对断裂的识别
• 4.3.2 地形及光照模型对地表热辐射的影响
• 4.4 小结
• 5 断裂分布与地表热信息相关性分析
• 5.1 改进后的尺度分析插值法
• 5.2 热红外异常与断裂平面空间位置分析
• 5.3 热红外异常与断裂剖面空间位置分析
• 5.3.1 多时相温度叠加曲线
• 5.3.2 温度剖面对应断裂剖面分析
• 5.4 断裂与热异常信息的统计定量分析
• 5.4.1 断裂热异常信息影响范围
• 5.4.2 断裂与热异常信息相关性
• 5.5 小结
• 6 热红外遥感断裂热异常信息尺度分析
• 6.1 断裂热异常信息的尺度窗口
• 6.2 改进后的尺度分析插值法增强不同尺度断裂热异常信息
• 6.3 不同尺度热信息与不同热影响范围断裂的关系
• 6.4 不同尺度热信息与不同深度断裂的关系
• 6.5 小结
• 7 主要结论与存在问题
• 7.1 主要结论
• 7.2 创新点
• 7.3 存在问题与展望
• 参考文献
• 作者简介