王润生——著名航空物探遥感研究专家

科学研究：
 

◆岩石、矿物的反射波谱分析技术

在岩石、矿物的反射波谱分析方面，王润生将逐步判别分析和典型变换分析方法引入到地面波谱数据的处理中，用于选择区分不同岩性的最佳波段组合，并根据遥感方程，推导了逐步判别和典型变换的空地改正系数，使地面波谱的分析结果可以应用直接用于多光谱遥感的图像处理和信息提取中。在遥感图像处理和信息提取方面，他根据遥感地质信息的间接性、隐含性、模糊性和时空叠加性，提出了遥感地质信息场理论，认为遥感图像记录的信息是由不同时期、层次、尺度、来源、不同表现形式的地球活动信息以及后生自然和人为改造信息的复合和叠加，形成遥感地质信息场。遥感地质数据处理的任务就是通过处理、分析和演绎，实现场的分离，提取出能指示目标地质特征的标志信息，实现了遥感数据—地质指示标志—目标地质特征的转换或关联。

◆成像光谱矿物填图技术

矿物识别与矿物填图是成像光谱最成功的也是最能发挥其优势的领域。王润生研究分析了矿物光谱的变化规律，评价了光谱参量的敏感性与稳定性，提出了建立矿物识别谱系的思想。参照或借鉴矿物学的分类方法，在可见-反射红外光谱区间，分别以主要吸收谱带、谱带组合特征、谱带精细特征和谱带变异特征为基础，对矿物依“矿物类—族—种—亚种”逐层进行识别。根据主要谱带的位置，适当辅以一些次要特征，可较好地识别和区分含Fe2+矿物、Fe3+矿物、Mn2+矿物、Al-OH键矿物、Mg-OH键矿物、碳酸盐矿物、水合硫酸盐矿物等7大类矿物；谱带组合特征是识别和区分具体矿物族的重要指标；根据矿物光谱的精细结构和变异特征可进一步地识别一些具体矿物种或矿物亚种，构成了实际判别决策过程的树状结构。可以看出，由类—族—种—亚种的识别决策中，所使用的特征的精细程度越来越高，但其在光谱中表现的明显程度、稳定性和诊断性逐渐降低，类别越分越细，但识别的可信度也逐渐减小。这样，可将识别的不确定性和矿物的混淆基本限制在一定的层次上，从总体上提高了矿物识别的可信度，并提高了处理的自动化水平和批量处理能力。目前，项目组已发展了20种以上矿物的识别规则，在新疆土屋地区的矿物填图、河北赤城的金矿调查、西藏驱龙斑岩铜矿勘查等应用中都取得了令人满意的效果。在此基础上，对比分析了矿物填图的主要环节中不同处理方法或模型的应用条件和应用效果；初步建立了干旱裸露区成像光谱矿物填图技术体系；总结了一套较系统的干旱裸露区区域成像光谱矿物填图的工作方法；提出了工程设施的主要工作步骤中应遵循的工作准则。使我国成像光谱矿物填图技术迅速赶上世界先进水平，并在可见光—反射红外光谱区间干旱裸露区面积性矿物填图方面，形成了较完整的实际生产能力。

◆植物成分和植物地球化学反演技术

在植物成分和植物地球化学反演方面，总结了不同长势的植物的光谱特征的变异规律；发展了区域尺度的成像光谱色素探测的定性或定量反演方法；研究了植物金属含量、波谱特征和地球化学异常之间的相关关系，建立了工作区铜、铅、锌、砷、钼等元素的植物地球化学回归反演模型。

研究组积极开展矿物丰度识别、成分识别、植物地球化学探测和热红外矿物识别等方面的研究。进一步扩展和完善矿物识别谱系；大力提高识别的定量化和智能化水平；拓宽应用领域。

在科研中，王润生特别注重集思广义，注重发挥集体的作用。他和他的研究组在上世纪80年代初期在国内率先将地理信息系统（GIS）的理论和分析方法用于地质勘探数据综合和矿产资源评价领域，提出、运用和发展了图像色度分析、相关矩阵分析、线性体分析、网络分析、多元统计和模式识别等信息提取和数据融合方法，处理和综合遥感、地质、地形、地球物理和地球化学数据，建立了较系统的地质勘察数据图像分析、图像综合和科学可视化方法。

在多光谱遥感蚀变找矿信息的提取方面，他根据不同处理方法的物理前提、主要作用和应用层次，总结出蚀变信息分析的多种方法协同工作的分层处理策略，提高了异常识别提取的能力和数据处理的规范化。

为了加速我国海洋地质调查和油气勘查，项目组及时将卫星测高数据应用于海洋地质构造分析中，率先在国内应用卫星测高数据演绎海洋重力场，编制了南海和全中国海域1∶100万自由重力图，弥补了敏感地区实地调查不便的困难。

　面对成绩，项目组没有忘记作为科技工作者的神圣使命。学术无止境，任重而道远。“十一五”项目尚未开展，作为带头人的王润生教授就已制定了这期间的远景规划。他要更广泛深入地开展高光谱矿物填图技术的研究，扩充矿物识别的种类，提高识别的可信度、定量化和智能化水平；另一方面，将进一步扩大研究领域，拓宽应用范围。要开展建立全谱段矿物识别可矿物填图研究，要将矿物识别由以矿物的种类识别为主转换到矿物丰度识别和矿物成分识别，要在使用地域上研究半植被覆盖区的矿物填图技术。在应用领域上也将向油气勘查、矿山污染调查和环境监测、土壤土质调查、土质退化（沙漠化和盐碱化）监测、以及行星地质学和月质学研究领域拓展。

◆高光谱遥感技术研究与应用

中国国土资源航空物探遥感中心自1996年始，在原地质矿产部、国土资源部、科技部、地质调查局等部局的支持下，长期专注于高光谱矿物填图技术的开发及其在地质勘查中的应用研究，经过十几年的努力，该技术水平开始迅速接近或赶上国际领先水平，部分技术已相对成熟，形成了一定的生产力。

1996年-1999年是高光谱遥感技术开发的准备阶段。在原地质矿产部“九五”重点科研项目“成像光谱方法技术开发应用研究”的支持下，中国国土资源航空物探遥感中心开始涉足这一高技术领域。在王润生教授的带领下，课题组化了三年半的时间，利用美国Cuprite矿区的航空可见和红外成像光谱仪AVIRIS数据以及河北崇礼-赤城地区MAIS数据，开展了蚀变矿物提取和矿物填图方法试验，评价了成像光谱一些常用数据处理和识别方法的实用性和有效性；发展了航空成像光谱数据辐射畸变校正和随机噪声的小波分析方法、图像几何畸变校正的相关匹配方法、基于矿物光谱变异和混合光谱知识的组合光谱特征匹配识别方法以及地物神经网络分析识别方法；开发了成像光谱数据分析处理系统(ISDAPS)；在野外和实验室条件下，开展了岩矿光谱的影响因素和矿物混合光谱研究，测试了高岭石、白云母、方解石、白云石、蒙托石、绿帘石、针铁矿、磁铁矿、钾长石、斜长石、石英等多种矿物组合的混合光谱共300余条，初步总结了矿物光谱变异规律；通过处理相关数据，在河北实验区圈出了一些金矿化蚀变异常，发现了数个可供进一步工作的金矿化点。

该项目的完成为成像光谱技术的实用化以及技术的进一步开发研究奠定了基础。通过研究，航空物探遥感中心进一步明确了成像光谱实用化技术体系建立中尚须解决的关键问题，认识到了掌握各种矿物的波谱特征和变异规律是正确和有效识别矿物的基础，单纯依靠数学方法进行矿物识别有较大的局限性；深入开展了矿物波谱变异规律的研究，进一步明确了基于岩矿混合光谱和光谱变异知识的矿物识别、混合光谱分解和端元选择方法是成像光谱技术实用化的必由之路。该项目确定了后续研究中需要解决的8大基础性以及关键性技术问题：一是地物光谱特征研究和岩矿光谱数据库的扩充；二是实用化成像光谱大气辐射校正方法研究；三是基于岩矿混合光谱和光谱变异知识的组合光谱特征匹配识别方法的完善；四是岩矿混合光谱分解模型和基于岩矿混合光谱知识的端元选择方法研究；五是金属矿物诱导植物病变识别和地植物找矿方法研究；六是成像光谱地质找矿应用的实用化工作程式研究；七是产品化成像光谱数据分析处理软件系统；八是遥感成因矿物学和找矿矿物学研究。王润生说，这一阶段的研究与积累为日后的研究指明了方向，是日后取得的诸多重要成果的基础。

1999年-2002年是高光谱遥感技术的开发阶段。 高光谱矿物填图分为矿物种类填图、矿物化学成分填图、矿物含量填图。矿物种类填图回答的是“是什么”的问题，矿物化学成分填图回答的是“由什么元素组成”的问题，矿化含量填图回答的是“由什么矿物组成”的问题，这三项技术的难度是依次增加的。

中国国土资源航空物探遥感中心高光谱课题组在系统地研究岩石和矿物光谱的影响因素、分析其变异特性、开展矿物混合光谱的实验室模拟试验以及分析总结矿物混合光谱的变化规律的基础上，开发了“高光谱矿物分层识别谱系规则”，并申报了国家发明专利，建立了白云母、高岭石、蒙脱石、绿泥石、绿帘石、蛇纹石、滑石、方解石、白云石等金属矿床常见的蚀变矿物的识别与填图规则。该方法原理与实现简单，稳定性高，适合于技术的工程化与规模化应用。

王润生教授课题组，他们在新疆东天山地区利用澳大利亚机载成像光谱仪HyMap开展了试验研究，填图结果表明该方法矿物识别率（含量达到检出限以上的地点被识别出的比率）为82%，识别准确率（被识别出的地点的确存在该矿物的比率)达90%以上，填绘结果和有关图件都已提交新疆地调院和当地地质部门使用，受到了他们的普遍欢迎。

2002年-2005年是高光谱遥感技术的工程化应用研究阶段。在分析大气、地面的非朗伯特性、太阳-目标-仪器的几何关系、光谱分辨率、空间分辨率、信噪比等环境和技术参数对矿物识别的影响的基础上，航空物探遥感中心总结了一套较系统而实用的干旱裸露区区域成像光谱矿物填图的技术体系和工作方法，整个技术流程包括辐射标定、大气校正与光谱重建、航带和跨航带照度调整、矿物端元选择、分航带矿物识别、几何校正、图像镶嵌与地理编码、全区矿物分布图的编制等基本步骤。

基于上述创新技术体系，航空物探遥感中心在新疆东天山地区利用澳大利亚机载成像光谱仪HyMap开展了试验研究，完成了1：5万约3000平方千米的矿物分布图。除在地质勘查中应用研究之外，该技术还在矿山环境、植被微量元素探测方面同样取得令人满意的效果。在德兴铜矿区，航空物探遥感中心利用航天Hyperion高光谱数据提取了水体、土壤以及污染植被的重金属。通过这一分析，他们向世人揭示了，废矿堆、堆浸场、采矿厂以及矿区的一些氧化富集带中大量的贫铜废矿以及黄铁矿，尤其是黄铁矿作为废矿的主要组成成分，在富氧环境下极易褐铁矿化，不仅造成了矿区铁金属污染而且也同时可能造成该区土壤和水域的酸化，而且使矿山趋于区域性的环境恶化，为矿山环境治理提供了一定的理论基础。

2005年至今是高光谱遥感技术的深度开发阶段。经过上述三个阶段的研究与积累，我国高光谱矿物填图技术及应用水平基本接近了国际领先水平，初步具备了规模化、工程化应用的技术实力。然而，航遥中心高光谱课题组并未满足于此，开始研究矿物化学成分、矿物含量定量反演等一些在国际上尚未成熟的领先技术，并取得了初步成果。

针对成像光谱矿物化学成分识别和矿物成因信息提取，航空物探遥感中心课题组探索并总结了绢云母和绿泥石等重要的热液矿化蚀变矿物的光谱矿物成因学规律，建立了白云母和绿泥石类矿物的化学成分、地质成因及相对含量变化与其岩矿光谱特征的定量关系模型。王润生教授课题组，利用该模型，通过对岩矿光谱数据的分析，可以较准确地估计白云母和绿泥石矿物的化学成分、相对含量及其形成的温压条件，从而为成像光谱矿物填图由单一的矿物种属填图发展到矿物综合信息填图提供了有效的方法途径；

由于受矿物光谱非线性混合、光谱变异、无吸收特征矿物等三方面因素的影响，利用高光谱遥感数据定量反演矿物绝对含量的难度较大，至今未见报道。课题组提出了去壳单次散射反照率光谱线性分解的方法，较好地解决了上述问题，可定量反演各种蚀变矿物以及无吸收特征矿物的绝对含量。王润生说，航空物探遥感中心课题组利用新疆东天山土墩矿区HyMap数据进行了试验，提取了绢云母、滑石、蛇纹石、绿泥石、绿帘石、方解石、无吸收特征矿物的含量分布，并以USGS矿物标准光谱库、矿物相对含量、野外地质调查结果为基础对反演结果进行了验证分析，以反演结果为依据初步分析了热液运移，圈出两个热液蚀变中心与热液运移通道，表明上述方法可用于提取矿物的空间分布，为分析矿床成因提供支撑信息。

高光谱遥感技术仍需要进一步提高，高光谱遥感技术的应用范围还需要继续扩大，高光谱遥感技术的发展之路依旧漫长。今后，王润生教授课题组将继续以国际研究前沿为导向，以技术的工程化应用为基础，发展我国高光谱矿物填图事业，力争将更多更好的方法和技术奉献于我国的国土资源事业。

论文专著：

出版的专著:《遥感岩矿信息提取基础与技术方法研究》 甘甫平，王润生著 地质出版社 ， 2004　

发表的论文:

1. 高光谱遥感影像矿物自动识别与应用 周强，甘甫平,王润生,陈建平 第4期,总第66期国 土 资 源 遥 感No.4,2005

2. 用卫星高光谱数据提取江西德兴铜矿矿山废水的pH值污染指标 刘圣伟;甘甫平;王润生 《地质通报》2003年Z1期

3. 桐柏山—大别山地区物化探资料的图像处理和地质构造分析 --- 邹宗濂,王润生 《物探与化探》 2000年06期

4. 基于谱学的成像光谱遥感技术发展与应用 张宗贵 王润生 《国土资源遥感》2000年 第03期目录

5. 高光谱遥感信息提取与地质应用前景—以青藏高原为试验区 甘甫平 王润生 《国土资源遥感》2000年 第03期目录

6. 遥感色调异常分析的协同优化策略 王润生; 丁谦; 张幼莹; 杨苏明; 中国地质大学学报> 1999年5期

7. 基于小波分析的成像光谱图像随机点噪声消除 郭小方 王润生 遥感学报 >> 1999年3卷3期

8. 基于特征谱带的高光谱遥感矿物谱系识别 甘甫平,王润生,马蔼乃

荣誉奖励：

成像光谱方法技术开发应用研究 获国土资源科学技术一等奖