一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法

技术领域

本发明属于遥感地质领域，具体涉及一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法。

背景技术

地表油气信息探测在资源、环境、城市建设、应急救援等多个领域均具有重要意义。在资源领域，地表油气探测可为寻找深部隐伏油气田和沥青矿等资源提供线索；在环境领域，地表油气探测可追索油气管线泄漏源头，快速圈定油气污染范围，还能对石油化工产品(如塑料膜等)产生的污染进行识别；在城市建设领域，能对人工橡胶草地、各类油漆涂抹物进行识别；在应急救援领域，能对海上遇难船只和失事飞机泄漏的油料进行追踪，从而快速确定失事地点。

当前进行地表油气探测的方法主要有地表直接探测法、航空器探测法和航天器探测法。地表直接探测法探测精度高，但范围小，航空器具有较大的空间探测范围和较高的探测精度，但对于广袤地区(如海洋)和未探索区域(如我国西部大面积的戈壁和荒漠)的探测能力较为有限，且成本较高。相比而言，航天器，如遥感卫星，具有探测速度快、面积大、时效性高、价格便宜等诸多优势，且不受地形、国界等因素的影响，是在广袤地区和未探索区域开展油气探测最佳的技术方法。

遥感卫星探测地表油气信息国内外均开展了大量研究，可以分为两种：第一种是利用目视解译的方法，通过图像颜色和形状对地表油气地物进行识别，这种方法优点在于操作简便，缺点在于效率低下；第二种是利用油气地物光谱特征进行自动识别，其识别速度明显优于前一种方法，但会受到光谱分辨率和空间分辨率等因素的影响。当前高光谱卫星，如Hyperion、GF-5等虽然能精细反映地表油气地物的光谱特征，最大程度排除异物同谱作用影响，但空间分辨率较低(30m)，只能识别具有一定面积的含油气地物，对于小尺度地表油气信息识别较差；而高分辨率卫星，如Worldview、Spot等虽然空间分辨率高(0.5m、1-4m)但光谱分辨率低，易受非油气地物的干扰，且在油气相关吸收谱段(1730nm)没有探测能力。

近年来，随着我国航天事业的蓬勃发展，多类型国产卫星逐步投入使用，其中不乏各类特种卫星。这些卫星设有特殊的波段接收能力，在保证高空间分辨率前提下，能接受特定波长的光信号，为遥感卫星进行地表油气探测提供了新的硬件支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法，该方法能够对小尺度地表油气信息进行识别，同时识别准确度及识别效率高、探测范围广、探测速度快。

实现本发明目的的技术方案：

一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法，所述方法包括：

步骤1，遥感数据准备；

步骤2，选择特征波段；

步骤3，主成分分析；

步骤4，植被异常信息去除；

步骤5，粘土信息去除；

步骤6，设置密度分割阈值；

步骤7，野外查证；

步骤8，阈值修正。

所述步骤1中遥感数据包括：红波段、近红波段、油气强反射波段、油气强吸收波段、粘土强吸收波段的信息。

所述步骤2中选择的特征波段为油气强反射波段、油气强吸收波段。

所述步骤1中遥感数据包括：640nm、820nm、1660nm、1730nm、2210nm、2260nm、2330nm七个波段的信息，所述步骤2中选择的特征波段为1660nm、1730nm、2260nm、2330nm四个波段。

所述步骤3具体为：对步骤2选择的特征波段进行主成分分析，获得PC1、PC2、PC3、PC4四个主成分和四个主成分对应的特征向量E1、E2、E3、E4，从PC1、PC2、PC3、PC4中选出一个主成分，保证该主成分对应的四个特征向量E1、E2、E3、E4的符号为+、-、+、-或-、+、-、+，该主成分记为PCn，n等于1、2、3或4，当E1、E2、E3、E4符号为+、-、+、-时，令PCn＝PCn，当E1、E2、E3、E4符号为-、+、-、+时，令PCn＝-PCn。

所述步骤4具体为：利用640nm和820nm两个波段的反射率值计算植被指数TI，设置植被指数阈值TIb＝0.1，将TI值大于TIb处的像元位置设为掩模TIm，并利用TIm掩蔽PCn令TIm掩蔽的像元值为0。

所述步骤5具体为：利用2210nm和2260nm两个波段的反射率值计算粘土指数CI，设置粘土指数阈值CIb＝0.3，将CI值大于CIb处的像元位置设为掩模CIm，并利用CIm掩蔽PCn令CIm掩蔽的像元值为0。

所述步骤6具体为：根据野外查证的情况，设置密度分割阈值c(c>0)，令PCn大于c的值为1，小于c的值为0。

所述步骤7具体为：野外针对PCn>c的地区开展正样本和负样本查证，其中正样本为含油气地物，负样本为不含油气地物。

所述步骤8具体为：如正样本未被包含在PCn>c所属区域之内，则减小c值重新计算，如负样本未被排除在PCn>c所属区域之外，则增大c值重新计算，直到正样本全部被包含在PCn>c所属区域之内，并且负样本被全部排除在PCn>c所属区域之外为止；此时的c值为修正后的密度分割阈值，包含在PCn>c所属区域之内的为含油气地物。

本发明的有益技术效果在于：

1、本发明提供的一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法相比传统高光谱卫星油气信息识别方法，能对地表小尺度目标(1-2m)进行识别。

2、本发明提供的一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法相比传统高分辨率卫星油气信息识别方法，能有效避免异物同谱作用干扰，提高识别准确度。

3、本发明提供的一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法相比地表和航空器探测，具有更广的探测范围、更快的探测速度、更高的识别效率和更低廉的价格。

4、本发明提供的一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法针对新一代国产高空间分辨率特种卫星谱段参数，以我国西北部多个产油区为研究区，通过光谱模拟技术，开展了卫星遥感油气地物识别实验，取得良好效果。

附图说明

图1为本发明所提供的一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法，包括以下步骤：

步骤1，遥感数据准备；

遥感数据需要包含640nm、820nm、1660nm、1730nm、2210nm、2260nm、2330nm七个波段的信息。

640nm为红波段、820nm为近红波段、1660nm和2260nm为油气强反射波段、1730nm和2330nm为油气强吸收波段、2210nm为粘土强吸收波段。

步骤2，选择特征波段；

选择的特征波段是1660nm、1730nm、2260nm、2330nm四个波段。

1660nm和2260nm为油气强反射波段、1730nm和2330nm为油气强吸收波段。

步骤3，主成分分析；

对步骤2选择的特征波段(1660nm、1730nm、2260nm、2330nm四个波段)进行主成分分析，获得PC1、PC2、PC3、PC4四个主成分和四个主成分对应的特征向量E1、E2、E3、E4，从PC1、PC2、PC3、PC4中选出一个主成分，保证该主成分对应的四个特征向量E1、E2、E3、E4的符号为+、-、+、-或-、+、-、+，该主成分记为PCn(n可能等于1、2、3或4，视E1、E2、E3、E4符号而定)，当E1、E2、E3、E4符号为+、-、+、-时，令PCn＝PCn，当E1、E2、E3、E4符号为-、+、-、+时，令PCn＝-PCn。(式中的“＝”为赋值符号)

步骤4，植被异常信息去除；

利用640nm和820nm两个波段的反射率值计算植被指数TI，设置植被指数阈值TIb＝0.1，将TI值大于TIb处的像元位置设为掩模TIm，并利用TIm掩蔽PCn令TIm掩蔽的像元值为0(后续计算过程中0乘以任何数的结果都为0)。

植被指数TI的计算公式为：

TI＝(820nm波段的反射率值-640nm波段的反射率值)/(820nm波段的反射率值+640nm波段的反射率值)。

步骤5，粘土信息去除；

利用2210nm和2260nm两个波段的反射率值计算粘土指数CI，设置粘土指数阈值CIb＝0.3，将CI值大于CIb处的像元位置设为掩模CIm，并利用CIm掩蔽PCn令CIm掩蔽的像元值为0(后续计算过程中0乘以任何数的结果都为0)

粘土指数CI的计算公式为：

CI＝(2260nm波段的反射率值-2210nm波段的反射率值)/(2260nm波段的反射率值+2210nm波段的反射率值)。

步骤6，设置密度分割阈值；

根据野外查证的情况，设置密度分割阈值c(c>0)，令PCn大于c的值为1，小于c的值为0。

步骤7，野外查证；

野外针对PCn>c的地区开展正样本和负样本查证，其中正样本为含油气地物，负样本为不含油气地物。

步骤8，阈值修正。

如正样本未被包含在PCn>c所属区域之内，则减小c值重新计算，如负样本未被排除在PCn>c所属区域之外，则增大c值重新计算，直到正样本全部被包含在PCn>c所属区域之内，并且负样本被全部排除在PCn>c所属区域之外为止。此时的c值为修正后的密度分割阈值，包含在PCn>c所属区域之内的为含油气地物。

实施例1

本发明提供的一种利用遥感卫星提取地表油气信息的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，遥感数据准备；

准备包含640nm、820nm、1660nm、1730nm、2210nm、2260nm、2330nm七个波段信息的遥感数据。

步骤2，选择特征波段；

选择1660nm、1730nm、2260nm、2330nm四个波段作为特征波段。

步骤3，主成分分析；

对四个特征波段进行主成分分析，获得PC1、PC2、PC3、PC4四个主成分和四个主成分对应的特征向量E1、E2、E3、E4，其中第三主成分PC3的符号为-、+、-、+，则PCn＝-PC3。

步骤4，植被异常信息去除；

利用640nm和820nm两个波段的反射率值计算植被指数TI，TI＝(820nm波段的反射率值-640nm波段的反射率值)/(820nm波段的反射率值+640nm波段的反射率值)，设置阈值TIb＝0.1，将TI值大于TIb处的像元位置设为掩模TIm，并利用TIm掩蔽PCn令TIm掩蔽的像元值为0。

步骤5，粘土信息去除；

利用2210nm和2260nm两个波段的反射率值计算粘土指数CI，CI＝(2260nm波段的反射率值-2210nm波段的反射率值)/(2260nm波段的反射率值+2210nm波段的反射率值)，设置阈值CIb＝0.3，将CI值大于CIb处的像元位置设为掩模CIm，并利用CIm掩蔽PCn令CIm掩蔽的像元值为0。

步骤6，设置密度分割阈值；

设置密度分割阈值c＝0.2，令PCn大于c的值为1，小于c的值为0。

步骤7，野外查证；

野外针对PCn>c＝0.2的地区开展正样本和负样本查证，其中正样本为地表油污、油砂、裸露的油页岩、沥青等，负样本为砂岩、岩浆岩、泥岩、水泥路、砖瓦房等。

步骤8，阈值修正。

发现有砂岩未被排除在PCn>0.2所属区域之外，因砂岩是负样本，因此增大c值为0.25重新划分区域，最终将砂岩排除在PCn>0.2所属区域之外。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。