科學(xué)研究：
 

◆巖石、礦物的反射波譜分析技術(shù)

在巖石、礦物的反射波譜分析方面，王潤(rùn)生將逐步判別分析和典型變換分析方法引入到地面波譜數(shù)據(jù)的處理中，用于選擇區(qū)分不同巖性的最佳波段組合，并根據(jù)遙感方程，推導(dǎo)了逐步判別和典型變換的空地改正系數(shù)，使地面波譜的分析結(jié)果可以應(yīng)用直接用于多光譜遙感的圖像處理和信息提取中。在遙感圖像處理和信息提取方面，他根據(jù)遙感地質(zhì)信息的間接性、隱含性、模糊性和時(shí)空疊加性，提出了遙感地質(zhì)信息場(chǎng)理論，認(rèn)為遙感圖像記錄的信息是由不同時(shí)期、層次、尺度、來(lái)源、不同表現(xiàn)形式的地球活動(dòng)信息以及后生自然和人為改造信息的復(fù)合和疊加，形成遙感地質(zhì)信息場(chǎng)。遙感地質(zhì)數(shù)據(jù)處理的任務(wù)就是通過(guò)處理、分析和演繹，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的分離，提取出能指示目標(biāo)地質(zhì)特征的標(biāo)志信息，實(shí)現(xiàn)了遙感數(shù)據(jù)—地質(zhì)指示標(biāo)志—目標(biāo)地質(zhì)特征的轉(zhuǎn)換或關(guān)聯(lián)。

◆成像光譜礦物填圖技術(shù)

礦物識(shí)別與礦物填圖是成像光譜最成功的也是最能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域。王潤(rùn)生研究分析了礦物光譜的變化規(guī)律，評(píng)價(jià)了光譜參量的敏感性與穩(wěn)定性，提出了建立礦物識(shí)別譜系的思想。參照或借鑒礦物學(xué)的分類方法，在可見-反射紅外光譜區(qū)間，分別以主要吸收譜帶、譜帶組合特征、譜帶精細(xì)特征和譜帶變異特征為基礎(chǔ)，對(duì)礦物依“礦物類—族—種—亞種”逐層進(jìn)行識(shí)別。根據(jù)主要譜帶的位置，適當(dāng)輔以一些次要特征，可較好地識(shí)別和區(qū)分含F(xiàn)e2+礦物、Fe3+礦物、Mn2+礦物、Al-OH鍵礦物、Mg-OH鍵礦物、碳酸鹽礦物、水合硫酸鹽礦物等7大類礦物；譜帶組合特征是識(shí)別和區(qū)分具體礦物族的重要指標(biāo)；根據(jù)礦物光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)和變異特征可進(jìn)一步地識(shí)別一些具體礦物種或礦物亞種，構(gòu)成了實(shí)際判別決策過(guò)程的樹狀結(jié)構(gòu)。可以看出，由類—族—種—亞種的識(shí)別決策中，所使用的特征的精細(xì)程度越來(lái)越高，但其在光譜中表現(xiàn)的明顯程度、穩(wěn)定性和診斷性逐漸降低，類別越分越細(xì)，但識(shí)別的可信度也逐漸減小。這樣，可將識(shí)別的不確定性和礦物的混淆基本限制在一定的層次上，從總體上提高了礦物識(shí)別的可信度，并提高了處理的自動(dòng)化水平和批量處理能力。目前，項(xiàng)目組已發(fā)展了20種以上礦物的識(shí)別規(guī)則，在新疆土屋地區(qū)的礦物填圖、河北赤城的金礦調(diào)查、西藏驅(qū)龍斑巖銅礦勘查等應(yīng)用中都取得了令人滿意的效果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了礦物填圖的主要環(huán)節(jié)中不同處理方法或模型的應(yīng)用條件和應(yīng)用效果；初步建立了干旱裸露區(qū)成像光譜礦物填圖技術(shù)體系；總結(jié)了一套較系統(tǒng)的干旱裸露區(qū)區(qū)域成像光譜礦物填圖的工作方法；提出了工程設(shè)施的主要工作步驟中應(yīng)遵循的工作準(zhǔn)則。使我國(guó)成像光譜礦物填圖技術(shù)迅速趕上世界先進(jìn)水平，并在可見光—反射紅外光譜區(qū)間干旱裸露區(qū)面積性礦物填圖方面，形成了較完整的實(shí)際生產(chǎn)能力。

◆植物成分和植物地球化學(xué)反演技術(shù)

在植物成分和植物地球化學(xué)反演方面，總結(jié)了不同長(zhǎng)勢(shì)的植物的光譜特征的變異規(guī)律；發(fā)展了區(qū)域尺度的成像光譜色素探測(cè)的定性或定量反演方法；研究了植物金屬含量、波譜特征和地球化學(xué)異常之間的相關(guān)關(guān)系，建立了工作區(qū)銅、鉛、鋅、砷、鉬等元素的植物地球化學(xué)回歸反演模型。

研究組積極開展礦物豐度識(shí)別、成分識(shí)別、植物地球化學(xué)探測(cè)和熱紅外礦物識(shí)別等方面的研究。進(jìn)一步擴(kuò)展和完善礦物識(shí)別譜系；大力提高識(shí)別的定量化和智能化水平；拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。

在科研中，王潤(rùn)生特別注重集思廣義，注重發(fā)揮集體的作用。他和他的研究組在上世紀(jì)80年代初期在國(guó)內(nèi)率先將地理信息系統(tǒng)（GIS）的理論和分析方法用于地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)綜合和礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)領(lǐng)域，提出、運(yùn)用和發(fā)展了圖像色度分析、相關(guān)矩陣分析、線性體分析、網(wǎng)絡(luò)分析、多元統(tǒng)計(jì)和模式識(shí)別等信息提取和數(shù)據(jù)融合方法，處理和綜合遙感、地質(zhì)、地形、地球物理和地球化學(xué)數(shù)據(jù)，建立了較系統(tǒng)的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)圖像分析、圖像綜合和科學(xué)可視化方法。

在多光譜遙感蝕變找礦信息的提取方面，他根據(jù)不同處理方法的物理前提、主要作用和應(yīng)用層次，總結(jié)出蝕變信息分析的多種方法協(xié)同工作的分層處理策略，提高了異常識(shí)別提取的能力和數(shù)據(jù)處理的規(guī)范化。

為了加速我國(guó)海洋地質(zhì)調(diào)查和油氣勘查，項(xiàng)目組及時(shí)將衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)應(yīng)用于海洋地質(zhì)構(gòu)造分析中，率先在國(guó)內(nèi)應(yīng)用衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)演繹海洋重力場(chǎng)，編制了南海和全中國(guó)海域1∶100萬(wàn)自由重力圖，彌補(bǔ)了敏感地區(qū)實(shí)地調(diào)查不便的困難。

　面對(duì)成績(jī)，項(xiàng)目組沒(méi)有忘記作為科技工作者的神圣使命。學(xué)術(shù)無(wú)止境，任重而道遠(yuǎn)。“十一五”項(xiàng)目尚未開展，作為帶頭人的王潤(rùn)生教授就已制定了這期間的遠(yuǎn)景規(guī)劃。他要更廣泛深入地開展高光譜礦物填圖技術(shù)的研究，擴(kuò)充礦物識(shí)別的種類，提高識(shí)別的可信度、定量化和智能化水平；另一方面，將進(jìn)一步擴(kuò)大研究領(lǐng)域，拓寬應(yīng)用范圍。要開展建立全譜段礦物識(shí)別可礦物填圖研究，要將礦物識(shí)別由以礦物的種類識(shí)別為主轉(zhuǎn)換到礦物豐度識(shí)別和礦物成分識(shí)別，要在使用地域上研究半植被覆蓋區(qū)的礦物填圖技術(shù)。在應(yīng)用領(lǐng)域上也將向油氣勘查、礦山污染調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測(cè)、土壤土質(zhì)調(diào)查、土質(zhì)退化（沙漠化和鹽堿化）監(jiān)測(cè)、以及行星地質(zhì)學(xué)和月質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域拓展。

◆高光譜遙感技術(shù)研究與應(yīng)用

中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心自1996年始，在原地質(zhì)礦產(chǎn)部、國(guó)土資源部、科技部、地質(zhì)調(diào)查局等部局的支持下，長(zhǎng)期專注于高光譜礦物填圖技術(shù)的開發(fā)及其在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用研究，經(jīng)過(guò)十幾年的努力，該技術(shù)水平開始迅速接近或趕上國(guó)際領(lǐng)先水平，部分技術(shù)已相對(duì)成熟，形成了一定的生產(chǎn)力。

1996年-1999年是高光譜遙感技術(shù)開發(fā)的準(zhǔn)備階段。在原地質(zhì)礦產(chǎn)部“九五”重點(diǎn)科研項(xiàng)目“成像光譜方法技術(shù)開發(fā)應(yīng)用研究”的支持下，中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心開始涉足這一高技術(shù)領(lǐng)域。在王潤(rùn)生教授的帶領(lǐng)下，課題組化了三年半的時(shí)間，利用美國(guó)Cuprite礦區(qū)的航空可見和紅外成像光譜儀AVIRIS數(shù)據(jù)以及河北崇禮-赤城地區(qū)MAIS數(shù)據(jù)，開展了蝕變礦物提取和礦物填圖方法試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了成像光譜一些常用數(shù)據(jù)處理和識(shí)別方法的實(shí)用性和有效性；發(fā)展了航空成像光譜數(shù)據(jù)輻射畸變校正和隨機(jī)噪聲的小波分析方法、圖像幾何畸變校正的相關(guān)匹配方法、基于礦物光譜變異和混合光譜知識(shí)的組合光譜特征匹配識(shí)別方法以及地物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析識(shí)別方法；開發(fā)了成像光譜數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)(ISDAPS)；在野外和實(shí)驗(yàn)室條件下，開展了巖礦光譜的影響因素和礦物混合光譜研究，測(cè)試了高嶺石、白云母、方解石、白云石、蒙托石、綠簾石、針鐵礦、磁鐵礦、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英等多種礦物組合的混合光譜共300余條，初步總結(jié)了礦物光譜變異規(guī)律；通過(guò)處理相關(guān)數(shù)據(jù)，在河北實(shí)驗(yàn)區(qū)圈出了一些金礦化蝕變異常，發(fā)現(xiàn)了數(shù)個(gè)可供進(jìn)一步工作的金礦化點(diǎn)。

該項(xiàng)目的完成為成像光譜技術(shù)的實(shí)用化以及技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)研究奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)研究，航空物探遙感中心進(jìn)一步明確了成像光譜實(shí)用化技術(shù)體系建立中尚須解決的關(guān)鍵問(wèn)題，認(rèn)識(shí)到了掌握各種礦物的波譜特征和變異規(guī)律是正確和有效識(shí)別礦物的基礎(chǔ)，單純依靠數(shù)學(xué)方法進(jìn)行礦物識(shí)別有較大的局限性；深入開展了礦物波譜變異規(guī)律的研究，進(jìn)一步明確了基于巖礦混合光譜和光譜變異知識(shí)的礦物識(shí)別、混合光譜分解和端元選擇方法是成像光譜技術(shù)實(shí)用化的必由之路。該項(xiàng)目確定了后續(xù)研究中需要解決的8大基礎(chǔ)性以及關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題：一是地物光譜特征研究和巖礦光譜數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)充；二是實(shí)用化成像光譜大氣輻射校正方法研究；三是基于巖礦混合光譜和光譜變異知識(shí)的組合光譜特征匹配識(shí)別方法的完善；四是巖礦混合光譜分解模型和基于巖礦混合光譜知識(shí)的端元選擇方法研究；五是金屬礦物誘導(dǎo)植物病變識(shí)別和地植物找礦方法研究；六是成像光譜地質(zhì)找礦應(yīng)用的實(shí)用化工作程式研究；七是產(chǎn)品化成像光譜數(shù)據(jù)分析處理軟件系統(tǒng)；八是遙感成因礦物學(xué)和找礦礦物學(xué)研究。王潤(rùn)生說(shuō)，這一階段的研究與積累為日后的研究指明了方向，是日后取得的諸多重要成果的基礎(chǔ)。

1999年-2002年是高光譜遙感技術(shù)的開發(fā)階段。 高光譜礦物填圖分為礦物種類填圖、礦物化學(xué)成分填圖、礦物含量填圖。礦物種類填圖回答的是“是什么”的問(wèn)題，礦物化學(xué)成分填圖回答的是“由什么元素組成”的問(wèn)題，礦化含量填圖回答的是“由什么礦物組成”的問(wèn)題，這三項(xiàng)技術(shù)的難度是依次增加的。

中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心高光譜課題組在系統(tǒng)地研究巖石和礦物光譜的影響因素、分析其變異特性、開展礦物混合光譜的實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)以及分析總結(jié)礦物混合光譜的變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，開發(fā)了“高光譜礦物分層識(shí)別譜系規(guī)則”，并申報(bào)了國(guó)家發(fā)明專利，建立了白云母、高嶺石、蒙脫石、綠泥石、綠簾石、蛇紋石、滑石、方解石、白云石等金屬礦床常見的蝕變礦物的識(shí)別與填圖規(guī)則。該方法原理與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，適合于技術(shù)的工程化與規(guī)模化應(yīng)用。

王潤(rùn)生教授課題組，他們?cè)谛陆畺|天山地區(qū)利用澳大利亞機(jī)載成像光譜儀HyMap開展了試驗(yàn)研究，填圖結(jié)果表明該方法礦物識(shí)別率（含量達(dá)到檢出限以上的地點(diǎn)被識(shí)別出的比率）為82%，識(shí)別準(zhǔn)確率（被識(shí)別出的地點(diǎn)的確存在該礦物的比率)達(dá)90%以上，填繪結(jié)果和有關(guān)圖件都已提交新疆地調(diào)院和當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)部門使用，受到了他們的普遍歡迎。

2002年-2005年是高光譜遙感技術(shù)的工程化應(yīng)用研究階段。在分析大氣、地面的非朗伯特性、太陽(yáng)-目標(biāo)-儀器的幾何關(guān)系、光譜分辨率、空間分辨率、信噪比等環(huán)境和技術(shù)參數(shù)對(duì)礦物識(shí)別的影響的基礎(chǔ)上，航空物探遙感中心總結(jié)了一套較系統(tǒng)而實(shí)用的干旱裸露區(qū)區(qū)域成像光譜礦物填圖的技術(shù)體系和工作方法，整個(gè)技術(shù)流程包括輻射標(biāo)定、大氣校正與光譜重建、航帶和跨航帶照度調(diào)整、礦物端元選擇、分航帶礦物識(shí)別、幾何校正、圖像鑲嵌與地理編碼、全區(qū)礦物分布圖的編制等基本步驟。

基于上述創(chuàng)新技術(shù)體系，航空物探遙感中心在新疆東天山地區(qū)利用澳大利亞機(jī)載成像光譜儀HyMap開展了試驗(yàn)研究，完成了1：5萬(wàn)約3000平方千米的礦物分布圖。除在地質(zhì)勘查中應(yīng)用研究之外，該技術(shù)還在礦山環(huán)境、植被微量元素探測(cè)方面同樣取得令人滿意的效果。在德興銅礦區(qū)，航空物探遙感中心利用航天Hyperion高光譜數(shù)據(jù)提取了水體、土壤以及污染植被的重金屬。通過(guò)這一分析，他們向世人揭示了，廢礦堆、堆浸場(chǎng)、采礦廠以及礦區(qū)的一些氧化富集帶中大量的貧銅廢礦以及黃鐵礦，尤其是黃鐵礦作為廢礦的主要組成成分，在富氧環(huán)境下極易褐鐵礦化，不僅造成了礦區(qū)鐵金屬污染而且也同時(shí)可能造成該區(qū)土壤和水域的酸化，而且使礦山趨于區(qū)域性的環(huán)境惡化，為礦山環(huán)境治理提供了一定的理論基礎(chǔ)。

2005年至今是高光譜遙感技術(shù)的深度開發(fā)階段。經(jīng)過(guò)上述三個(gè)階段的研究與積累，我國(guó)高光譜礦物填圖技術(shù)及應(yīng)用水平基本接近了國(guó)際領(lǐng)先水平，初步具備了規(guī)模化、工程化應(yīng)用的技術(shù)實(shí)力。然而，航遙中心高光譜課題組并未滿足于此，開始研究礦物化學(xué)成分、礦物含量定量反演等一些在國(guó)際上尚未成熟的領(lǐng)先技術(shù)，并取得了初步成果。

針對(duì)成像光譜礦物化學(xué)成分識(shí)別和礦物成因信息提取，航空物探遙感中心課題組探索并總結(jié)了絹云母和綠泥石等重要的熱液礦化蝕變礦物的光譜礦物成因?qū)W規(guī)律，建立了白云母和綠泥石類礦物的化學(xué)成分、地質(zhì)成因及相對(duì)含量變化與其巖礦光譜特征的定量關(guān)系模型。王潤(rùn)生教授課題組，利用該模型，通過(guò)對(duì)巖礦光譜數(shù)據(jù)的分析，可以較準(zhǔn)確地估計(jì)白云母和綠泥石礦物的化學(xué)成分、相對(duì)含量及其形成的溫壓條件，從而為成像光譜礦物填圖由單一的礦物種屬填圖發(fā)展到礦物綜合信息填圖提供了有效的方法途徑；

由于受礦物光譜非線性混合、光譜變異、無(wú)吸收特征礦物等三方面因素的影響，利用高光譜遙感數(shù)據(jù)定量反演礦物絕對(duì)含量的難度較大，至今未見報(bào)道。課題組提出了去殼單次散射反照率光譜線性分解的方法，較好地解決了上述問(wèn)題，可定量反演各種蝕變礦物以及無(wú)吸收特征礦物的絕對(duì)含量。王潤(rùn)生說(shuō)，航空物探遙感中心課題組利用新疆東天山土墩礦區(qū)HyMap數(shù)據(jù)進(jìn)行了試驗(yàn)，提取了絹云母、滑石、蛇紋石、綠泥石、綠簾石、方解石、無(wú)吸收特征礦物的含量分布，并以USGS礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜庫(kù)、礦物相對(duì)含量、野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證分析，以反演結(jié)果為依據(jù)初步分析了熱液運(yùn)移，圈出兩個(gè)熱液蝕變中心與熱液運(yùn)移通道，表明上述方法可用于提取礦物的空間分布，為分析礦床成因提供支撐信息。

高光譜遙感技術(shù)仍需要進(jìn)一步提高，高光譜遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍還需要繼續(xù)擴(kuò)大，高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展之路依舊漫長(zhǎng)。今后，王潤(rùn)生教授課題組將繼續(xù)以國(guó)際研究前沿為導(dǎo)向，以技術(shù)的工程化應(yīng)用為基礎(chǔ)，發(fā)展我國(guó)高光譜礦物填圖事業(yè)，力爭(zhēng)將更多更好的方法和技術(shù)奉獻(xiàn)于我國(guó)的國(guó)土資源事業(yè)。