2025年大學(xué)《地球信息科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——衛(wèi)星遙感技術(shù)在礦井破壞監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述電磁波譜中可見光、近紅外、短波紅外和熱紅外波段各自的主要特點(diǎn)及其在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的不同應(yīng)用潛力。2.簡(jiǎn)述合成孔徑雷達(dá)（SAR）圖像干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)的基本原理，并說明其在監(jiān)測(cè)毫米級(jí)地表形變方面的優(yōu)勢(shì)。3.礦井開采可能導(dǎo)致地表出現(xiàn)哪些主要的物理變形現(xiàn)象？簡(jiǎn)述利用多期光學(xué)衛(wèi)星影像進(jìn)行地表變化檢測(cè)的基本思路。4.簡(jiǎn)述數(shù)字高程模型（DEM）差分技術(shù)在監(jiān)測(cè)區(qū)域性地面沉降或抬升方面的基本原理及其應(yīng)用流程。二、論述題（每題10分，共40分）1.論述利用雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)進(jìn)行礦井地表形變監(jiān)測(cè)時(shí)，可能遇到的主要誤差來源及其相應(yīng)的處理方法。2.結(jié)合你所學(xué)的遙感知識(shí)，論述衛(wèi)星遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)礦井周邊地質(zhì)災(zāi)害（如滑坡、地面裂縫）方面的應(yīng)用能力、局限性以及改進(jìn)方向。3.設(shè)計(jì)一個(gè)利用高分辨率光學(xué)衛(wèi)星影像和雷達(dá)數(shù)據(jù)，對(duì)某煤礦采空區(qū)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)的方案。請(qǐng)簡(jiǎn)述監(jiān)測(cè)目標(biāo)、數(shù)據(jù)選擇依據(jù)、主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理與分析方法以及成果表達(dá)方式。4.試論述將無人機(jī)遙感技術(shù)（特別是多光譜和高光譜）與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合，在礦井破壞監(jiān)測(cè)中可能帶來的優(yōu)勢(shì)，并舉例說明其具體應(yīng)用場(chǎng)景。三、應(yīng)用分析題（每題15分，共30分）1.某礦區(qū)近期因開采活動(dòng)導(dǎo)致周邊部分建筑物出現(xiàn)開裂、傾斜現(xiàn)象。假設(shè)你手頭獲取了該區(qū)域覆蓋此次開采活動(dòng)前后（例如一年內(nèi)）的多期SAR影像和同期高分辨率光學(xué)影像。請(qǐng)闡述你將如何利用這些數(shù)據(jù)，分析判斷地表變形的范圍、程度、速率，并嘗試區(qū)分變形的主要誘因（是開采引起的沉降還是其他因素）。2.假設(shè)你需要評(píng)估某礦井閉坑后土地復(fù)墾項(xiàng)目的效果，要求利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)復(fù)墾前后地表覆蓋的變化、地形恢復(fù)情況以及植被生長(zhǎng)狀況。請(qǐng)說明你將選擇哪些類型的遙感數(shù)據(jù)（光學(xué)、雷達(dá)等），需要提取哪些關(guān)鍵信息，并簡(jiǎn)述分析評(píng)價(jià)的具體步驟和方法。試卷答案一、簡(jiǎn)答題1.答案：可見光波段（0.4-0.7μm）波長(zhǎng)短，分辨率高，色彩豐富，適用于地表覆蓋分類、地表紋理細(xì)節(jié)提??；近紅外波段（0.7-1.1μm）對(duì)植被水分敏感，植被與土壤反差大，適用于植被監(jiān)測(cè)；短波紅外波段（1.1-3μm）對(duì)土壤礦物質(zhì)信息敏感，可用于地質(zhì)填圖、礦物識(shí)別；熱紅外波段（>3μm）探測(cè)地物自身發(fā)射的熱輻射，與地物溫度相關(guān)，適用于夜間監(jiān)測(cè)、熱慣量法形變監(jiān)測(cè)、火災(zāi)檢測(cè)。應(yīng)用潛力上，可見光和近紅外主要用于地表覆蓋和植被信息提取，短波紅外用于地質(zhì)環(huán)境精細(xì)識(shí)別，熱紅外用于溫度異常和間接形變監(jiān)測(cè)。解析思路：考察對(duì)不同波段電磁波特性及其在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用方向的理解。需明確各波段波長(zhǎng)范圍，并闡述其主要物理特性（如顏色感知、水分敏感性、礦物敏感性、溫度相關(guān)性），然后結(jié)合地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)需求（地物識(shí)別、覆蓋分類、形變探測(cè)等），說明其相應(yīng)的應(yīng)用潛力。2.答案：InSAR技術(shù)基本原理是利用SAR衛(wèi)星對(duì)同一地表目標(biāo)在不同時(shí)間、不同位置的兩次或多次成像，通過處理兩幅影像的相位信息，干涉生成合成干涉圖（InSAR圖），該圖包含了地表后向散射信號(hào)的相位和強(qiáng)度變化，其中相位變化與視線向（Range）地表位移密切相關(guān)。其優(yōu)勢(shì)在于能利用衛(wèi)星對(duì)大范圍區(qū)域進(jìn)行周期性、大范圍、高精度（可達(dá)毫米級(jí)）的地表形變監(jiān)測(cè)，尤其適合監(jiān)測(cè)緩慢、微小的形變，且不受光照和天氣條件限制。解析思路：考察InSAR技術(shù)的基本原理和優(yōu)勢(shì)。原理部分要說明其核心是利用兩次成像的相位差，并指出相位差與視線向位移的關(guān)聯(lián)。優(yōu)勢(shì)部分需強(qiáng)調(diào)其監(jiān)測(cè)范圍廣、精度高（毫米級(jí)）、不受光照天氣限制等特點(diǎn)。3.答案：礦井開采可能導(dǎo)致的地表物理變形現(xiàn)象包括：地面沉降（形成沉降盆地）、地表裂縫、滑坡、地裂縫、建筑物變形等。利用多期光學(xué)衛(wèi)星影像進(jìn)行變化檢測(cè)的基本思路是：獲取覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)同一地表目標(biāo)的多期高分辨率光學(xué)影像；對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理（輻射校正、幾何精校正）；采用圖像差分、主成分分析（PCA）、變化矢量分析（CVA）或面向?qū)ο笞兓瘷z測(cè)等方法，提取影像間的差異信息；閾值分割或分類，將差異信息轉(zhuǎn)化為變化區(qū)域和未變化區(qū)域；對(duì)變化區(qū)域進(jìn)行信息提取和特征識(shí)別（如沉降范圍、裂縫位置形態(tài)等）；結(jié)合地理信息進(jìn)行空間分析和統(tǒng)計(jì)。解析思路：考察對(duì)礦井地表常見變形現(xiàn)象的列舉能力以及基于光學(xué)影像進(jìn)行變化檢測(cè)的基本流程。需先列舉典型現(xiàn)象，然后清晰、有條理地闡述從數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、變化檢測(cè)方法選擇、信息提取到結(jié)果分析的全過程。4.答案：DEM差分技術(shù)監(jiān)測(cè)地面沉降或抬升的基本原理是：獲取覆蓋研究區(qū)同一范圍的多期數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)；計(jì)算兩期DEM之間的差值，即DEM差分圖（ΔDEM）；ΔDEM圖中，正值通常代表該區(qū)域地面抬升，負(fù)值代表地面沉降或高程降低；根據(jù)ΔDEM值的大小和分布，分析地面變形的范圍、程度和趨勢(shì)。應(yīng)用流程包括：選擇合適的DEM數(shù)據(jù)源和獲取時(shí)間；進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)預(yù)處理（如格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系統(tǒng)一、重采樣等）；計(jì)算兩期DEM差值；對(duì)ΔDEM結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、空間可視化和解譯，評(píng)估地面沉降或抬升情況。解析思路：考察DEM差分技術(shù)在形變監(jiān)測(cè)中的原理和應(yīng)用流程。原理部分要說明是通過計(jì)算兩期DEM的差值來反映高程變化。應(yīng)用流程需涵蓋數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、差值計(jì)算、結(jié)果分析等關(guān)鍵步驟。二、論述題1.答案：InSAR技術(shù)的主要誤差來源包括：大氣延遲（由大氣中的干濕氣體引起信號(hào)傳播速度和路徑的延遲）、地形延遲（信號(hào)從目標(biāo)區(qū)到接收器的路徑因地形起伏而不同）、相干性損失（由地表散射特性變化、傳感器姿態(tài)變化、大氣擾動(dòng)等引起）、大氣散射延遲、軌道和姿態(tài)誤差、時(shí)間失相等。處理方法：利用差分干涉測(cè)量（DInSAR）或小基線干涉測(cè)量（SBAS）技術(shù)可以消除大部分與平臺(tái)相關(guān)的誤差和部分大氣延遲；通過精確的衛(wèi)星軌道和姿態(tài)產(chǎn)品可以修正部分誤差；利用輻射定標(biāo)和大氣校正產(chǎn)品可以部分補(bǔ)償大氣影響；選擇合適的入射角和觀測(cè)幾何可以維持較好的相干性；結(jié)合其他數(shù)據(jù)源（如GPS、水準(zhǔn)測(cè)量）進(jìn)行聯(lián)合反演或誤差標(biāo)定。解析思路：考察對(duì)InSAR誤差來源的全面認(rèn)知和處理方法的了解。需先盡可能多地列出主要的誤差類型，并簡(jiǎn)述其成因。然后針對(duì)每種或幾類主要誤差，提出相應(yīng)的、主流的處理技術(shù)或方法。2.答案：衛(wèi)星遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)礦井周邊地質(zhì)災(zāi)害方面的應(yīng)用能力體現(xiàn)在：宏觀監(jiān)測(cè)能力強(qiáng)，可覆蓋大范圍區(qū)域；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)周期性，可實(shí)現(xiàn)變化過程的追蹤；非接觸式探測(cè)，安全性高；多源數(shù)據(jù)（光學(xué)、雷達(dá)、InSAR）可提供不同信息維度（如地表形態(tài)、紋理、形變）。局限性在于：光學(xué)遙感受光照和云雨天氣影響大，雷達(dá)雖然全天候但分辨率可能受限；對(duì)于微小或深層次的地質(zhì)災(zāi)害早期預(yù)警能力有限；遙感影像解譯需要專業(yè)知識(shí)，對(duì)地表覆蓋復(fù)雜區(qū)識(shí)別難度大；難以直接獲取地質(zhì)災(zāi)害內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。改進(jìn)方向：發(fā)展高分辨率、高靈敏度傳感器；融合多源、多時(shí)相數(shù)據(jù)（如光學(xué)+雷達(dá)+InSAR+無人機(jī)）；應(yīng)用人工智能技術(shù)進(jìn)行智能解譯和變化檢測(cè)；結(jié)合GIS和地面調(diào)查進(jìn)行信息提取和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。解析思路：考察對(duì)遙感技術(shù)在該領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)的辯證認(rèn)識(shí)。優(yōu)勢(shì)部分需從覆蓋范圍、監(jiān)測(cè)頻率、探測(cè)方式、數(shù)據(jù)類型多樣性等方面論述。劣勢(shì)部分需指出受天氣、分辨率、對(duì)微小災(zāi)害敏感性、解譯難度等限制。改進(jìn)方向則應(yīng)著眼于技術(shù)發(fā)展（更高清、多源融合）、智能化以及與地面調(diào)查的結(jié)合。3.答案：監(jiān)測(cè)目標(biāo)：評(píng)估采空區(qū)地表穩(wěn)定性，監(jiān)測(cè)變形范圍、速率和趨勢(shì)，識(shí)別潛在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估土地復(fù)墾效果。數(shù)據(jù)選擇依據(jù)：選用覆蓋整個(gè)采空區(qū)及周邊區(qū)域的長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)。光學(xué)數(shù)據(jù)：選擇高分辨率（如2-5米）光學(xué)衛(wèi)星影像（Landsat,Sentinel-2,高分系列等），用于獲取地表覆蓋信息、地形細(xì)節(jié)、裂縫紋理、植被生長(zhǎng)狀況，并進(jìn)行多期變化檢測(cè)。雷達(dá)數(shù)據(jù)：選擇具有高相干性的SAR影像（如Sentinel-1,ALOS-PALSAR），用于高精度（毫米級(jí)）地表形變監(jiān)測(cè)（InSAR），尤其適合監(jiān)測(cè)隱蔽區(qū)域和惡劣天氣下的形變。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容：地表沉降盆地的范圍和深度變化；地表裂縫的分布、長(zhǎng)度、寬度、走向及演化；地表變形速率的空間分布；植被恢復(fù)情況；與開采活動(dòng)相關(guān)的其他次生災(zāi)害（滑坡、崩塌等）。數(shù)據(jù)處理與分析方法：對(duì)光學(xué)影像進(jìn)行幾何精校正和正射校正；利用變化檢測(cè)算法（如影像差分、PCA/CVA）提取地表變化信息；利用SAR影像進(jìn)行DInSAR或SBAS分析，獲取區(qū)域形變場(chǎng)；利用GIS進(jìn)行空間疊加分析，評(píng)估變形與地質(zhì)構(gòu)造、開采關(guān)系；結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和精度評(píng)估。成果表達(dá)方式：制作多期遙感影像對(duì)比圖、地表變化分布圖、地表形變速率圖、三維立體圖；編寫監(jiān)測(cè)報(bào)告，總結(jié)變形特征、速率、趨勢(shì)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。解析思路：考察設(shè)計(jì)一個(gè)綜合監(jiān)測(cè)方案的能力。需圍繞監(jiān)測(cè)目標(biāo)，合理選擇數(shù)據(jù)類型（光學(xué)+雷達(dá)），明確具體的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，設(shè)計(jì)清晰的數(shù)據(jù)處理流程（包括變化檢測(cè)、形變分析等），并規(guī)劃好成果的表達(dá)形式。4.答案：無人機(jī)遙感與衛(wèi)星遙感相結(jié)合在礦井破壞監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)在于：兩者數(shù)據(jù)互補(bǔ)，可形成空間分辨率、時(shí)間分辨率和覆蓋范圍上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。具體優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：高分辨率光學(xué)/多光譜/高光譜無人機(jī)數(shù)據(jù)，可精細(xì)識(shí)別地表微小裂縫、植被異常、建筑物損壞等細(xì)節(jié)；衛(wèi)星遙感（如光學(xué)、雷達(dá)）可提供大范圍、周期性的宏觀監(jiān)測(cè)，覆蓋偏遠(yuǎn)或交通不便區(qū)域；融合兩者數(shù)據(jù)，可進(jìn)行更全面、更準(zhǔn)確的地表信息提取和變化監(jiān)測(cè)。具體應(yīng)用場(chǎng)景舉例：利用無人機(jī)高頻次獲取礦區(qū)近景高分辨率影像，結(jié)合衛(wèi)星遙感進(jìn)行大范圍動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和變化趨勢(shì)分析；利用無人機(jī)高光譜數(shù)據(jù)識(shí)別礦區(qū)土壤污染或植被脅迫異常；利用無人機(jī)傾斜攝影與衛(wèi)星影像結(jié)合進(jìn)行礦區(qū)三維模型重建與變化監(jiān)測(cè)；在InSAR分析中，無人機(jī)可獲取地面控制點(diǎn)或輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行精化處理。解析思路：考察對(duì)不同遙感平臺(tái)數(shù)據(jù)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)以及數(shù)據(jù)融合的思路。需先闡述兩者結(jié)合帶來的互補(bǔ)性優(yōu)勢(shì)（空間、時(shí)間、光譜），然后具體舉例說明這種結(jié)合如何提升監(jiān)測(cè)能力，并列舉幾個(gè)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景。三、應(yīng)用分析題1.答案：利用SAR影像分析：對(duì)獲取的多期SAR影像進(jìn)行輻射校正和幾何精校正。采用DInSAR技術(shù)計(jì)算差分干涉圖（DIF），分析視線向（沿飛行方向）地表形變信息，正值區(qū)域?yàn)樘?，?fù)值區(qū)域?yàn)槌两?。關(guān)注負(fù)值區(qū)域的變化范圍和強(qiáng)度變化，判斷沉降范圍和程度。利用SmallBaselineSubset(SBAS)或DInSAR/SmallBaselineSubset(DInSAR/SBAS)技術(shù)進(jìn)行時(shí)間序列分析，計(jì)算地表形變速率，評(píng)估變形活躍程度。分析變化區(qū)域的空間分布特征，結(jié)合礦井開采位置和開采歷史，判斷變形與開采活動(dòng)的關(guān)聯(lián)性。利用高分辨率光學(xué)影像進(jìn)行驗(yàn)證，通過目視解譯或變化檢測(cè)，識(shí)別地表裂縫、建筑物變形等直觀的形變現(xiàn)象，并與SAR結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。若條件允許，可結(jié)合地面GPS或水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證和結(jié)果標(biāo)定。解析思路：考察綜合運(yùn)用SAR技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。需明確SAR數(shù)據(jù)處理的主要流程，重點(diǎn)突出DInSAR和SBAS技術(shù)在形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，闡述如何通過分析形變結(jié)果（范圍、強(qiáng)度、速率）并結(jié)合其他信息（光學(xué)影像、礦井信息）進(jìn)行原因分析和結(jié)論推斷。2.答案：選擇數(shù)據(jù)：獲取復(fù)墾前、復(fù)墾后（如一年、三年等）覆蓋評(píng)估區(qū)域的高分辨率光學(xué)衛(wèi)星影像（如Landsat,Sentinel-2,高分系列），用于地表覆蓋分類和地形變化分析；同時(shí)獲取覆蓋該區(qū)域的SAR影像（如Sentinel-1），用于高精度地形變化監(jiān)測(cè)和不受天氣影響的監(jiān)測(cè)。如果需要監(jiān)測(cè)植被恢復(fù)，可考慮選擇多光譜或高光譜無人機(jī)影像。數(shù)據(jù)處理與分析：對(duì)光學(xué)和SAR影像進(jìn)行預(yù)處理（輻射校正、幾何精校正/正射校正）。利用光學(xué)影像進(jìn)行地表覆蓋分類，提取復(fù)墾前后主要地類（如耕地、林地、草地、建筑用地、裸地等）的變化，計(jì)算變化面積和類型。利用DEM差分技術(shù)（獲取覆蓋前后DEM），計(jì)算區(qū)域性地形抬升或沉降量，評(píng)估地形恢復(fù)程度。利用SAR影像的DInSAR或SBAS技術(shù)，監(jiān)測(cè)地表微小形變，評(píng)估地表穩(wěn)定性。如果使用無人機(jī)高光譜數(shù)據(jù)，可計(jì)算植被指數(shù)（如NDVI），分析植被