2025年大學(xué)《地球物理學(xué)》專業(yè)題庫——地球物理學(xué)在遙感圖像處理中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在利用航空電磁系統(tǒng)探測地下良導(dǎo)體時，若要增大探測深度，應(yīng)選擇的飛行參數(shù)組合是？A.低頻率、低高度B.高頻率、高高度C.低頻率、高高度D.高頻率、低高度2.衛(wèi)星磁力數(shù)據(jù)主要用于直接獲取以下哪種地球物理信息？A.地下電阻率分布B.地下密度分布C.地下巖層磁性分布D.地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)精細成像3.合成孔徑雷達（SAR）圖像的干涉測量（InSAR）技術(shù)，主要利用SAR信號的什么特性來獲取地表形變信息？A.亮度（后向散射強度）B.極化方式C.重復(fù)觀測時相間相位差D.波束寬度4.在處理遙感圖像時，幾何校正的主要目的是？A.去除圖像噪聲B.提高圖像對比度C.使圖像坐標系統(tǒng)一，實現(xiàn)精確定位D.改正圖像的顏色偏差5.高光譜遙感數(shù)據(jù)相比多光譜遙感數(shù)據(jù)，其主要優(yōu)勢在于？A.圖像分辨率更高B.獲取數(shù)據(jù)速度更快C.能提供更精細的地物光譜信息D.傳感器成本更低6.利用探地雷達（GPR）探測地下管線時，通常選擇哪種極化方式的雷達數(shù)據(jù)？A.HH（水平-水平）B.HV（水平-垂直）C.VH（垂直-水平）D.VV（垂直-垂直）7.地球物理反演的目的是什么？A.獲取遙感圖像B.采集地球物理數(shù)據(jù)C.從觀測數(shù)據(jù)中推斷地下的物理性質(zhì)或結(jié)構(gòu)D.對遙感圖像進行預(yù)處理8.電磁感應(yīng)法探測地下電導(dǎo)率時，接收線圈中的感應(yīng)電壓主要與什么因素成正比？A.發(fā)射線圈電流大小B.地下電導(dǎo)率C.發(fā)射線圈和接收線圈的互感D.探測深度9.影響衛(wèi)星磁力數(shù)據(jù)精度的主要因素之一是？A.衛(wèi)星平臺穩(wěn)定性B.地表巖石磁性C.大氣電離層擾動D.地球磁場模型精度10.遙感圖像的輻射定標是為了？A.校正圖像的幾何畸變B.將圖像的DN值轉(zhuǎn)換為地物真實的物理量（如輻射亮度或反射率）C.改變圖像的顏色分布D.壓縮圖像文件大小二、填空題（每空1分，共15分）1.遙感技術(shù)獲取地球物理信息的主要方式包括：______、______和______等。2.利用無人機平臺搭載磁力儀進行地球物理勘查，主要優(yōu)勢在于______和______。3.地球物理反演是一個通常需要迭代求解的______過程。4.SAR圖像的干涉測量（InSAR）技術(shù)對地表形變具有很高的______，可用于監(jiān)測______。5.將電磁感應(yīng)法數(shù)據(jù)視為一種______數(shù)據(jù)，可以通過反演方法估算地下電導(dǎo)率分布。6.高光譜遙感數(shù)據(jù)的光譜分辨率遠高于多光譜數(shù)據(jù)，這使得我們能夠更精細地識別地物的______。7.在進行航空電磁測量的數(shù)據(jù)處理時，需要考慮并消除______和______對測量結(jié)果的影響。8.遙感圖像的幾何校正通常包括輻射校正和______兩個主要步驟。9.利用InSAR技術(shù)監(jiān)測形變時，要求地表在兩次觀測期間保持______。10.地球物理參數(shù)（如磁化率、電導(dǎo)率）與遙感觀測數(shù)據(jù)之間存在一定的______關(guān)系，這是實現(xiàn)信息融合的基礎(chǔ)。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述利用雷達干涉測量（InSAR）技術(shù)獲取地表形變的原理。2.簡述在進行地球物理反演時，利用遙感數(shù)據(jù)作為約束條件的主要作用。3.簡述電磁法勘探中，選擇不同頻率電磁場進行探測時，其主要用于探測的地下深度范圍有何不同。4.簡述利用高光譜遙感數(shù)據(jù)估算地表介電常數(shù)的主要思路。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述地球物理信息如何通過遙感手段（或遙感數(shù)據(jù)及其產(chǎn)品）進行提取，并分析其主要途徑和面臨的挑戰(zhàn)。2.論述遙感圖像預(yù)處理（特別是輻射校正和幾何校正）在地球物理信息提取中的應(yīng)用重要性。3.結(jié)合具體地球物理勘查目標（如地下水探測、礦產(chǎn)資源勘查、工程地質(zhì)勘察），論述遙感技術(shù)（或地球物理遙感融合技術(shù)）的應(yīng)用潛力和局限性。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.B7.C8.B9.C10.B二、填空題1.磁學(xué)、電學(xué)、重力2.機動靈活、貼近地面3.優(yōu)化4.精度、災(zāi)害（或形變、沉降等）5.電磁6.光譜特征（或成分）7.磁場、電場8.幾何校正9.基本穩(wěn)定（或不變）10.相關(guān)（或統(tǒng)計）三、簡答題1.簡述利用雷達干涉測量（InSAR）技術(shù)獲取地表形變的原理。解析思路：InSAR利用兩景或多景SAR圖像之間相干干涉原理。對于同一地面目標點，由于衛(wèi)星兩次過境時相距較遠（幾天到幾年），地球自轉(zhuǎn)和大氣擾動等因素導(dǎo)致兩次成像幾何關(guān)系發(fā)生變化，使得來自該目標點的回波信號在相干域中產(chǎn)生相位差。通過計算大量地面散射單元的相位差，并進行差分處理，可以消除平地相干性，最終形成干涉相位圖。地表形變（如沉降、隆起）會改變散射單元到衛(wèi)星的視線距離，進而引起干涉相位的變化。通過相位解纏技術(shù)獲取連續(xù)的相位信息，并結(jié)合軌道和大氣校正數(shù)據(jù)，可以精確計算出地表在視線方向上的形變場。2.簡述在進行地球物理反演時，利用遙感數(shù)據(jù)作為約束條件的主要作用。解析思路：地球物理反演通常具有多解性，即多個不同的地下模型可以產(chǎn)生相同的觀測數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)（如地表電磁響應(yīng)、重力異常、地形數(shù)據(jù)、光學(xué)影像等）雖然不能直接提供地下物理參數(shù)，但可以提供關(guān)于地表及近地表環(huán)境的重要信息。利用這些遙感數(shù)據(jù)作為先驗信息或約束條件，可以：1）限制地下模型的可能范圍，排除不合理模型；2）提供地表物理參數(shù)的初始猜測值，加速反演收斂；3）提高反演結(jié)果的物理合理性和擬合優(yōu)度。例如，利用地表電阻率分布圖作為約束進行電磁反演，可以限定反演結(jié)果的橫向變化趨勢。3.簡述電磁法勘探中，選擇不同頻率電磁場進行探測時，其主要用于探測的地下深度范圍有何不同。解析思路：根據(jù)電磁感應(yīng)原理和地下介質(zhì)趨膚效應(yīng)，電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時，其衰減程度與頻率成反比，與導(dǎo)電率成正比，與探測深度（趨膚深度）的平方成正比。因此，低頻電磁場具有更強的穿透能力，主要用于探測深部導(dǎo)電體（如大型地下礦體、深部地下水富集區(qū)、地殼深部電性結(jié)構(gòu)）；高頻電磁場穿透能力較弱，衰減快，主要用于探測淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)、近地表污染、管線探測等。4.簡述利用高光譜遙感數(shù)據(jù)估算地表介電常數(shù)的主要思路。解析思路：地表介電常數(shù)是影響電磁波（如微波、雷達波）在介質(zhì)中傳播（如反射、折射、穿透）的關(guān)鍵參數(shù)，它與地表物質(zhì)的含水量、介觀結(jié)構(gòu)、成分等密切相關(guān)。高光譜遙感數(shù)據(jù)提供了一系列在可見光、近紅外、短波紅外和熱紅外波段的光譜信息。不同地物（如不同含水量的土壤、植被、巖石）的介電常數(shù)在不同波段對電磁波的相互作用表現(xiàn)不同，導(dǎo)致其反射光譜出現(xiàn)特征性差異。因此，可以通過建立地表介電常數(shù)與高光譜反射率之間的經(jīng)驗或半經(jīng)驗?zāi)Ｐ停ɡ脤嶒炇覝y量或野外實測數(shù)據(jù)進行回歸分析），根據(jù)遙感影像的光譜數(shù)據(jù)來估算地表介電常數(shù)分布。四、論述題1.論述地球物理信息如何通過遙感手段（或遙感數(shù)據(jù)及其產(chǎn)品）進行提取，并分析其主要途徑和面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：地球物理信息通過遙感手段提取主要依賴于地物與電磁波的相互作用規(guī)律。主要途徑包括：*直接觀測地球物理場：利用專門傳感器（如磁力計、重力儀、伽馬能譜儀）搭載于衛(wèi)星、飛機或無人機上，直接獲取全球或區(qū)域性的地球物理場數(shù)據(jù)，如地磁圖、重力異常圖、放射性元素分布圖。這是最直接的遙感方式。*利用遙感數(shù)據(jù)反演地球物理參數(shù)：許多地物物理性質(zhì)（如介電常數(shù)、電導(dǎo)率、磁化率、粗糙度、熱慣性）會影響電磁波的傳播特性（如反射率、衰減、極化、相干性等）。通過分析遙感數(shù)據(jù)（如光學(xué)、雷達、電磁法、地?zé)徇b感數(shù)據(jù)）的這些特性，建立物理或統(tǒng)計模型，可以反演估算地表或近地表的地球物理參數(shù)。例如，利用雷達后向散射系數(shù)反演土壤濕度或介電常數(shù)；利用電磁感應(yīng)數(shù)據(jù)估算地下電導(dǎo)率；利用熱紅外數(shù)據(jù)估算地表溫度及熱慣性。*利用遙感產(chǎn)品輔助地球物理反演：遙感數(shù)據(jù)（如高分辨率光學(xué)影像、數(shù)字高程模型DEM、地表溫度圖等）可以提供豐富的先驗信息，作為約束條件或輸入數(shù)據(jù)，用于改進地球物理反演過程，提高反演結(jié)果的精度和可靠性。例如，利用地形數(shù)據(jù)約束重力學(xué)反演；利用地表覆蓋圖作為電法反演的先驗信息。主要挑戰(zhàn)包括：1）地物與電磁波的相互作用機理復(fù)雜，物理模型往往難以完全描述；2）遙感觀測易受大氣、光照、傳感器自身性能等因素影響，數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定；3）從遙感觀測到地球物理參數(shù)的轉(zhuǎn)換模型通常具有經(jīng)驗性或統(tǒng)計性，其精度受多種因素制約；4）高空間分辨率地球物理信息的提取難度大，數(shù)據(jù)量巨大，處理復(fù)雜。2.論述遙感圖像預(yù)處理（特別是輻射校正和幾何校正）在地球物理信息提取中的應(yīng)用重要性。解析思路：遙感圖像預(yù)處理是后續(xù)信息提取和地學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其中輻射校正和幾何校正尤為重要。*輻射校正的重要性：輻射校正旨在消除或減弱傳感器系統(tǒng)本身以及大氣、光照等環(huán)境因素造成的對地物輻射信息記錄的偏離，將傳感器記錄的原始數(shù)據(jù)（DN值或數(shù)字量）轉(zhuǎn)換為地物真實的物理量（如輻射亮度、表觀反射率）。對于地球物理信息提取而言，輻射校正至關(guān)重要，因為：1）許多地球物理參數(shù)的估算（如磁異常強度、重力異常、電磁響應(yīng)、地表溫度等）都直接依賴于精確的輻射亮度或反射率數(shù)據(jù)；2）大氣散射和吸收會顯著影響不同波長電磁波的傳輸，輻射校正（特別是大氣校正）能消除這種影響，獲得地物本征光譜信息，對于基于光譜差異識別地物類型、估算介電常數(shù)等應(yīng)用至關(guān)重要；3）未經(jīng)輻射校正的數(shù)據(jù)，其數(shù)值受傳感器狀態(tài)、光照條件、大氣狀況等影響很大，無法用于精確的定量分析和比較。*幾何校正的重要性：幾何校正旨在消除或減弱傳感器成像過程中產(chǎn)生的幾何畸變（如透視變形、偏心畸變、地球曲率、地形起伏等），使圖像上地物的位置與實際地理位置精確對應(yīng)。對于地球物理信息提取而言，幾何校正同樣關(guān)鍵，原因在于：1）地球物理觀測（無論是地面測量還是遙感觀測）往往需要精確的空間定位信息；2）許多地球物理現(xiàn)象具有空間分布特征，需要在不同數(shù)據(jù)源之間或同一數(shù)據(jù)源不同區(qū)域之間進行空間疊加、對比分析（如磁異常與地形圖結(jié)合分析、不同傳感器獲取的同區(qū)域數(shù)據(jù)融合）；3）基于位置信息的分析（如空間統(tǒng)計、變化檢測、利用InSAR技術(shù)測形變）必須建立在精確的幾何配準基礎(chǔ)上；4）為了實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)（如遙感影像與地面測量點、不同傳感器數(shù)據(jù)）的有效融合與聯(lián)合反演，必須進行嚴格的幾何校正。總之，準確的輻射參數(shù)是定量反演地球物理量的基礎(chǔ)，精確的幾何位置是空間分析和綜合應(yīng)用的前提。輻射校正和幾何校正是保證遙感數(shù)據(jù)能夠被可靠、有效地用于地球物理信息提取和地學(xué)研究不可或缺的步驟。3.結(jié)合具體地球物理勘查目標（如地下水探測、礦產(chǎn)資源勘查、工程地質(zhì)勘察），論述遙感技術(shù)（或地球物理遙感融合技術(shù)）的應(yīng)用潛力和局限性。解析思路：*應(yīng)用潛力：*地下水探測：遙感技術(shù)可通過分析地表熱異常（溫泉、地?zé)犸@示）、植被異常（干旱脅迫指示）、土壤濕度（微波遙感）、地形地貌特征（如洼地、沖溝、河網(wǎng)密度）以及結(jié)合高分辨率光學(xué)影像解譯含水層露頭、排泄點等，為地下水勘查提供宏觀背景信息和初步線索。特別是無人機遙感，可快速獲取高分辨率地表數(shù)據(jù)，輔助進行地表微地貌測繪和土壤電導(dǎo)率成像，提高勘查精度。*礦產(chǎn)資源勘查：遙感技術(shù)利用不同礦物的光譜特征差異，可以通過高光譜成像技術(shù)進行蝕變礦物填圖，圈定潛在的礦化蝕變區(qū)。利用雷達技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)地表礦脈、覆蓋下的古礦坑、采石場等。熱紅外遙感可識別與礦體伴生的熱液活動。地形數(shù)據(jù)結(jié)合重力學(xué)反演有助于尋找構(gòu)造控礦背景。遙感與地球物理（如航空電磁、地面電法、磁法）融合，可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高找礦預(yù)測的可靠性。*工程地質(zhì)勘察：遙感技術(shù)可用于大范圍區(qū)域的地形測繪、地質(zhì)構(gòu)造解譯（斷層、褶皺）、巖土體分布調(diào)查、不良地質(zhì)現(xiàn)象（滑坡、崩塌、泥石流）識別與監(jiān)測。高分辨率光學(xué)影像、雷達影像和InSAR技術(shù)對于工程場址選擇、地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性評價、施工區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警具有重要意義。多源遙感數(shù)據(jù)（如光學(xué)、雷達、熱紅外）融合可以提供更全面的地表信息，輔助進行工程地質(zhì)條件綜合評價。*局限性：*隱蔽性：遙感主要是“遙”感，對于埋藏深、被覆蓋的地球物理現(xiàn)象（如深部礦體、深部地下水、隱伏構(gòu)造）探測能力有限。*分辨率限制：傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感空間分辨率較低，難以滿足精細工程地質(zhì)勘察或小礦體圈定的需求。雖然無人機遙感分辨率提高，但探測范圍和成本仍是限制。*信息間接性：遙感獲取的是地表或近地表信息，對