摘要：采礦后地區受到大規模和嚴重的干擾，會對周圍生態系統產生重要的影響。原本的生態系統被破壞，而植樹造林可以恢復這些生態系統。但其成功和速度取決于所挖出棄土基質的特性。熱紅外遙感為棄土基質的標測和分類帶來了優勢，從而確定了其特性。棄土基質庫包含光譜發射率（Designs?and?Prototypes?Model?102便攜式FTIR光譜儀）和化學性質，可以促進遙感活動。該研究提供了從捷克共和國褐煤開采場提取的棄土基質發射率的光譜庫。通過干燥和篩分將提取的樣品均質化。每個樣品的光譜發射率通過光譜平滑算法來確定，該算法適用于傅立葉變換紅外（FTIR）光譜儀測得的數據。同時測量了每個樣品的化學參數（pH、電導率、Na、K、Al、Fe、灼燒損失和多酚含量）和毒性。本文中光譜基因庫以地理坐標的形式提供了獲取位置的有價值的信息，呈現的數據本質上是唯一的，可以在長波紅外電磁頻波中為許多遙感活動提供服務。

1總結

露天采礦過程中，煤層上方大量的基質被清除并重新堆放，覆蓋了廣闊的區域，這些從幾百米深處挖出的材料被稱為棄土基質。其物理和化學特性會發生變化，異質性很大程度上受地質及采礦和堆放方法的影響，由于這個原因，基質與最近的土壤有很大的不同。它們有極端的pH值，高濃度的重金屬、多酚（即煤分解產物）和鹽含量。這些性質會影響采礦后地區植被發展的成功和速度。因此，在土地修復中，我們需要了解棄土基質的性質和分布。

熱紅外遙感是監測采礦后地區的有利工具。地表發射率（LSE）可用于棄土基質的分類。利用LSE的光譜分析可以估計其物理和化學特性。地表溫度（LST）與土壤水分密切相關，對新生態系統的建立是重要的。在進行適當的土地開墾時，需要這些信息。可能包括基質機械處理，例如開溝以調節水分狀況、化學處理以及適宜樹種的選擇。

LST和LSE耦合，因此沒有LSE的知識，無法得到LST。這些量無法從輻射量測量中明確獲得。原因是通過觀察N個波段的輻射，可以得到N個未知的發射率加上一個未知的溫度，這樣的方程組是不確定的（未知變量＞已知變量）。幾個算法可以解決這個問題，這些算法或需要事先了解LSE，或將LSE估算作為其輸出的一部分。可以利用光譜發射率庫：①確定LST；②材料的分類；③LSE驗證機載和衛星熱遙感數據。

該項工作描述了捷克共和國Sokolov，Chodov，Bílina和Ustí nad Labem鎮附近的褐煤開采場（圖1）的棄土基質發射率光譜庫。光譜庫包括發射率，水中KCl，土壤pH，土壤電導率，KCl中可溶性Na和K，Al和Fe含量，灼燒損失和多酚含量。所有樣品的物理、化學參數，經度和緯度，共24個樣品。樣品分析前，通過混合和篩分使其均質化。使用傅立葉變換紅外（FTIR）光譜儀在室外培養皿中進行發射率檢索數據收集。樣品發射率通過光譜平滑算法來估計。

本文還使用可見光、近紅外、短波紅外和長波紅外區域的機載高光譜掃描儀（AHS）映射了采礦現場，以進行礦物分類。從AHS獲得的光譜發射率和基因庫中提取的光譜如圖2所示。使用加權平均值針對AHS響應函數對庫中的樣品光譜進行重采樣。樣品11和19光譜形狀上表現出一致性。樣品12在樣帶3和4之間表現出偏差。AHS像素大小5×5 px，像素不是純凈的。因此，礦物成分比采集的樣品復雜。幅度上的差異可以解決，以防止不正確的大氣校正或飛行期間不同土壤狀態。

2 使用說明

所有樣品均包含不同數量和類型的黏土礦物，由其光譜發射率特征證明。圖3顯示了來自光譜庫棄土樣品的3個例子。可以將這些光譜與從亞利桑那州立大學光譜庫和ASTER光譜庫相似材料的光譜進行比較。樣品02是主要由高嶺石組成的黏土，在8.90，9.44，9.90和11.00μm處有明顯下降。樣品06是沙子和粘土結合的煤。該樣品的發射率光譜包含8.47和8.83μm處高嶺石特征和石英特征的混合。樣品33是富含蒙脫石的膨潤土。蒙脫石的光譜發射率在9.43μm有典型的下降。棄土基質的光譜發射率庫也包括圖像。該圖像提供了庫中所有樣品的預覽，類似于圖3所示的圖像。

3 Model 102傅立葉變換熱紅外光譜輻射儀

特點：

1）?重量輕，獨立外形設計；

2）?具熱穩定干涉儀；

3）?單機操作、內置PC計算機；

4）?校準的輻亮度、溫度和發射率野外現場測量；

5）?USB，以太網和VGA接口；

6）?帶有熱穩定黑體的輸出標定（可選項）；

7）?通過透鏡鏡頭直接觀測目標；

8）?高靈敏度、高通量；

9）?全日光可讀LCD顯示屏；

10）屏幕上實時顯示光譜和數學處理結果；

11）供電：野外便攜電池、點煙器或通過AC供電電源；

技術參數：

1）光譜范圍：2-16 μm；

2）光譜分辨率（FWHM）：4 cm-1；

3）尺寸（LxWxH）：36×20×23 cm；

4）重量：7 kg；

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棄土基質的光譜發射率庫.pdf