摘要：采礦后地區(qū)受到大規(guī)模和嚴(yán)重的干擾，會(huì)對(duì)周圍生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要的影響。原本的生態(tài)系統(tǒng)被破壞，而植樹造林可以恢復(fù)這些生態(tài)系統(tǒng)。但其成功和速度取決于所挖出棄土基質(zhì)的特性。熱紅外遙感為棄土基質(zhì)的標(biāo)測和分類帶來了優(yōu)勢，從而確定了其特性。棄土基質(zhì)庫包含光譜發(fā)射率（Designs?and?Prototypes?Model?102便攜式FTIR光譜儀）和化學(xué)性質(zhì)，可以促進(jìn)遙感活動(dòng)。該研究提供了從捷克共和國褐煤開采場提取的棄土基質(zhì)發(fā)射率的光譜庫。通過干燥和篩分將提取的樣品均質(zhì)化。每個(gè)樣品的光譜發(fā)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(shù)據(jù)。同時(shí)測量了每個(gè)樣品的化學(xué)參數(shù)（pH、電導(dǎo)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(biāo)的形式提供了獲取位置的有價(jià)值的信息，呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)本質(zhì)上是唯一的，可以在長波紅外電磁頻波中為許多遙感活動(dòng)提供服務(wù)。
1總結(jié)
露天采礦過程中，煤層上方大量的基質(zhì)被清除并重新堆放，覆蓋了廣闊的區(qū)域，這些從幾百米深處挖出的材料被稱為棄土基質(zhì)。其物理和化學(xué)特性會(huì)發(fā)生變化，異質(zhì)性很大程度上受地質(zhì)及采礦和堆放方法的影響，由于這個(gè)原因，基質(zhì)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(chǎn)物）和鹽含量。這些性質(zhì)會(huì)影響采礦后地區(qū)植被發(fā)展的成功和速度。因此，在土地修復(fù)中，我們需要了解棄土基質(zhì)的性質(zhì)和分布。
熱紅外遙感是監(jiān)測采礦后地區(qū)的有利工具。地表發(fā)射率（LSE）可用于棄土基質(zhì)的分類。利用LSE的光譜分析可以估計(jì)其物理和化學(xué)特性。地表溫度（LST）與土壤水分密切相關(guān)，對(duì)新生態(tài)系統(tǒng)的建立是重要的。在進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐恋亻_墾時(shí)，需要這些信息?？赡馨ɑ|(zhì)機(jī)械處理，例如開溝以調(diào)節(jié)水分狀況、化學(xué)處理以及適宜樹種的選擇。
LST和LSE耦合，因此沒有LSE的知識(shí)，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(gè)波段的輻射，可以得到N個(gè)未知的發(fā)射率加上一個(gè)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(gè)算法可以解決這個(gè)問題，這些算法或需要事先了解LSE，或?qū)SE估算作為其輸出的一部分?？梢岳霉庾V發(fā)射率庫：①確定LST；②材料的分類；③LSE驗(yàn)證機(jī)載和衛(wèi)星熱遙感數(shù)據(jù)。
該項(xiàng)工作描述了捷克共和國Sokolov，Chodov，Bílina和Ustí nad Labem鎮(zhèn)附近的褐煤開采場（圖1）的棄土基質(zhì)發(fā)射率光譜庫。光譜庫包括發(fā)射率，水中KCl，土壤pH，土壤電導(dǎo)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(xué)參數(shù)，經(jīng)度和緯度，共24個(gè)樣品。樣品分析前，通過混合和篩分使其均質(zhì)化。使用傅立葉變換紅外（FTIR）光譜儀在室外培養(yǎng)皿中進(jìn)行發(fā)射率檢索數(shù)據(jù)收集。樣品發(fā)射率通過光譜平滑算法來估計(jì)。
本文還使用可見光、近紅外、短波紅外和長波紅外區(qū)域的機(jī)載高光譜掃描儀（AHS）映射了采礦現(xiàn)場，以進(jìn)行礦物分類。從AHS獲得的光譜發(fā)射率和基因庫中提取的光譜如圖2所示。使用加權(quán)平均值針對(duì)AHS響應(yīng)函數(shù)對(duì)庫中的樣品光譜進(jìn)行重采樣。樣品11和19光譜形狀上表現(xiàn)出一致性。樣品12在樣帶3和4之間表現(xiàn)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(fù)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(tài)。
2 使用說明
所有樣品均包含不同數(shù)量和類型的黏土礦物，由其光譜發(fā)射率特征證明。圖3顯示了來自光譜庫棄土樣品的3個(gè)例子。可以將這些光譜與從亞利桑那州立大學(xué)光譜庫和ASTER光譜庫相似材料的光譜進(jìn)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(jié)合的煤。該樣品的發(fā)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(fā)射率在9.43μm有典型的下降。棄土基質(zhì)的光譜發(fā)射率庫也包括圖像。該圖像提供了庫中所有樣品的預(yù)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(diǎn)：
1）?重量輕，獨(dú)立外形設(shè)計(jì)；
2）?具熱穩(wěn)定干涉儀；
3）?單機(jī)操作、內(nèi)置PC計(jì)算機(jī)；
4）?校準(zhǔn)的輻亮度、溫度和發(fā)射率野外現(xiàn)場測量；
5）?USB，以太網(wǎng)和VGA接口；
6）?帶有熱穩(wěn)定黑體的輸出標(biāo)定（可選項(xiàng)）；
7）?通過透鏡鏡頭直接觀測目標(biāo)；
8）?高靈敏度、高通量；
9）?全日光可讀LCD顯示屏；
10）屏幕上實(shí)時(shí)顯示光譜和數(shù)學(xué)處理結(jié)果；
11）供電：野外便攜電池、點(diǎn)煙器或通過AC供電電源；
技術(shù)參數(shù)：
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(zhì)的光譜發(fā)射率庫.pdf