Page 129 - 遥感技术在生态环境监测中的应用研究

遥感技术在生态环境监测中的应用研究

行应用：（1）对航空传感器的地面实况反演。主要是测量地面的辐亮度和 / 或发射率，

用于校准卫星（如 ASTER）或航空扫描器的大气影响。（2）矿物和土壤的研究。发射率
测量可识别岩石和混合物的类别，如石英砂、硅酸盐等，从而标注岩石和矿石的位置或研
究土壤特性随时间的改变。（3）光谱数据库的收集。比如建立数据库用于航空光谱数据“超

立方体”的光谱分析，利用光谱进行主要成分分析。（4）植被分析等。
用 102FFTIR 光谱仪测定土壤样品的条件要求较高，需要在室外空旷的地方进行，周
围无高大建筑物和树木。天气晴朗，风力不大于 3 级，气温保持在 15 ～ 35℃，选择在北

京时问上午 10 ～ 12 点进行，这样既保证目标物体温度变化不大，又可尽量避免风力和太
阳辐射等外部条件的干扰，引起仪器内部温度变化从而导致漂移现象，影响样品测量精度。
为了消除大气成分（如水汽、CO 2 ）的影响，传感器探头距离样品应小于 lm。要获得土壤

样品热红外发射率，需要同时测定冷、热黑体辐射、大气下行辐射和土壤样品辐射。大气
下行辐射通过测量漫反射金板（发射率很低，且较稳定，受自身温度变化影响小）获得，

金板温度采用红外线热电偶温度计测量，误差为 ±0.2℃。
冷热黑体通过液氮进行冷却，为了避免环境辐射变化和温度变化影响，应该每
10 ～ 20min 标定一次。土壤样品盛于直径为 20cm 的玻璃器皿中，表面均匀、光滑和平坦，

放置在传感器镜头正下方，每次测量样品时应该尽量在较短的时间内完成。测定样品时，
顺时针转动样品 3 次，每次 90 度，每个方向采集 3 次数据，这样每个样品可获得 12 个热

红外辐射数据。
4. 热红外发射率计算
通过对土壤热红外辐射数据进行温度和发射率分离处理来获得土壤发射率，使用作者

开发的“FTIR 温度与发射率分离处理软件 V1.0”软件进行操作，本软件已申请著作权登记，
登记号为：2014SR021958。该软件基于 ISSTES 方法和 Ingram 平滑度指数进行温度和发射
率分离，可以输入从 FTIR 光谱仪拟合导出的样品辐射亮度和大气下行辐射亮度数据，设

置波长范围、温度区间和温度间隔参数，系统会自动计算出样品的最佳估计温度，并导出
发射率光谱数据。
土壤发射率曲线显示，8 ～ 13μm 波段内，由上至下温度从 24.2℃升至 26.0℃，每两

条相邻曲线温度间隔为 0.2℃。每条曲线平滑程度是不同的，当温度为 25.2℃时，曲线平
滑度指数最小，将此温度作为土壤样品的最佳估计温度。将计算得到的最佳估计温度作为

土壤样品的真实温度，利用样品发射率公式即可计算出土壤发射率。

二、光谱数据预处理

（一）断点修正

ASD.Fieldspec.Pro.FR 光谱仪在整个 350 ～ 2500nm 波段范围内由三个探测元件组成，
350 ～ 1000nm 采用的是低噪声 512 阵元的 PDA，1000 ～ 1800nm 和 1700 ～ 2500nm 采用

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