Page 136 - 遥感技术在生态环境监测中的应用研究

第五章 遥感技术在煤矿矿山地质环境监测中的应用研究

微波：1mm ～ 1m

以上波段范围划分并没有严格的规定，不同文献可能会不一样。本文研究的波谱波段
为 0.35 ～ 2.5μm 和 8 ～ 13μm，包括紫外线的一部分、可见光、近红外和远红外。习惯
说将波长范围 0.35 ～ 2.5μm 称为可见光 - 近红外（VNIR）波段，用物体的反射率（R）

表示 VNIR 的光谱：波长范围 8 ～ 13μm 称为热红外（TIR）波段，用物体的发射率（E）
来表示 TIR 的光谱。
在 VNIR（0.3 ～ 2.5μm）波长范围，地表物体自身的热辐射几乎等于 0，地物发出的

波谱主要是以反射太阳辐射为主。当光波辐射到达物质表面，原子或离子吸收某些波长的
光子，从而能量增大产生电子跃迁或分子振动，在光谱曲线上表现出吸收特征带，而当介
质不均匀时，还会发生光的散射。因此，反射光谱也就是物体对光波辐射的吸收和散射过

程作用的结果。吸收过程主要是由于分子内电子跃迁、分子振动并伴随转动过程产生。电
子跃迁包括晶体场效应、电荷转移、导带、色心和共轭键，主要发生在可见光范围。分子

中含氢基团振动的合频和倍频信息，主要发生在近红外光谱区（严衍禄，2013）。散射过
程是由于光子入射到物体表面发生一次或多次反射，其影响因素有矿物混合、颗粒大小和
几何视场等（吴昀昭，2005；郑光辉，2010）。

常温（300K 左右）的地表物体发射的红外辐射主要在大于 3μm 以上的中远红外（TIR）
区，也称为热辐射，实质也是一种电磁波。辐射产生的实质是物质内部的电子、原子和分

子通过能级的跃迁，吸收和释放能量的作用过程。物体的热红外辐射能量由物体温度和发
射率两个因素决定，热辐射不仅与物质的表面状态有关，还与地物的组成和理化性质有密
切关系。地表物体的热辐射过程遵循热辐射的基本定律：基尔霍夫定律、普朗克定律、斯

蒂芬一玻尔兹曼定律和维恩定律。
发射率就是表征物体在某一波长辐射能力的大小，发射率光谱也就表示物体辐射能力
随波长的分布特征。地表发射率不但与地物的成分有关，而且与地物的内部结构和表面状

况等因素有关。
因此，VNIR 反射光谱的产生实质是由于电子跃迁和分子振动引起的对光波辐射的吸
收和散射作用的结果；而 TIR 发射光谱产生的实质是物质内部电子、原子和分子通过能级

的跃迁，对能量的释放、吸收以及反射作用的结果。它们都会在光谱曲线上表现出特征吸
收谱带。

（二）煤田土壤 VNIR 光谱特征
本次研究共获得研究区及其周边土壤 A、B 和 C 层的 110 个土壤样本的反射光谱数
据，经过去噪、平滑等处理，图 5-7 为部分土壤样本在 VNIR 波段的反射光谱曲线。在

整个 VNIR 波段区间，土壤样本反射率的值高低不同，但整个光谱曲线的变化趋势基本一
致，形状大致相同，基本平行，反射率值分布在 [0.1，0.7] 区间。随着波长的增加，根据

曲线变化趋势不同可以分为三个波段区间：在可见光（350 ～ 760nm）波段，反射率的值
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