矿物与岩石的可见-近红外光谱特性综述

矿物和岩石的系统光谱学研究是当今高光谱遥感发展的基础。在简要介绍了吸收光谱产生的电子过程和振动过程机理后,系统归纳了主要矿物类型和岩石类型的可见-近红外光谱特征。认为矿物的吸收光谱主要由二价、三价铁离子和过渡族元素的电子跃迁以及晶体场效应等电子过程产生;此外,还可以由水分子、Al-OH、Mg-OH、碳酸根的振动过程及卤化物的色心和硫化物的导带产生;岩石的吸收光谱都是杂质、包体、蚀变及替代成分产生的,主要为铁、水和羟基、碳酸根、硼酸根的光谱。最后指出,不同物理、化学环境下的矿物光谱特征变异研究在将来的高光谱遥感地质勘察中将变的更为重要。     

两种测定水的室内可见：近红外反射光谱的方法及应用比较

设计了两种辅助装置,探索利用室内光谱仪测定水的可见一近红外射光谱。通过比较证明两种方法都可以获得较好的测试结果,水体在可见一近红外波段的吸收峰在测量结果中都有较明显的显示,和野外光谱仪相比灵敏度较高。利用水的室内可见一近红外光谱可以区分不同类型的自然水体,发现受有机物污染的水体反射率比未受有机物污染的清洁水反射率要国利用遥感技术进行水污染研究提供了依据。     

两种测定水的室内可见—近红外反射光谱的方法及应用比较

设计了两种辅助装置 ,探索利用室内光谱仪测定水的可见 -近红外反射光谱。通过比较证明两种方法都可以获得较好测试结果 ,水体在可见 -近红外波段的吸收峰在测量结果中都有较明显的显示 ,和野外光谱仪相比灵敏度较高。利用水的室内可见 -近红外光谱可以区分不同类型的自然水体 ,发现受有机物污染的水体反射率比未受有机物污染的清洁水体反射率要低 ,为利用遥感技术进行水污染研究提供了依据     

滨海盐渍土可见近红外高光谱特征

土壤光谱是遥感监测的物理基础,盐渍化土壤光谱特征研究对于盐渍化土地的监测有着重要的意义。以黄河三角洲地区的滨海盐渍土为研究对象,通过野外土壤样品采集和高光谱测量,研究在去除水分以及剔除土壤质地影响后,不同盐渍化程度的滨海盐渍土在350~1 100 nm区间的高光谱反射和吸收特征,并且试图构建光谱预测模型。结果表明: 平滑后的光谱曲线能更准确有效地描述光谱的反射特征及吸收峰。不同盐化程度的土壤光谱曲线形态一致,但反射率大小差异较大。连续统去除后,490 nm处轻度盐化土吸收最小,在760~920 nm区间重度盐化土的吸收更强烈。原始光谱不能预测土壤盐渍化信息,但是二阶微分变换能够提高波段敏感性,建立的光谱预测模型能够基本满足预测要求。     

滨海盐渍土可见近红外高光谱特征

土壤光谱是遥感监测的物理基础，盐渍化土壤光谱特征研究对于盐渍化土地的监测有着重要的意义。以黄河三角洲地区的滨海盐渍土为研究对象，通过野外土壤样品采集和高光谱测量，研究在去除水分以及剔除土壤质地影响后，不同盐渍化程度的滨海盐渍土在350~1 100 nm区间的高光谱反射和吸收特征，并且试图构建光谱预测模型。结果表明: 平滑后的光谱曲线能更准确有效地描述光谱的反射特征及吸收峰。不同盐化程度的土壤光谱曲线形态一致，但反射率大小差异较大。连续统去除后，490 nm处轻度盐化土吸收最小,在760~920 nm区间重度盐化土的吸收更强烈。原始光谱不能预测土壤盐渍化信息，但是二阶微分变换能够提高波段敏感性，建立的光谱预测模型能够基本满足预测要求。     

典型煤岩反射光谱无监督感知方法研究

针对现有煤岩反射光谱有监督识别方法存在煤岩位置变化时识别效果差的问题,为研究基于反射光谱的煤岩自主适应性识别,提出了基于聚类距离改进型模糊C均值聚类(FCM)算法的典型煤岩反射光谱无监督感知方法。以兴隆庄煤矿气煤、泥岩、粉砂岩、泥质灰岩4种典型煤岩样品为研究对象,测定了每种试样多个背向反射角下的近红外波段的反射光谱曲线,分析了4种煤岩反射光谱最具差异性的特征波段,选取2150~2400 nm作为4种煤岩反射光谱差异性特征波段,在特征波段内,对气煤-泥岩、气煤-粉砂岩、气煤-泥质灰岩光谱组合进行煤岩反射光谱无监督识别研究。研究结果表明:4种试样表面的背向光谱反射率均呈现出随背向反射角增大而先增大后减小的整体趋势,背向反射角增大时,泥岩、粉砂岩和泥质灰岩的各吸收谷深度变化较小,只有微弱的减小,气煤的各吸收谷深度减小相对明显;采用改进型FCM(RFCM,CFCM)方法将光谱数据快速聚类,由最终聚类隶属度概率矩阵判定光谱数据类别,进而判定不同位置煤岩类别;相较于FCM,改进型FCM对各煤岩组合的识别率均大于90%,其中CFCM对各煤岩组合聚类识别迭代次数最少,总耗时均小于0.1 s,为优先选择方法,为反射光谱技术应用于煤岩界面不同位置煤岩的高效适应性判定提供了参考。     

植物纤维的主要成分在近红外光谱吸收上的差异

通过比较和分析植物纤维中的主要成分木素、纤维素、半纤维素和提取物等模型物的近红外光谱图,发现在这些主要成分的吸收、同一成分中的C-H键基团和O-H键基团的吸收、不同结构的C-H键基团的吸收相互重叠,导致了植物纤维的近红外吸收光谱相互重叠而十分复杂.但也清楚地发现了木素与碳水化合物在C-H键的第一倍频区(1600～1800)nm有明显的吸收差别,木素的苯环在1668 nm处有吸收峰,而碳水化合物中因为没有苯环C-H键而没有发现有此吸收峰.另外,发现植物纤维及其中的主要成分在O-H键的第一倍频区1434 nm及合频区1920 nm均有较强的吸收峰.这反映了植物纤维在近红外光谱区的信息比较丰富,为植物纤维的性质分析提供了理论基础.     

岩石实验室反射光谱的相似系数聚类分析

以n维向量空间中的向量夹角为分类依据,对内蒙乌拉尔山地区53个岩石实验室反射光谱进行相似系数聚类分析,揭示出0.4～2.5μm岩石谱形的总体相似性差异。结果表明,岩石的电磁波属性不同于岩石学的分类属性,提出按谱形的相似性对岩石进行归类的方法及其意义。同时分析了成像光谱技术中光谱角度填图方法的优劣及改善措施,为成像光谱图像处理方法提供了十分有意义的光谱依据。     

典型地物的光谱空间结构特征研究

地物光谱是遥感技术应用与研究的物理基础。本文提出将地物在光谱特征空间的几何点阵结构特征作为研究重点,着重分析植被、土壤、岩石的野外实测光谱数据的光谱空间结构特征,并对所测得地物的光谱数据进行光谱线性混合模拟,进而分析线性混合地物的光谱空间结构特征。对实测地物光谱数据空间结构特征的分析不仅可以指导遥感影像数据的分析与应用,而且也为遥感影像地物目标识别和矿化蚀变信息提取技术的研究提供更多的科学理论依据和新的研究思路。     

基于近红外光谱的煤粉样品定量检测研究

针对煤质快速在线检测的需求,采用傅里叶变换近红外光谱结合不同的光谱预处理方法,即平滑处理方法、微分方法、多元散射校正方法、标准归一化处理方法分别建立了煤粉样品的水分、灰分和挥发分的偏最小二乘模型,并对模型的检测结果进行了十字交叉验证。结果表明,基于25点平滑处理方法建立的水分偏最小二乘模型较优,基于标准归一化处理方法建立的灰分偏最小二乘模型最佳,基于5点平滑处理方法建立的挥发分偏最小二乘模型精度最高,验证了应用傅里叶变换近红外光谱技术定量分析煤粉指标的可行性。     

一种煤炭近红外光谱数据预处理方法研究

针对煤炭原始近红外光谱数据中存在噪声的问题,提出了基于De-SNV与小波阈值去噪组合的煤炭近红外光谱数据预处理方法。采用缺省软阈值法进一步对经过Savitzky-Golay平滑和De-SNV处理的光谱数据去噪,并分别建立了水分、灰分和挥发分的PLS校正模型,通过分析模型的预测性能对该方法的有效性进行评估。实验结果表明,经过该方法预处理的光谱数据所对应的PLS校正模型性能明显优于使用原始光谱数据所建立的PLS校正模型,水分、灰分和挥发分的PLS校正模型的预测均方根误差分别降低至0.007 07,0.040 8,0.008 66,决定系数分别提高至0.858 7,0.743 8,0.778 5。     

一种飞机目标及典型地物红外辐射仿真方法

机场场景内的飞机目标及其所处的地物背景具有重要军事应用价值,为了实现对这类目标的检测、识别以及动态监测,需要一套能够在不同季节、不同气象条件、不同时段、不同探测波段等条件下机场场景内飞机/地物红外辐射仿真的软件来提供训练样本。在Visual Studio 2010环境下,利用OpenGL构建了典型机场场景下飞机及地物背景模型,结合传热学和红外辐射理论的分析,将一款用于热红外分析的RadThermIR软件内核嵌入算法中,提出一种计算飞机及其地物背景的红外辐射场模型和构建其红外图像仿真方法。以图像灰度相似度作为评价指标,该方法和真实红外图像相比,仿真精度高于80%,实验结果表明,该方法可为实现全天候机场场景下飞机目标自动检测识别提供丰富的红外特性分析数据和特性知识训练样本。     

基于SVM的白酒红外光谱分析方法研究

为实现白酒品评自动化,采集了297个不同香型、86个不同等级、60个不同年份的白酒样品红外光谱图,共计443个。针对这些红外光谱图,采用3次多项式插值拟合的方法进行基线漂移校正,并用小波软阈值法去除光谱噪声,然后用标准归一化的方法消除散射效应。对于白酒的香型、等级和年份这3种不同的分类问题,分别选择样本的75%为训练集,余下25%为测试集,利用支持向量机(SVM)方法建立对应的香型、等级和年份分类模型,并在测试集上验证了模型的分类性能。实验结果表明该方法行之有效,香型分类正确率达到98%以上,等级分类正确率达到92%以上,年份分类正确率达到100%。     

Digitally mapping the information content of visible-near infrared spectra of surficial Australian soils

We can use soil mapping to gain a better understanding of the soil and how it varies in the landscape. Good quality data sets that represent the survey area are important to develop quantitative spatial models for soil mapping and to evaluate their outputs. Over the past three decades, scientists have become interested in rapid, non-destructive measurements of the soil using visible-near infrared (vis-NIR) (400-2500 nm) and mid infrared (mid-IR) (2500-25,000 nm) diffuse reflectance spectra. These spectra provide an integrative technique that measures the fundamental characteristics and composition of the soil, including colour, iron oxide, clay and carbonate mineralogy, organic matter content and composition, the amount of water present and particle size. If adequately summarised and exhaustively available over large areas, this information might be useful in situations where reliable, quantitative soil information is needed, such as agricultural, environmental and ecological modelling, or for digital soil mapping. The aims of this paper are to summarise the information content of vis-NIR spectra of Australian soils and to use a predictive spatial modelling approach to digitally map this information across Australia on a 3-arc second grid (around 90 m). We measured the spectra of 4606 surface soil samples from across Australia using a vis-NIR spectrometer. The soil information content of the spectra was summarised using a principal component analysis (PCA). We used model trees to derive statistical relationships between the scores of the PCA and 31 predictors that were readily available and we thought might best represent the factors of soil formation (climate, organisms, relief, parent material, time and the soil itself). The models were validated and subsequently used to produce digital maps of the information content of the spectra, as summarised by the PCA, with estimates of prediction error at 3-arc seconds pixel resolution. The most frequently used predictors at the continental scale were factors related to climate, parent material (and time), while at landscape and more local scales, they were factors related to relief, organisms and the soil. Finally, we use our maps for pedologic interpretations of the distribution of soils in Australia. Our results might be useful in situations requiring high-resolution, quantitative soil information e.g. in agricultural, environmental and ecologic modelling and for soil mapping and classification.     

预制裂纹煤样受载破坏的红外辐射特征研究

对预制裂纹煤样进行了单轴压缩实验,研究了预制裂纹煤样受载破坏过程中红外辐射温度及其变化规律。实验结果表明:预制裂纹煤样在受载破坏过程中,红外辐射温度曲线出现突变现象,主破裂时不同预制裂纹角度煤样的红外辐射温度均突升;主破裂时预制裂纹煤样的红外辐射温度突变率随预制裂纹角度的增大先升后降,45°预制裂纹煤样的红外辐射温度突变率最大。预制裂纹煤样的红外辐射变化规律与载荷及预制裂纹密切相关,能够很好地反映含宏观缺陷煤样受载时内部破裂的情况。     

脱氧腺苷红外光谱计算方法表征

采用GAUSSIAN03计算化学软件,运用Hartree-Fock(HF)/3-21G基组进行运算.在GaussView软件帮助下,优化了脱氧腺苷分子几何结构,描述了优化结构.计算出脱氧腺苷单体大分子红外光谱振动频率并绘制红外谱图,在量子力学理论基础上计算出分子能量、焓值、零点能,并计算NBO,得到HOMO和LUMO能级以及分子中各原子上的电荷分布数值.其前沿轨道HOMO的能级E=-0.29949 eV,LUMO的能级E=0.14324 eV.二者相差0.44273 eV.脱氧腺苷分子比较稳定.与国外脱氧腺苷红外光谱实验数据进行比较,计算得到的图谱峰形清晰,容易辨认,计算了理论数据与实验数据之间的误差,误差范围在-2.97%～11.26%之间.为红外实际测试提供有力技术参照参数,可以帮助印证实验数据的可靠性.在一般环境条件下,脱氧腺苷分子结构和组成通常较稳定,但在特殊条件(如:UV辐射和氧化作用及环境类紧张性刺激)下可能发生变化.     

基于Strackelberg博弈论的煤矿井下频谱感知算法研究

针对煤矿井下频谱感知技术感知准确度低的问题,提出了基于Strackelberg博弈论的煤矿井下频谱感知算法。该算法根据认知节点感知性能的好坏,将认知节点分为领导节点和跟随节点,感知性能差的跟随节点采取感知性能好的领导节点的判决结果。Matlab仿真结果表明,该算法提高了煤矿井下频谱感知的性能。     

The cross-calibration of CBERS-02B/CCD visible-near infrared channels with Terra/MODIS channels

Radiometric calibration is a prerequisite to quantitative remote sensing, and its accuracy has a direct impact on the reliability and accuracy of the quantitative application of remote-sensing data. This article attempts to cross-calibrate the visible and near-infrared channels 1 (450–520 nm), 2 (520–590 nm), 3 (630–690 nm), and 4 (770–890 nm) of the China–Brazil Earth Resources Satellite (CBERS)-02B/charge-coupled device (CCD) camera with channels 3 (459–479 nm), 4 (545–565 nm), 1 (620–670 nm), and 2 (841–876 nm) of the Terra/Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), respectively. The radiative transfer modelling (RTM) method is implemented using the CBERS-02B/CCD and Terra/MODIS measurements at the Dunhuang radiometric calibration site in October 2008. The differences between the cross-calibration and vicarious calibration techniques for channels 1, 2, 3, and 4 are 11.15%, –0.89%, 2.88%, and 11.28%, respectively. Furthermore, the accuracies of the cross-calibration coefficients of CBERS-02B/CCD are analysed, wherein the results indicate that the calibration uncertainty is within 5%.