郑光辉
南京信息工程大学
教授
博士，教授，毕业于南京大学自然地理学专业，澳大利亚墨尔本大学与爱尔兰UCD大学访问学者，现任南京信息工程大学地理科学学院院长助理；主要教授课程包括《自然地理学》、《土壤地理学》、《无人机遥感》；从事自然地理学及土壤遥感等方面的研究，主持国家自然科学基金青年基金1项、国家自然科学基金面上项目2项及及全国第三次土壤普查等项目，在《土壤学报》、《International Journal of Remote Sensing》、《Geoerma》、《Catena》、《Pedosphere》等期刊发表文章30余篇。国家第三次土壤普查剖面调查领队，江苏省第三次土壤普查专家，南京市第三次土壤普查专家组成员。
第27期高光谱课堂荣幸邀请到南京信息工程大学—郑光辉（教授）做线上讲座报告，郑老师本次报告主要结合个人过去10多年的研究案例，从反射光谱及成像光谱技术两个方面介绍高光谱遥感技术在土壤研究中应用，尤其介绍成像光谱技术在土壤剖面研究中的应用。
请问遥感和低空的高光谱找矿分析是否只能对地址表面进行分析？请简单论述理论模型，评估下可信度，此外，如何和土壤分析结合呢？
无论是卫星还是无人机遥感数据，获得地表的地物反射数据，理论上也只能表达表层是否有矿物的特征。表征矿物的光谱特征是否能范围土壤深处矿物的分布情况，这需要专业的地质学理论去解析。
矿物相对土壤而言，它的物质纯度更高，土壤是非常复杂的混合物，通过在矿区裸露的地块（无植被覆盖）使用谱成像技术，获得矿物填图，实现找矿的目的。
利用高光谱研究土壤，如何消除植被覆盖的影响呢？
对于单点光谱的设备，采集土壤光谱数据时，尽量要避免植被覆盖的区域，否则光谱信息中既包含了植被信息，又包含了土壤信息，会对我们通过高光谱表达土壤带来很大的难度。机载高光谱成像数据，是存在混合像元的情况，通过像元分解一定情况下可以缓解植被光谱带来的干扰，但是难度还是比较大，最好还是采集到裸土进行研究。
土壤的特征光谱在1000-2500nm的波范围相较于400-1000nm的是否更为丰富呢？在选择仪器设备的时候，应该以哪个光谱范围为主。
典型土壤的反射光谱大部分特征集中在1000-2500nm这个波段范围，这也符合不同矿物质的特征光谱也集中在1000-2500nm范围内。但是400-1000nm范围中也能表达土壤的特征，比如，500nm可反应针铁矿和赤铁矿，700-950可反馈氧化铁结晶度。
▲图 典型土壤反射光谱曲线
总的来说，选择仪器时，400-2500nm全波段信息是最全的，能提供丰富的光谱特征。当400-1000nm和1000-2500nm两个范围的光谱传感器二选一是，土壤研究应用更适合选择1000-2500nm光谱仪器。
通过高光谱反演重金属是否有可能？模型的稳定性和一致性怎么样呢？
通过高光谱遥感技术反演土壤或水体中的重金属含量在理论上是可行的，并且在实践中已取得一定进展。其核心原理是利用重金属及其伴生矿物对特定光谱波段（尤其是可见光-近红外-短波红外，350~2500 nm）的吸收、反射特征。部分重金属（如砷、镉、铅等）常与铁氧化物、黏土矿物等伴生，这些矿物在特定波段（如500~600 nm、2200 nm附近）具有诊断性吸收特征。例如：铁氧化物在900 nm附近的吸收峰可能与砷含量相关，黏土矿物在2200 nm附近的羟基吸收特征可能反映铜、锌的富集。
但是高光谱直接反演重金属含量受到诸多因素的制约：1）光谱仪的性能：光谱分辨率和信噪比；2）环境干扰：土壤湿度、有机质、颗粒大小会掩盖重金属信号；3）空间异质性：野外采样与像元尺度不匹配导致“同物异谱”。
举办的“高光谱课堂”线上讲座，定期邀请高光谱遥感相关学科领域专家学者开展前沿讲座，分享高光谱知识和前沿应用，多方位展现高光谱遥感领域的科研成果和前沿信息，为您提供参考。关注【】，敬请期待下期精彩内容！
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