高光谱成像具有快速无损和图谱合一的特点, 每个波段都会呈现一幅图像, 每个像素点都显示一条光谱曲线, 不仅可以获取样本的光谱信息, 还可以表征物体的空间信息, 目前在诸多领域展现出极大的应用价值。 采用高光谱成像实现土壤中石油烃含量分布的可视化。 制备不同石油烃含量的砖红壤样本, 分为建模样本和预测样本。 采集高光谱图像, 为避免图像背景的干扰, 采用掩膜的方法进行背景剔除。 之后提取建模样本中感兴趣区域的平均光谱, 采用连续投影算法筛选特征变量, 基于提取的特征变量, 一方面建立MLR预测模型, 另一方面从预测样本中提取特征波段的高光谱图像。 最后, 将特征图像上像素点的数据代入模型, 得到石油烃的含量分布情况。 通过图像处理的方法, 不同的含量赋予不同的颜色, 实现砖红壤中石油烃含量分布的可视化。 研究结果表明, 采用高光谱成像与图像处理方法能够初步实现砖红壤中石油烃含量分布的可视化, 为以后大范围地识别和反演土壤中石油烃含量提供了基础。

高光谱遥感技术是一种有效的监测石油类污染手段, 目前主要应用于海上溢油方面, 而关于土壤石油烃污染的研究较少。 针对土壤石油烃污染研究不足的现状, 选取柴油、 汽油和机油三种石油烃, 开展了石油烃污染紫色土的光谱特征实验研究, 分析了紫色土在不同种类石油烃污染及不同污染浓度条件下的光谱特征, 提取了含有不同种类石油烃的紫色土光谱吸收特征波段。 在此基础上, 经过7种光谱变换和相关性分析, 筛选出与石油烃含量最敏感的光谱变量, 分别采用单变量回归法和多元逐步线性回归法建立了估算模型, 并对模型进行了验证。 研究表明: 含有柴油、 机油和汽油的光谱在1 200, 1 700和2 300 nm附近均出现了吸收特征, 光谱吸收深度表现为: 机油>汽油>柴油; 多元逐步线性回归法优于单变量回归法, 其建立的柴油、 机油和汽油的估算模型决定系数均大于0.95, 校正均方根误差小于0.47, 验证均方根误差小于0.56, 估算精度较高。

石油和石油产品的泄漏可造成严重的土壤污染, 传统的土壤石油烃污染监测方法存在耗时长、 便携性差等问题, 难以满足大面积诊断土壤污染区域和数字化土壤制图的需求。 可见-近红外光谱技术具有快速、 便捷、 低成本和无污染等优势, 是土壤信息快速获取最有潜力的手段, 也是未来研究发展的趋势。 该技术目前在监测土壤性质领域已经取得了一定的成果, 但在监测土壤石油烃污染方面, 国内外的研究仍然处于起步阶段, 石油烃含量反演模型的实际应用仍然是难点, 而且针对现有的成果很少有人对其进行总结。 文章探讨了可见-近红外光谱监测土壤石油烃污染的可行性, 并归纳和总结了污染土壤的光谱敏感波段、 预测模型和光谱数据库三个方面近几年最新的研究进展, 分析了目前研究成果中存在的不足, 并对未来的研究方向进行了展望, 指出今后应加强多种类型土壤石油烃混合物样本、 通用的石油烃预测模型、 野外光谱测量实验和成像光谱技术等四方面研究, 以期为后续进行土壤石油烃污染的深入研究提供借鉴。

油料池火焰内部分为不同燃烧区域, 目前对油池火内部传热特性研究较少。 针对油池火内部传热特性研究不足的现状, 构建了红外火焰光谱测试系统, 研究分析了92#汽油、 95#汽油及润滑油池火焰红外光谱特性, 对油池火焰不同燃烧区域的光谱信息进行了提取分析, 结果表明: 三种油料池火焰光谱特征相似, 存在多个CO2, H2O及炭黑颗粒等燃烧产物的特征发射波段, 3.4 μm处C—H伸缩振动峰明显; 火焰烟气区主要光谱特征为4～4.5 μm波段范围内高温CO2发射峰, 该区域火焰与空气换热剧烈, 温度变化不稳定, 火焰脉动频率较高; 火焰间歇区的光谱特征是4～4.5 μm波段范围内高温CO2发射峰, 与烟气区相比, 火焰间歇区脉动频率相对较低; 与烟气区及间歇区相比, 火焰连续区燃烧较为稳定, 该区域的光谱特征明显, 在2.5～3 μm波段范围内炭黑粒子发射光谱强度较高, 且在3.4 μm处存在C—H伸缩振动峰, 表明油料池火焰光谱3.4 μm处的特征峰由高温油蒸汽产生。 油池火焰不同燃烧区域光谱特征分析表明, 油池火焰液态油表面的“富燃料层”吸收火焰传热, 引起3.4 μm附近油蒸汽分子能级的改变。 油池火焰不同燃烧区域发射光谱强度计算表明, 火焰连续区的强度最大, 其次为间歇区, 火焰烟气区与空气对流强烈, 测得的发射光谱强度最低。 研究结果为火焰—油料传热模型的修正提供了参考。

针对油料火焰光谱特性研究不足的现状，通过构建全火焰红外测试系统，在室外开放空间条件下对多种油料及其他可燃物火焰的发射光谱进行了测试分析研究，光谱范围为1~14 μm。结果表明，蜂窝煤原始光谱信号最为特殊。其他燃料火焰光谱信号经db2 小波5 层分解后，92#汽油、95#汽油、0#柴油、航空煤油、润滑油火焰光谱低频分量特征相似，在1.2、3.4、4.5 μm 附近存在较强的发射峰。各油料火焰光谱第5 层细节系数重叠度较高。92#汽油、0#柴油火焰光谱低频分量及细节系数与其他燃料(木柴、酒精及纸张)相比特征明显。实验结论对基于光谱特性分析的油料火焰探测识别具有重要借鉴意义。