地物光譜儀在野外光譜測量中的使用

地物光譜儀在野外光譜測量中的使用

　　論文關(guān)鍵詞 地物光譜儀；野外測量；工作規(guī)范

　　論文摘要 在遙感技術(shù)中，為了更精確地判讀多光譜圖像，掌握地面上各種地物的光譜輻射特性是十分重要的。介紹FieldSpec?誖 HandHeld 手持便攜式光譜分析儀的測量原理方法、工作規(guī)范及注意事項，概要地說明了影響光譜測量的因素。
　　
　　　　
　　在遙感領(lǐng)域中，為了研究各種不同地物或在野外自然條件下的可見和近紅外波段反射光譜，需要適用于野外測量的光譜儀器。對野外地物光譜進行測量，我們使用的是美國ASD公司FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀。其主要技術(shù)指標(biāo)為：波長范圍為300~1 100nm，光譜采樣間隔為1.6nm，靈敏度線性：±1%。FieldSpec?誖HandHeld手持便攜式光譜分析儀可用于戶外目標(biāo)可見—近紅外波段的光譜輻射測量。該光譜儀在戶外主要利用太陽輻射作為照明光源，利用響應(yīng)度定標(biāo)數(shù)據(jù)，可測量并獲得地物目標(biāo)的光譜輻亮度；利用漫反射參考板對比測量，可獲得目標(biāo)的反射率光譜信息；通過對經(jīng)過標(biāo)定的漫反射參考板的測量，可獲得地面的總照度以及直射、漫射照度光譜信息；利用特定的輔助測量裝置，可獲得地面目標(biāo)的BRDF（方向反射因子）光譜信息參數(shù)。
　　為了使地物光譜數(shù)據(jù)可靠和高的質(zhì)量，使數(shù)據(jù)便于對比和應(yīng)用，有必要提出地物光譜測試規(guī)范和測量要求。
　　
　　1儀器的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)定
　　
　　1.1光譜分辨率
　　實用分辨寬度對0.04~1.10μｍ小于5nm，1.1~2.5μm小于15nm。對于FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀，起始波長為325nm，終止波長為1 075nm，波長步長為1nm，則光譜分辨率取3nm。
　　1.2線性標(biāo)定
　　線性動態(tài)范圍有3個量級，最大信號對應(yīng)為0.8~1.0，太陽常數(shù)照明的白板（＜90％）峰值響應(yīng)輸出。線性誤差小于3％（回歸誤差）。
　　1.3光譜響應(yīng)度的標(biāo)定
　　反射率小于、等于15％（大于1％）的目標(biāo)，信噪比應(yīng)大于10。反射率大于15％的目標(biāo)，信噪比應(yīng)大于20。
　　
　　2野外測定方法與工作規(guī)范
　　
　　2.1目標(biāo)選取
　　選取測量目標(biāo)要具有代表性，應(yīng)能真實反映被測目標(biāo)的平均自然性。對于植被冠層及用物的測量應(yīng)考慮目標(biāo)和背景的綜合效應(yīng)。
　　2.2能見度的要求
　　對一般無嚴重大氣污染地區(qū)，測量時的水平能見度要求不小10km。
　　2.3云量限定
　　太陽周圍９０°立體角，淡積云量，無卷云、濃積云等，光照穩(wěn)定。
　　2.4風(fēng)力要求
　　測量時間內(nèi)風(fēng)力小于５級，對植物，測量時風(fēng)力小于３級。
　　2.5測量方法
　　在11時30分至14時30分進行測量，每種地物光譜測量前，對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)參考板進行定標(biāo)校準(zhǔn)，得到接近100％的基線，然后對著目標(biāo)地物測量；為使所測數(shù)據(jù)能與衛(wèi)星傳感器所獲得的數(shù)據(jù)進行比較，測量儀器均垂直向下進行測量。
　　
　　3野外光譜測量注意事項
　　
　　野外光譜測試的基本要求是在晴天中午前后進行，風(fēng)力不超過5級，如果測試土壤光譜，必須在雨過3d以后進行。為了使數(shù)據(jù)具有代表性，要仔細比較選擇被測地物，對同一種地物測量多次，保證測試結(jié)果準(zhǔn)確可比。
　　3.1儀器的位置
　　儀器向下正對著被測物體，至少保持與水平面的法線夾角在±10°之內(nèi)，保持一定的距離，探頭距離地面高度通常在1.3m，以便獲取平均光譜。視域范圍可以根據(jù)相對高度和視場角計算。如果有多個探頭可選，則在野外盡量選擇寬視域探頭。測量植物冠層光譜時，注意測量最具代表性的物種。
　　3.2傳感器探頭的選擇
　　當(dāng)野外地物范圍比較大，物種純度比較高、觀測距離比較近時，選用較大視場角的探頭；當(dāng)?shù)匚锓植济娣e較小時，或者物種在近距離內(nèi)比較混雜，或需要測量遠處地物時，則選用小視場角的探頭。
　　3.3避免陰影
　　探頭定位時必須避免陰影，人應(yīng)該面向陽光，這樣可以得到一致的測量結(jié)果。野外大范圍測試光譜數(shù)據(jù)時，需要沿著陰影的反方向布置測點。
　　3.4白板反射校正
　　天氣較好時每隔幾分鐘就要用白板校正1次，防止傳感器響應(yīng)系統(tǒng)的漂移和太陽入射角的變化影響，如果天氣較差，校正應(yīng)更頻繁。校正時白板應(yīng)放置水平。
　　3.5防止光污染
　　不要穿帶淺色、特色衣帽，如果穿戴白色、亮紅色、黃色、綠色、藍色的衣帽，就會改變反射物體的反射光譜特征。
　　要注意避免自身陰影落在目標(biāo)物上。當(dāng)使用翻斗卡車或其他平臺從高處測量地物目標(biāo)時，要注意避免金屬反光，如果有，則需要用黑布包住反光部位。
　　3.6觀測時間和頻度
　　光譜測試應(yīng)在10～14時之間完成，并在無云晴朗的天空下進行，盡量避免過早或過晚。在時間許可時，盡量多測一些光譜。每個測點測試5個數(shù)據(jù)，以求平均值，降低噪聲和隨機性。
　　3.7采集輔助數(shù)據(jù)
　　在所有的測試地點必須采集GPS數(shù)據(jù)，詳細記錄測點的位置、植被覆蓋度、類型以及異常條件、探頭的高度，配以野外照相記錄，便于后續(xù)的解譯分析。
　　野外地物光譜測量是一個需要綜合考慮各種光譜影響因素的復(fù)雜過程，我們所獲取的光譜數(shù)據(jù)是太陽高度角、太陽方位角、云、風(fēng)、相對濕度、入射角、探測角、儀器掃描速度、儀器視場角、儀器的采樣間隔、光譜分辨率、坡向、坡度及目標(biāo)本身光譜特性等各種因素共同作用的結(jié)果。光譜測定前要根據(jù)測定的目標(biāo)與任務(wù)制定相對應(yīng)的試驗方案，排除各種干擾因素對所測結(jié)果的影響，使所得的光譜數(shù)據(jù)盡量反映目標(biāo)本身的光譜特性，并在觀測時詳細記錄參數(shù)、儀器參數(shù)以及觀測目標(biāo)（如土壤、植被、人工目標(biāo)）的輔助信息。只有這樣，所測結(jié)果才是可靠的并具有可比性，為以后的圖像解譯和光譜重建提供依據(jù)。
　　
　　參考文獻
　　
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