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；工作規范

　　論文摘要 在遙感技術(shù)中，為了更地判讀多光譜圖像，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、工作規范及注意事項，概要地說(shuō)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(jiàn)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(jìn)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)指標為：波長(cháng)范圍為300~1 100nm，光譜采樣間隔為1.6nm，靈敏度線(xiàn)性：±1%。FieldSpec?誖HandHeld手持便攜式光譜分析儀可用于戶(hù)外目標可見(jiàn)—近紅外波段的光譜輻射測量。該光譜儀在戶(hù)外主要利用太陽(yáng)輻射作為照明光源，利用響應度定標數據，可測量并獲得地物目標的光譜輻亮度；利用漫反射參考板對比測量，可獲得目標的反射率光譜信息；通過(guò)對經(jīng)過(guò)標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，可獲得地面目標的BRDF（方向反射因子）光譜信息參數。
　　為了使地物光譜數據可靠和高的質(zhì)量，使數據便于對比和應用，有必要提出地物光譜測試規范和測量要求。
　　
　　1儀器的標準和標定
　　
　　1.1光譜分辨率
　　實(shí)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(cháng)為325nm，終止波長(cháng)為1 075nm，波長(cháng)步長(cháng)為1nm，則光譜分辨率取3nm。
　　1.2線(xiàn)性標定
　　線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍有3個(gè)量級，zui大信號對應為0.8~1.0，太陽(yáng)常數照明的白板（＜90％）峰值響應輸出。線(xiàn)性誤差小于3％（回歸誤差）。
　　1.3光譜響應度的標定
　　反射率小于、等于15％（大于1％）的目標，信噪比應大于10。反射率大于15％的目標，信噪比應大于20。
　　
　　2野外測定方法與工作規范
　　
　　2.1目標選取
　　選取測量目標要具有代表性，應能真實(shí)反映被測目標的平均自然性。對于植被冠層及用物的測量應考慮目標和背景的綜合效應。
　　2.2能見(jiàn)度的要求
　　對一般無(wú)嚴重大氣污染地區，測量時(shí)的水平能見(jiàn)度要求不小10km。
　　2.3云量限定
　　太陽(yáng)周?chē)梗?deg;立體角，淡積云量，無(wú)卷云、濃積云等，光照穩定。
　　2.4風(fēng)力要求
　　測量時(shí)間內風(fēng)力小于５級，對植物，測量時(shí)風(fēng)力小于３級。
　　2.5測量方法
　　在11時(shí)30分至14時(shí)30分進(jìn)行測量，每種地物光譜測量前，對準標準參考板進(jìn)行定標校準，得到接近100％的基線(xiàn)，然后對著(zhù)目標地物測量；為使所測數據能與衛星傳感器所獲得的數據進(jìn)行比較，測量?jì)x器均垂直向下進(jìn)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(jìn)行，風(fēng)力不超過(guò)5級，如果測試土壤光譜，必須在雨過(guò)3d以后進(jìn)行。為了使數據具有代表性，要仔細比較選擇被測地物，對同一種地物測量多次，保證測試結果準確可比。

3.1儀器的位置
　　儀器向下正對著(zhù)被測物體，至少保持與水平面的法線(xiàn)夾角在±10°之內，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。視域范圍可以根據相對高度和視場(chǎng)角計算。如果有多個(gè)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(shí)，注意測量代表性的物種。
　　3.2傳感器探頭的選擇
　　當野外地物范圍比較大，物種純度比較高、觀(guān)測距離比較近時(shí)，選用較大視場(chǎng)角的探頭；當地物分布面積較小時(shí)，或者物種在近距離內比較混雜，或需要測量遠處地物時(shí)，則選用小視場(chǎng)角的探頭。
　　3.3避免陰影
　　探頭定位時(shí)必須避免陰影，人應該面向陽(yáng)光，這樣可以得到一致的測量結果。野外大范圍測試光譜數據時(shí)，需要沿著(zhù)陰影的反方向布置測點(diǎn)。
　　3.4白板反射校正
　　天氣較好時(shí)每隔幾分鐘就要用白板校正1次，防止傳感器響應系統的漂移和太陽(yáng)入射角的變化影響，如果天氣較差，校正應更頻繁。校正時(shí)白板應放置水平。
　　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(huì )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物上。當使用翻斗卡車(chē)或其他平臺從高處測量地物目標時(shí)，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(guān)測時(shí)間和頻度
　　光譜測試應在10～14時(shí)之間完成，并在無(wú)云晴朗的天空下進(jìn)行，盡量避免過(guò)早或過(guò)晚。在時(shí)間許可時(shí)，盡量多測一些光譜。每個(gè)測點(diǎn)測試5個(gè)數據，以求平均值，降低噪聲和隨機性。
　　3.7采集輔助數據
　　在所有的測試地點(diǎn)必須采集GPS數據，詳細記錄測點(diǎn)的位置、植被覆蓋度、類(lèi)型以及異常條件、探頭的高度，配以野外照相記錄，便于后續的解譯分析。
　　野外地物光譜測量是一個(gè)需要綜合考慮各種光譜影響因素的復雜過(guò)程，我們所獲取的光譜數據是太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)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(chǎng)角、儀器的采樣間隔、光譜分辨率、坡向、坡度及目標本身光譜特性等各種因素共同作用的結果。光譜測定前要根據測定的目標與任務(wù)制定相對應的試驗方案，排除各種干擾因素對所測結果的影響，使所得的光譜數據盡量反映目標本身的光譜特性，并在觀(guān)測時(shí)詳細記錄參數、儀器參數以及觀(guān)測目標（如土壤、植被、人工目標）的輔助信息。只有這樣，所測結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。
　　
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