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談地物光譜儀在野外光譜測(cè)量中的使用
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(cè)量原理方法、工作規(guī)范及注意事項(xiàng)，概要地說明了影響光譜測(cè)量的因素。關(guān)鍵詞： 地物光譜儀；野外測(cè)量；工作規(guī)范
在遙感領(lǐng)域中，為了研究各種不同地物或環(huán)境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(cè)量的光譜儀器。對(duì)野外地物光譜進(jìn)行測(cè)量，我們使用的是美國(guó)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(zhǎng)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(cè)量。該光譜儀在戶外主要利用太陽(yáng)輻射作為照明光源，利用響應(yīng)度定標(biāo)數(shù)據(jù)，可測(cè)量并獲得地物目標(biāo)的光譜輻亮度；利用漫反射參考板對(duì)比測(cè)量，可獲得目標(biāo)的反射率光譜信息；通過對(duì)經(jīng)過標(biāo)定的漫反射參考板的測(cè)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(cè)量機(jī)械裝置，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(duì)比和應(yīng)用，有必要提出地物光譜測(cè)試規(guī)范和測(cè)量要求。
1儀器的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)定
1.1光譜分辨率
實(shí)用分辨寬度對(duì)0.04~1.10μｍ小于5nm，1.1~2.5μm小于15nm。對(duì)于FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀，起始波長(zhǎng)為325nm，終止波長(zhǎng)為1 075nm，波長(zhǎng)步長(zhǎng)為1nm，則光譜分辨率取3nm。
1.2線性標(biāo)定
線性動(dòng)態(tài)范圍有3個(gè)量級(jí)，最大信號(hào)對(duì)應(yīng)為0.8~1.0，太陽(yáng)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(cè)定方法與工作規(guī)范
2.1目標(biāo)選取
選取測(cè)量目標(biāo)要具有代表性，應(yīng)能真實(shí)反映被測(cè)目標(biāo)的平均自然性。對(duì)于植被冠層及用物的測(cè)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(duì)一般無(wú)嚴(yán)重大氣污染地區(qū)，測(cè)量時(shí)的水平能見度要求不小10km。
2.3云量限定
太陽(yáng)周圍９０°立體角，淡積云量，無(wú)卷云、濃積云等，光照穩(wěn)定。
2.4風(fēng)力要求
測(cè)量時(shí)間內(nèi)風(fēng)力小于５級(jí)，對(duì)植物，測(cè)量時(shí)風(fēng)力小于３級(jí)。
2.5測(cè)量方法
在11時(shí)30分至14時(shí)30分進(jìn)行測(cè)量，每種地物光譜測(cè)量前，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)參考板進(jìn)行定標(biāo)校準(zhǔn)，得到接近100％的基線，然后對(duì)著目標(biāo)地物測(cè)量；為使所測(cè)數(shù)據(jù)能與衛(wèi)星傳感器所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，測(cè)量?jī)x器均垂直向下進(jìn)行測(cè)量。
3野外光譜測(cè)量注意事項(xiàng)
野外光譜測(cè)試的基本要求是在晴天中午前后進(jìn)行，風(fēng)力不超過5級(jí)，如果測(cè)試土壤光譜，必須在雨過3d以后進(jìn)行。為了使數(shù)據(jù)具有代表性，要仔細(xì)比較選擇被測(cè)地物，對(duì)同一種地物測(cè)量多次，保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可比。
3.1儀器的位置
儀器向下正對(duì)著被測(cè)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(duì)高度和視場(chǎng)角計(jì)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(cè)量植物冠層光譜時(shí)，注意測(cè)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(cè)距離比較近時(shí)，選用較大視場(chǎng)角的探頭；當(dāng)?shù)匚锓植济娣e較小時(shí)，或者物種在近距離內(nèi)比較混雜，或需要測(cè)量遠(yuǎn)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(yīng)該面向陽(yáng)光，這樣可以得到一致的測(cè)量結(jié)果。野外大范圍測(cè)試光譜數(shù)據(jù)時(shí)，需要沿著陰影的反方向布置測(cè)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(yīng)系統(tǒng)的漂移和太陽(yáng)入射角的變化影響，如果天氣較差，校正應(yīng)更頻繁。校正時(shí)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(lán)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(biāo)物上。當(dāng)使用翻斗卡車或其他平臺(tái)從高處測(cè)量地物目標(biāo)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觀測(cè)時(shí)間和頻度
光譜測(cè)試應(yīng)在10～14時(shí)之間完成，并在無(wú)云晴朗的天空下進(jìn)行，盡量避免過早或過晚。在時(shí)間許可時(shí)，盡量多測(cè)一些光譜。每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試5個(gè)數(shù)據(jù)，以求平均值，降低噪聲和隨機(jī)性。
3.7采集輔助數(shù)據(jù)
在所有的測(cè)試地點(diǎn)必須采集GPS數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄測(cè)點(diǎn)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(cè)量是一個(gè)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(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角、云、風(fēng)、相對(duì)濕度、入射角、探測(cè)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(biāo)本身光譜特性等各種因素共同作用的結(jié)果。光譜測(cè)定前要根據(jù)測(cè)定的目標(biāo)與任務(wù)制定相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方案，排除各種干擾因素對(duì)所測(cè)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(cè)時(shí)詳細(xì)記錄環(huán)境參數(shù)、儀器參數(shù)以及觀測(cè)目標(biāo)（如土壤、植被、人工目標(biāo)）的輔助信息。只有這樣，所測(cè)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(xiàn)
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