地物光譜儀在野外測量中的使用

論文摘要 在遙感技術中，為(wei) 了更地判讀多光譜圖像，掌握地麵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(yi) 的測量原理方法、工作規範及注意事項，概要地說明了影響光譜測量的因素。 
　　 
　　　　 
　　在遙感領域中，為(wei) 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，需要適用於(yu) 野外測量的光譜儀(yi) 器。對野外地物光譜進行測量，我們(men) 使用的是美國ASD公司FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀(yi) 。其主要技術指標為(wei) ：波長範圍為(wei) 300~1 100nm，光譜采樣間隔為(wei) 1.6nm，靈敏度線性：±1%。FieldSpec?誖HandHeld手持便攜式光譜分析儀(yi) 可用於(yu) 戶外目標可見—近紅外波段的光譜輻射測量。該光譜儀(yi) 在戶外主要利用太陽輻射作為(wei) 照明光源，利用響應度定標數據，可測量並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；通過對經過標定的漫反射參考板的測量，可獲得地麵的總照度以及直射、漫射照度光譜信息；利用特定的輔助測量裝置，可獲得地麵目標的BRDF（方向反射因子）光譜信息參數。 
　　為(wei) 了使地物光譜數據可靠和高的質量，使數據便於(yu) 對比和應用，有必要提出地物光譜測試規範和測量要求。 
　　 
　　1儀(yi) 器的標準和標定 
　　 
　　1.1光譜分辨率 
　　實用分辨寬度對0.04~1.10μｍ小於(yu) 5nm，1.1~2.5μm小於(yu) 15nm。對於(yu) FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀(yi) ，起始波長為(wei) 325nm，終止波長為(wei) 1 075nm，波長步長為(wei) 1nm，則光譜分辨率取3nm。 
　　1.2線性標定 
　　線性動態範圍有3個(ge) 量級，zui大信號對應為(wei) 0.8~1.0，太陽常數照明的白板（＜90％）峰值響應輸出。線性誤差小於(yu) 3％（回歸誤差）。 
　　1.3光譜響應度的標定 
　　反射率小於(yu) 、等於(yu) 15％（大於(yu) 1％）的目標，信噪比應大於(yu) 10。反射率大於(yu) 15％的目標，信噪比應大於(yu) 20。 
　　 
　　2野外測定方法與(yu) 工作規範 
　　 
　　2.1目標選取 
　　選取測量目標要具有代表性，應能真實反映被測目標的平均自然性。對於(yu) 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能見度的要求 
　　對一般無嚴(yan) 重大氣汙染地區，測量時的水平能見度要求不小10km。 
　　2.3雲(yun) 量限定 
　　太陽周圍９０°立體(ti) 角，淡積雲(yun) 量，無卷雲(yun) 、濃積雲(yun) 等，光照穩定。 
　　2.4風力要求 
　　測量時間內(nei) 風力小於(yu) ５級，對植物，測量時風力小於(yu) 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，對準標準參考板進行定標校準，得到接近100％的基線，然後對著目標地物測量；為(wei) 使所測數據能與(yu) 衛星傳(chuan) 感器所獲得的數據進行比較，測量儀(yi) 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後進行，風力不超過5級，如果測試土壤光譜，必須在雨過3d以後進行。為(wei) 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(yi) 器的位置 
　　儀(yi) 器向下正對著被測物體(ti) ，至少保持與(yu) 水平麵的法線夾角在±10°之內(nei) ，保持一定的距離，探頭距離地麵高度通常在1.3m，以便獲取平均光譜。視域範圍可以根據相對高度和視場角計算。如果有多個(ge) 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，注意測量代表性的物種。 
　　3.2傳(chuan) 感器探頭的選擇 
　　當野外地物範圍比較大，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；當地物分布麵積較小時，或者物種在近距離內(nei) 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，人應該麵向陽光，這樣可以得到一致的測量結果。野外大範圍測試光譜數據時，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鍾就要用白板校正1次，防止傳(chuan) 感器響應係統的漂移和太陽入射角的變化影響，如果天氣較差，校正應更頻繁。校正時白板應放置水平。 
　　3.5防止光汙染 
　　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(hui) 改變反射物體(ti) 的反射光譜特征。 
　　要注意避免自身陰影落在目標物上。當使用翻鬥卡車或其他平台從(cong) 高處測量地物目標時，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 
　　光譜測試應在10～14時之間完成，並在無雲(yun) 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(ge) 測點測試5個(ge) 數據，以求平均值，降低噪聲和隨機性。 
　　3.7采集輔助數據 
　　在所有的測試地點必須采集GPS數據，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，便於(yu) 後續的解譯分析。 
　　野外地物光譜測量是一個(ge) 需要綜合考慮各種光譜影響因素的複雜過程，我們(men) 所獲取的光譜數據是太陽高度角、太陽方位角、雲(yun) 、風、相對濕度、入射角、探測角、儀(yi) 器掃描速度、儀(yi) 器視場角、儀(yi) 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(yu) 任務製定相對應的試驗方案，排除各種幹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，並在觀測時詳細記錄參數、儀(yi) 器參數以及觀測目標（如土壤、植被、人工目標）的輔助信息。隻有這樣，所測結果才是可靠的並具有可比性，為(wei) 以後的圖像解譯和光譜重建提供依據。 
　　 
　　參考文獻 
　　 
　　[1] 中國工程學會(hui) ，中國農(nong) 業(ye) 工程研究設計院.國外農(nong) 業(ye) 工程第（9輯）[M].上海：上海科學技術文獻出版社，1983. 
　　[2] 萬(wan) 餘(yu) 慶，譚克龍，周日平.高光譜遙感應用研究[M].北京：科學出版社，2006. 
　　[3] 浦瑞良，宮鵬.高光譜遙感及應用[M].北京：高等出版社，2000. 
　　[4] 閏錦城，娜日蘇.地物光譜儀(yi) 在野外光譜測量中的應用初探[J].內(nei) 蒙古氣象，2005（3）：33-34.