典型地物反射波譜測量與特征分析

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1、典型地物反射波譜測量與特征分析一、實驗目的與要求1.實驗意義：（1）對光譜測量儀器的認識：ASD野外光譜分析儀FieldSpecPro是一種測量可見光到近紅外波段地物波譜的有效工具，它能夠快速掃描地物，光線探頭在毫秒內(nèi)得到地物的單一光譜。FieldSpec分光儀主要由附屬手提電腦，觀測儀器，手槍式把手，光線光學探頭以及連接數(shù)據(jù)線組成。通過連接電腦，可實時持續(xù)顯示測量光譜，使得測量者可以即時獲取需要的測量數(shù)據(jù)。（2）對課堂內(nèi)容的認識：地物反射光譜是指某種物體的反射率或反射輻射能隨波長變化的規(guī)律，以波長為橫坐標，反射率為縱坐標所得到的曲線即為反射波譜特性曲線。影響地物波譜變化的因素：太陽位置（

2、太陽高度角和方位角）。不同的地理位置，海拔高度不同。時間、季節(jié)的變化。地物本身差異、土壤含水量、植被病蟲害。2.實驗目的：（1）地物波譜數(shù)據(jù)獲取需要使用地面光譜儀，通過該實驗學會地面光譜儀的原理與使用方法。（2）通過對地物光譜曲線分析，比較相異與相似地物反射光譜特征。認識并掌握典型地物反射光譜特征。二、實驗內(nèi)容與方法1.實驗內(nèi)容（1）典型地物反射波譜測量選擇典型地物類型，使用地物光譜儀，開展地物光譜測量，獲得典型地物可見光近紅外波段（0.4-2.5微米）的反射光譜曲線。地物類型：植被（草地、灌叢），水體（不同水深，有無植被），土壤（裸土、有少量植被覆蓋土壤），不透水地面（水泥地面、瀝青路面

3、、大理石地面）。（2）地物波譜特征分析a)標準波譜庫瀏覽b)波譜庫創(chuàng)建c)高光譜地物識別l從標準波譜庫選擇端元進行地物識別l自定義端元進行地物識別2.實驗方法（1）ASD光譜儀簡介FieldSpecPro型光譜儀是美國分析光譜設備(ASD)公司主要的野外用高光譜測量設備。整臺儀器重量7.2公斤，可以獲取350~2500nm波長范圍內(nèi)地物的光譜曲線，探測器包括一個用于350-1000nm的512像元NMOS硅光電二極管陣列,以及兩個用于1000-2500nm的單獨的熱電制冷的銦-鎵-砷光電探測器。便攜式光譜儀是“我國典型地物標準波譜數(shù)據(jù)庫”獲取光譜數(shù)據(jù)的主要設備?；炯夹g參數(shù)：線性度：+/-

4、1%波長精度：+/-1nm@700nm波長重復性：在校準溫度的+/-10°C范圍內(nèi)優(yōu)于+/-0.3nm.光譜分辨率:3nm@700nm,10nm@1400nmand2100nm.采樣間隔:在350-1000nm范圍內(nèi)為1.4nm，在1000-2500nm范圍內(nèi)為2nm掃描時間：固定的掃描時間為0.1秒,光譜平均最多可達31,800次等效輻射噪聲):UV/VNIR(紫外到近紅外)1.4x10-9W/cm2/nm/sr@700nmNIR(近紅外)2.4x10-9W/cm2/nm/sr@1400nmNIR(近紅外)8.8x10-9W/cm2/nm/sr@2100nm圖1FieldSpecPro型

5、光譜儀（2）光譜分析方法分波段分析典型地物光譜差異。描述在可見光波段、近紅外波段的各種地物波普特征。三、實驗設備與材料1.實驗設備（1）硬件：ASD光譜儀；手提電腦；白板；GPS；數(shù)碼相機。（2）軟件：ENVIClassic，ASD光譜儀配套軟件（RS3和ViewSpecProGraph）1.實驗材料（1）在學校校園內(nèi)選擇各種典型地物類型進行測量即可。（2）實驗前已測量好的各類數(shù)據(jù)（在野外實驗無法安排時，可以直接給學生提供提前測量好的各類地物光譜數(shù)據(jù)，用于地物光譜特征分析。）2.工作要求（1）天氣情況：地面能見度：晴朗，地面能見度不小于10km，云量要求：太陽周圍90°立體角范圍內(nèi)淡積云量

6、小于2%，無卷云或濃積云等，風力要求：無風或微風（測量時間風力小于4級，對植物測量時風力最好小于3級）測量時間：為保持太陽高度角大于45度，且由于北京地區(qū)處于中緯度地區(qū)，所以測量時間應在北京時間10:00~14:00之間，冬季對于測量時間應該更加嚴格一些。另外，測量速度應該滿足<=1min/組。（1）測量情況：為減少反射光對觀測目標的影響，觀測人員應著深色服裝，觀測時面對太陽站立與目標區(qū)后方，觀測時保持探頭垂直向下，使得機載成像光譜儀觀測方向保持一致，注意觀測目標的二項反射影響。記錄人員應站在觀測人員身后，并避免在目標區(qū)周圍走動。對于記錄人員，在輸出光譜數(shù)據(jù)設置項中，每條光譜的平均采樣次數(shù)

7、應不少于10，測定暗電流的平均采樣次數(shù)不少于20次。每隔20分鐘要重新對標準白板進行測量校正，以持測量數(shù)據(jù)的準確性。此次實驗能夠測得波譜范圍為：350~1050nm之間（可見光和近紅外波段）四、實驗步驟1．地物波譜測定1)光譜儀、計算機充電：光譜儀電量不足時紅燈閃亮，表現(xiàn)為和計算機的測量軟件鏈接中斷，但不會立馬斷電；充滿電后綠燈閃亮；如果黃燈閃亮則說明過熱，測量中若起初曲線噪聲小，使用段時間后近紅外波段波動很大，若測量環(huán)