實(shí)驗(yàn)1——地物光譜的測(cè)試

1、實(shí)驗(yàn)1 可見光與近紅外波譜測(cè)試1.1 實(shí)習(xí)概述按照國(guó)家光譜數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)測(cè)試參考標(biāo)準(zhǔn)選擇典型進(jìn)行地物反射、發(fā)射光譜測(cè)試。根據(jù)所測(cè)的光譜曲線特征選擇最佳遙感波段和最佳遙感時(shí)間。1.2 實(shí)習(xí)目的 掌握地物反射、發(fā)射光譜特性的基本概念，特點(diǎn)； 掌握典型地物光譜的測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理的基本流程和方法； 分析影響地物波譜特性測(cè)定的因素；了解地物表面不同幾何狀況、含水狀況、風(fēng)化狀況、粗糙程度對(duì)反射、發(fā)射光譜的影響；了解多種地物光譜隨時(shí)間變化的特征與規(guī)律；了解入射和觀測(cè)角度變化對(duì)地物光譜的影響。 培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際及知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。1.3 實(shí)習(xí)任務(wù)測(cè)量試驗(yàn)區(qū)的植被、水、土

2、壤、道路的光譜特性。要求測(cè)定不同植被、水、土壤、道路的波譜特性曲線，即每類地物至少選擇5個(gè)小類（或樣本）。 清水、營(yíng)養(yǎng)化水、污染水反射光譜、發(fā)射光譜測(cè)試與特征分析； 不同覆蓋度、不同長(zhǎng)勢(shì)植被覆蓋反射光譜、發(fā)射光譜測(cè)試與特征分析； 城鄉(xiāng)非自然目標(biāo)反射光譜、發(fā)射光譜測(cè)試與特征分析； 土壤反射光譜、發(fā)射光譜測(cè)試與特征分析； 巖石反射光譜、發(fā)射光譜測(cè)試與特征分析。要求：上述5個(gè)實(shí)驗(yàn)根據(jù)具體情況必作2個(gè)，選作1個(gè)。1.4 設(shè)備（軟件）及資料準(zhǔn)備1.4.1 實(shí)習(xí)設(shè)備及軟件測(cè)定地物反射光譜特性的儀器是可見光、近紅外光譜儀。儀器由收集器、分光器、探測(cè)器和顯示或記錄器組成。測(cè)定地物發(fā)射光譜特性的儀器是熱紅外波譜

3、儀、熱紅外輻射計(jì)。1.4.2 實(shí)習(xí)前準(zhǔn)備工作1.4.2.1 光譜測(cè)試儀器的標(biāo)定測(cè)量?jī)x器在采集數(shù)據(jù)前必須通過指定的定標(biāo)實(shí)驗(yàn)室的定標(biāo)檢測(cè)，檢驗(yàn)儀器的工作性能。儀器的定標(biāo)在室內(nèi)定標(biāo)和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)，并在提交數(shù)據(jù)時(shí)附上相應(yīng)測(cè)量?jī)x器的定標(biāo)報(bào)告。若對(duì)同一種典型地物（農(nóng)作物、巖礦、水體等）的相同觀測(cè)項(xiàng)目采用不同型號(hào)的測(cè)量?jī)x器，則必須在觀測(cè)實(shí)驗(yàn)前到指定的實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)一校準(zhǔn)和比對(duì)：即在相同的條件下，同時(shí)測(cè)量同一目標(biāo)，進(jìn)行歸一化處理，分析各儀器的誤差，以精度高的儀器為準(zhǔn)，進(jìn)行誤差訂正，并在提交數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)附上相應(yīng)測(cè)量?jī)x器的比對(duì)報(bào)告。其中波譜儀與輻射計(jì)的性能要求為： 可見光、近紅外波段波譜儀 波譜儀讀數(shù)時(shí)間漂

4、移最大值，在0.381.1m 范圍平均不得超過3； 波譜儀的讀數(shù)的線性度誤差不得超過1； 波譜儀在0.381.1m 范圍波長(zhǎng)絕對(duì)誤差平均不得超過0.8nm。 短波紅外波段波譜儀 在1.12.5m 范圍波譜儀讀數(shù)時(shí)間漂移最大值，平均不得超過5； 波譜儀讀數(shù)的線性度誤差不得超過3； 波譜儀在1.12.5m 范圍波長(zhǎng)絕對(duì)誤差平均不得超過2.0nm。 熱紅外波譜儀 在420m 范圍波譜儀讀數(shù)的時(shí)間漂移最大值，平均不得超過10； 波譜儀讀數(shù)的線性度誤差不得超過5。 熱紅外輻射計(jì)（812.5m 和814m） 熱紅外輻射計(jì)讀數(shù)的時(shí)間漂移最大值，平均不得超過0.2K； 熱紅外輻射計(jì)讀數(shù)的4次方線性之間的修正平

5、均誤差不得超過5； 熱紅外輻射計(jì)讀數(shù)的波長(zhǎng)絕對(duì)誤差平均不得超過0.2m。1.4.2.2 數(shù)據(jù)采集輔助設(shè)備的狀態(tài)檢查野外數(shù)據(jù)采集輔助設(shè)備（數(shù)碼相機(jī)，手持GPS定位設(shè)備，數(shù)據(jù)采集終端）采用開機(jī)使用模式進(jìn)行狀態(tài)檢查。選擇、聯(lián)系合適的測(cè)試目標(biāo)與地點(diǎn)。1.4.2.3 實(shí)習(xí)方式建議每組4-6人，可見光-近紅外反射光譜測(cè)試2-3人，熱紅外輻射亮溫測(cè)試2-3人。 野外分組測(cè)試，指導(dǎo)教師巡回檢查和集中檢查相結(jié)合； 水體測(cè)試選擇不同特征的河流段； 熱紅外輻射光譜的測(cè)試時(shí)間為24小時(shí)。1.5 實(shí)驗(yàn)步驟1.5.1 反射、發(fā)射光譜測(cè)試的基本步驟與方法 準(zhǔn)備階段 學(xué)習(xí)儀器與設(shè)備使用說明書，嚴(yán)禁違規(guī)操作； 領(lǐng)取儀器，認(rèn)定責(zé)

6、任人； 預(yù)置光譜儀器參數(shù)、白板參數(shù)。注意事項(xiàng)：保護(hù)白板的表面不被污染。 實(shí)測(cè)階段 進(jìn)入選擇好的測(cè)試點(diǎn)； 架設(shè)光譜儀； 用羅盤測(cè)量光譜儀觀測(cè)方位角、俯角并記錄； 用羅盤測(cè)量太陽方位角、高度角并記錄； 采集數(shù)據(jù)； 非光譜記錄內(nèi)容包括氣象、水文、物理、化學(xué)和生物學(xué)等項(xiàng)，如：風(fēng)速、風(fēng)向、目標(biāo)物名稱、溫度、時(shí)間、地點(diǎn)、參加人員及具體的分工、天氣狀況、下墊面情況、儀器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、特殊情況說明等。注意事項(xiàng) 目標(biāo)物的波譜與其質(zhì)地密切相關(guān)，因此在記錄輔助參數(shù)時(shí)必須嚴(yán)格、詳細(xì)地對(duì)該目標(biāo)進(jìn)行描述，包括類型、成分、形狀、顏色等； 每一份記錄均需責(zé)任人簽名。 數(shù)據(jù)處理階段 回放下載光譜數(shù)據(jù)； 計(jì)算光譜反射率； 繪制不同目

7、標(biāo)、不同時(shí)間的光譜反射率曲線。 綜合分析階段 利用已有典型地物的標(biāo)準(zhǔn)反射率曲線、較為成熟的模型、先驗(yàn)知識(shí)并結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法檢驗(yàn)波譜數(shù)據(jù)； 將初步檢驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)的非波譜參數(shù)結(jié)合進(jìn)行非自然目標(biāo)的類型分析。1.5.2 Avantes光譜儀測(cè)試地物波譜操作方法及實(shí)例1.5.2.1 Avantes光譜儀相關(guān)參數(shù)及使用說明 探測(cè)面陣：2048x14； 光纖探頭角度25度； 準(zhǔn)直透鏡0-30度可調(diào)； Average表示間隔掃描時(shí)間； 照標(biāo)準(zhǔn)白板時(shí)，反射率值需調(diào)整到100%； Scope模式下，調(diào)整積分時(shí)間，獲取并保存暗光譜和參考光譜； T模式下，再測(cè)暗光譜和參考光譜； 如果調(diào)整了積分時(shí)間和平均次數(shù)的情況下，重

8、新獲取并保存暗光譜和參考光譜。1.5.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟 儀器連接/軟件安裝及參數(shù)設(shè)置 軟件的安裝將軟件光盤插入CD-ROM中，點(diǎn)擊AvaSoft 7.2 for USB2進(jìn)行安裝。 儀器的連接及軟件啟動(dòng)將光譜儀、掃描探頭與電腦連接好后，第一次使用時(shí)會(huì)有一個(gè)硬件的安裝向?qū)?，安裝完成后運(yùn)行AvaSoft 7.2 for USB2。軟件的界面如下圖所示：圖1 AvaSoft 7.2 for USB2軟件界面圖首先使用File/Start New Experiment創(chuàng)建一個(gè)工程，根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行命名，其默認(rèn)擴(kuò)展名為*.kon，界面如下圖所示。圖2 相關(guān)參數(shù)的設(shè)置在Setup菜單中調(diào)整Smoothin

9、g參數(shù)，為所使用的Fiber/Slit直徑選擇最優(yōu)化Smoothing參數(shù)，對(duì)于AvaSpec-2048-USB2光譜儀來說，應(yīng)將Smoothing選項(xiàng)設(shè)置為1。圖3 系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置為避免氣象條件對(duì)光譜儀造成的影響，應(yīng)先針對(duì)當(dāng)前的天氣狀況，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行一定程度的優(yōu)化。將光纖探頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)白板，點(diǎn)擊菜單欄上的按鈕轉(zhuǎn)換到光譜圖模式(Scope mode)，進(jìn)入Scope模式；點(diǎn)擊start按鈕，獲得參考光譜，再按按鈕，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)調(diào)整積分時(shí)間和用于光譜平均的次數(shù)，也可根據(jù)具體情況，進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置。如下圖所示：圖4 地物光譜測(cè)試 獲取暗光譜將掃描探頭用探頭蓋蓋住，在Scope模式下，點(diǎn)擊按鈕，獲取

10、暗光譜。點(diǎn)擊菜單中的File/Save-Dark，或用鼠標(biāo)點(diǎn)擊屏幕左上方的黑色框，以便保存暗光譜。 獲取參考光譜將探頭垂直對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)白板，在Scope模式下，通過菜單選擇File/Save Reference或者點(diǎn)擊屏幕左上方的白色框，以便保存參考光譜。 測(cè)定地物的反射波譜首先，點(diǎn)擊菜單欄中的按鈕，進(jìn)入Transmittance模式，再將探頭對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)白板以獲取當(dāng)前模式下的參考光譜并存儲(chǔ)；再將光譜儀的探頭對(duì)準(zhǔn)待測(cè)地物，得到地物的反射波譜曲線。 保存波譜可以選擇菜單中的File/Save Experment，或者點(diǎn)擊工具條中的按紐，以便保存當(dāng)前所觀測(cè)的地物波譜。 查看保存的光譜點(diǎn)擊菜單，選擇display saved graph。如下圖所示。圖51.6 提交的資料