實驗1-地物光譜的測試

實驗1可見光與近紅外波譜測試實習(xí)概述按照國家光譜數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)測試參考標準選擇典型進行地物反射、發(fā)射光譜測試。根據(jù)所測的光譜曲線特征選擇最正確遙感波段和最正確遙感時間。實習(xí)目的掌握地物反射、發(fā)射光譜特性的根本概念，特點；掌握典型地物光譜的測試方法和實驗數(shù)據(jù)分析處理的根本流程和方法；分析影響地物波譜特性測定的因素；了解地物外表不同幾何狀況、含水狀況、風(fēng)化狀況、粗糙程度對反射、發(fā)射光譜的影響；了解多種地物光譜隨時間變化的特征與規(guī)律；了解入射和觀測角度變化對地物光譜的影響。培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際及知識的綜合運用能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。實習(xí)任務(wù)測量試驗區(qū)的植被、水、土壤、道路的光譜特性。要求測定不同植被、水、土壤、道路的波譜特性曲線，即每類地物至少選擇5個小類〔或樣本〕。清水、營養(yǎng)化水、污染水反射光譜、發(fā)射光譜測試與特征分析；不同覆蓋度、不同長勢植被覆蓋反射光譜、發(fā)射光譜測試與特征分析；城鄉(xiāng)非自然目標反射光譜、發(fā)射光譜測試與特征分析；土壤反射光譜、發(fā)射光譜測試與特征分析；巖石反射光譜、發(fā)射光譜測試與特征分析。要求：上述5個實驗根據(jù)具體情況必作2個，選作1個。設(shè)備〔軟件〕及資料準備1.4.1實習(xí)設(shè)備及軟件測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、探測器和顯示或記錄器組成。測定地物發(fā)射光譜特性的儀器是熱紅外波譜儀、熱紅外輻射計。1.4.2實習(xí)前準備工作1.4.2.1光譜測試儀器的標定測量儀器在采集數(shù)據(jù)前必須通過指定的定標實驗室的定標檢測，檢驗儀器的工作性能。儀器的定標在室內(nèi)定標和實驗場地現(xiàn)場定標，并在提交數(shù)據(jù)時附上相應(yīng)測量儀器的定標報告。假設(shè)對同一種典型地物〔農(nóng)作物、巖礦、水體等〕的相同觀測工程采用不同型號的測量儀器，那么必須在觀測實驗前到指定的實驗室或?qū)嶒瀳鲞M行統(tǒng)一校準和比對：即在相同的條件下，同時測量同一目標，進行歸一化處理，分析各儀器的誤差，以精度高的儀器為準，進行誤差訂正，并在提交數(shù)據(jù)時應(yīng)附上相應(yīng)測量儀器的比對報告。其中波譜儀與輻射計的性能要求為：⑴可見光、近紅外波段波譜儀①波譜儀讀數(shù)時間漂移最大值，在0.38－1.1μm范圍平均不得超過3％；②波譜儀的讀數(shù)的線性度誤差不得超過1％；③波譜儀在0.38－1.1μm范圍波長絕對誤差平均不得超過0.8nm。⑵短波紅外波段波譜儀①在1.1－2.5μm范圍波譜儀讀數(shù)時間漂移最大值，平均不得超過5％；②波譜儀讀數(shù)的線性度誤差不得超過3％；③波譜儀在1.1－2.5μm范圍波長絕對誤差平均不得超過2.0nm。⑶熱紅外波譜儀①在4－20μm范圍波譜儀讀數(shù)的時間漂移最大值，平均不得超過10％；②波譜儀讀數(shù)的線性度誤差不得超過5％。⑷熱紅外輻射計〔8－12.5μm和8－14μm〕①熱紅外輻射計讀數(shù)的時間漂移最大值，平均不得超過0.2K；②熱紅外輻射計讀數(shù)的4次方－線性之間的修正平均誤差不得超過5％；③熱紅外輻射計讀數(shù)的波長絕對誤差平均不得超過0.2μm。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，手持GPS定位設(shè)備，數(shù)據(jù)采集終端〕采用開機使用模式進行狀態(tài)檢查。選擇、聯(lián)系適宜的測試目標與地點。1.4.2.3實習(xí)方式建議每組4-6人，可見光-近紅外反射光譜測試2-3人，熱紅外輻射亮溫測試2-3人。①野外分組測試，指導(dǎo)教師巡回檢查和集中檢查相結(jié)合；②水體測試選擇不同特征的河流段；③熱紅外輻射光譜的測試時間為24小時。實驗步驟1.5.1反射、發(fā)射光譜測試的根本步驟與方法⑴準備階段①學(xué)習(xí)儀器與設(shè)備使用說明書，嚴禁違規(guī)操作；②領(lǐng)取儀器，認定責(zé)任人；③預(yù)置光譜儀器參數(shù)、白板參數(shù)?？记绊氈罕Ｗo白板的外表不被污染。⑵實測階段①進入選擇好的測試點；②架設(shè)光譜儀；③用羅盤測量光譜儀觀測方位角、俯角并記錄；④用羅盤測量太陽方位角、高度角并記錄；⑤采集數(shù)據(jù)；⑥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，如：風(fēng)速、風(fēng)向、目標物名稱、溫度、時間、地點、參加人員及具體的分工、天氣狀況、下墊面情況、儀器運轉(zhuǎn)狀況、特殊情況說明等?？记绊氈倌繕宋锏牟ㄗV與其質(zhì)地密切相關(guān)，因此在記錄輔助參數(shù)時必須嚴格、詳細地對該目標進行描述，包括類型、成分、形狀、顏色等；②每一份記錄均需責(zé)任人簽名。⑶數(shù)據(jù)處理階段①回放下載光譜數(shù)據(jù)；②計算光譜反射率；③繪制不同目標、不同時間的光譜反射率曲線。⑷綜合分析階段①利用已有典型地物的標準反射率曲線、較為成熟的模型、先驗知識并結(jié)合統(tǒng)計學(xué)方法檢驗波譜數(shù)據(jù)；②將初步檢驗結(jié)果與相應(yīng)的非波譜參數(shù)結(jié)合進行非自然目標的類型分析。1.5.2Avantes光譜儀測試地物波譜操作方法及實例1.5.2.1Avantes光譜儀相關(guān)參數(shù)及使用說明⑴探測面陣：2048x14；⑵光纖探頭角度25度；⑶準直透鏡0-30度可調(diào)；⑷Average表示間隔掃描時間；⑸照標準白板時，反射率值需調(diào)整到100%；⑹Scope模式下，調(diào)整積分時間，獲取并保存暗光譜和參考光譜；⑺T模式下，再測暗光譜和參考光譜；⑻如果調(diào)整了積分時間和平均次數(shù)的情況下，重新獲取并保存暗光譜和參考光譜。1.5.2.2實驗步驟⑴儀器連接/軟件安裝及參數(shù)設(shè)置①軟件的安裝將軟件光盤插入CD-ROM中，點擊AvaSoft7.2forUSB2進行安裝。②儀器的連接及軟件啟動將光譜儀、掃描探頭與電腦連接好后，第一次使用時會有一個硬件的安裝向?qū)?，安裝完成后運行AvaSoft7.2forUSB2。軟件的界面如下列圖所示：圖SEQ圖\*ARABIC1AvaSoft7.2forUSB2軟件界面圖首先使用File/StartNewExperiment創(chuàng)立一個工程，根據(jù)需要對其進行命名，其默認擴展名為*.kon，界面如下列圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC2③相關(guān)參數(shù)的設(shè)置在Setup菜單中調(diào)整Smoothing參數(shù)，為所使用的Fiber/Slit直徑選擇最優(yōu)化Smoothing參數(shù)，對于AvaSpec-2048-USB2光譜儀來說，應(yīng)將Smoothing選項設(shè)置為1。圖SEQ圖\*ARABIC3④系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置為防止氣象條件對光譜儀造成的影響，應(yīng)先針對當前的天氣狀況，對系統(tǒng)參數(shù)進行一定程度的優(yōu)化。將光纖探頭對準標準白板，點擊菜單欄上的按鈕轉(zhuǎn)換到光譜圖模式(Scopemode)，進入Scope模式；點擊start按鈕，獲得參考光譜，再按按鈕，系統(tǒng)便會自動調(diào)整積分時間和用于光譜平均的次數(shù)，也可根據(jù)具體情況，進行手動設(shè)置。如下列圖所示：圖SEQ圖\*ARABIC4⑵地物光譜測試①獲取暗光譜將掃描探頭用探頭蓋蓋住，在Scope模式下，點擊按鈕，獲取暗光譜。點擊菜單中的File/Save-Dark，或用鼠標點擊屏幕左上方的黑色框，以便保存暗光譜。②獲取參考光譜將探頭垂直對準標準白板，在Scope模式下，通過菜單項選擇擇File/SaveReference或者點擊屏幕左上方的白色框，以便保存參考光譜。③測定地物的反射波譜首先，點擊菜單欄中的按鈕，進入Transmittance模式，再將探頭對準標準白板以獲取當前模式下的參考光譜并存儲；再將光譜儀的探頭對準待測地物，得到地物的反射波譜曲線。④保存波譜可以選擇菜單中的File/SaveExperment，或者點擊工具條中的按紐，以便保存當前所觀測的地物波譜。⑤查看保存的光譜點擊菜單，選擇displaysavedgraph。如下列圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC5