地物光谱仪在野外光谱测量中的使用解析

ASD 野外光谱仪操作规范1 地物光谱测量原理反射率( Reflectance )定义为物体反射能量与入射能量的比值。

光谱反射率( Spectral Reflectance)为某个特定波长间隔下测定的物体反射率，连续波长测定的物体反射率曲线构成反射率波谱( Reflectance Spectrum)。

由于测定方式的差异，反射率波谱可以根据入射能量的照明方式及反射能量测定方式给定如下4 种定义：(1) 方向－方向反射率波谱：入射能量照明方式为平行直射光，没有或可以忽略散射光；波谱测定仪器仅测定某个特定方向的反射能量。

地物双向反射特性主要就是研究方向－方向反射率波谱。

晴天条件下，以太阳光为照明光源，利用野外便携式地物光谱仪测定的地物反射率波谱就可以近似为方向－方向反射率波谱。

方向－方向反射率的定义与二向反射率 (Bidirectional Reflectance Distribution Function ，BRDF )基本一致，其定义如下：( i, i, r, r ) L( r, r)(1)i i r r E( i, i), , ,i, i, r, r分别为入射方向的天顶角和方位角及观测方向的天顶角和方位角，E( i, i)为( i, i )方向直射辐射的辐照度值，L( r, r )为传感器在观测方向( r, r)测定的物体表面的辐亮度值。

暗含假设目标物为朗伯体。

需要注意的是，公式(1)定义的方向－方向反射率测定要求其它入射方向没有任何散射光。

(2) 半球－方向反射率波谱：入射能量在2 半球空间内均匀分布，波谱测定仪器仅测定某个特定方向的反射能量。

全阴天条件下，以太阳散射光为照明光源，利用野外便携式地物光谱仪测定的地物反射率波谱就可以近似为半球－方向反射率波谱。

半球－方向反射率的定义如下，( r, r) L(E r, r )2 2L( r, r)(2)Ed0 02E( i, i)cos i sin i d i i式中E d 为2 半球空间内到达物体表面所有辐照度值的总和。

实验一 地物光谱反射率的野外测定一、实验目的1、学习地物光谱的测定方法2、认识地物光谱反射率的规律3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法二、原理及方法地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定（参照课本）。

实验采用垂直测量方法，计算公式为：()()()()λρλλλρs Vs V •=式中，()λρ为被测物体的反射率，()λρs 为标准板的反射率，()λV ，()λVs 分别为测量物体和标准板的仪器测量值。

三、实验仪器1、可见光－近红外光谱辐射计，波长范围0.4—2.5µm(有0.4—1.1µm 或1.3—2.5µm 二种仪器)，仪器性能稳定，携带方便，数据提取容易。

表1.1列出了目前常用的光谱仪。

2、标准参考板（白板或灰板）。

表1.1常见的光谱辐射仪四、实验步骤1、测量目标和条件的选择环境：无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小于3级，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装）。

时间：地方时9：30—14：30。

取样：选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场。

标准板：标准板表面与被测地物的宏观表面相平行，与观测仪器等距，并充满仪器视场，保证板面清洁。

2、记录测量目标基本信息主要内容如下：土壤：土类、土属、土种；地貌类型、成土母质、侵蚀状况；干湿度、粗糙度等。

植被：植物名称、所属类别、覆盖率、生长状况、叶色、高度等。

水体：水体名称、水体状况、水色、水温、透明度、泥沙含量、叶绿素含量、污染状况等。

人工目标：目标名称、内容描述、估算面积、几何特征、表面颜色、坡度、坡面等。

岩矿：岩矿名称、所属类别、植被覆盖及名称、土壤覆盖及名称、岩矿露头面积、所属构造、地质年代、风化状况等。

3、记录环境参数主要内容如表1.2，内容由教学教师定，制成表格填写。

见附表。

4、安装仪器开始测试①对准标准板，读取数据为Vs。

地物光谱仪的操作使用是怎样的地物光谱仪是一款用于地物遥感分析的仪器，它能够测量地物对不同波段的反射率，获取地物的光谱特征信息。

在遥感领域，它被广泛应用于土地利用、植被监测、水资源管理等方面。

本篇文档将介绍地物光谱仪的使用方法和操作流程。

仪器配置与准备在操作地物光谱仪前，需要先进行仪器的配置和准备工作。

以下是具体步骤：1.检查仪器电量和存储空间，确保满足实验要求。

2.选择合适的测量地点和时间，以保证光照充足、无遮挡或影响，获取有效数据。

3.进行仪器的预热和校准，以保证测量精度。

具体校准方法有多种，可以根据实际需要选择。

操作流程步骤一：预处理在开始实验之前，需要进行一些预处理操作。

以下是具体步骤：1.打开仪器，进入主界面。

2.选择合适的测量模式，一般是手动或自动模式。

3.设置测量参数，如波长范围、积分时间、重复次数等。

步骤二：测量在完成预处理之后，可以开始进行测量了。

以下是具体步骤：1.根据实际需要，选择合适的测量位置和方向，保证数据有效性。

2.放置仪器并稳定，以确保测量数据的准确性和可靠性。

3.操作仪器，开始测量，记录数据。

步骤三：数据处理在完成测量之后，需要对数据进行处理和分析。

以下是具体步骤：1.将数据导入专业软件或平台进行处理。

2.进行数据过滤、校正、平滑等处理，消除噪声和干扰。

3.对处理后的数据进行分析和解释，得出结论。

注意事项1.在操作地物光谱仪时，需要遵循相关的操作规范和安全要求。

2.建议进行多次测量，以提高数据的准确性和可靠性。

3.在测量和处理数据时，需要注意数据的有效性和可靠性，避免因数据错误而导致结论偏差。

地物光谱仪是一种重要的地物遥感分析工具，能够为我们提供有效的研究数据。

通过本篇文档的介绍，相信读者已经了解到地物光谱仪的使用方法和操作流程，能够为实验工作提供有力的指导和借鉴。

地物光谱仪在卫片数据校验中的应用SpectroSense2 地物光谱测量系统可以测量冠层、地表等地物的不同波谱段光谱，反映地表反射、辐射光的真实情况，可用来研究不同地物表面的光谱特征，及随着时间变化被测地物光谱的变化特征。

用户选择不同波段的传感器可以用于计算NDVI，解析卫星遥感图像等。

该系统同时利用不同波段光传感器测量被测物的反射、辐射光谱值，利用数据采集器和相应的处理软件记录、计算被测物的光谱特性。

因此，该系统适用于多种卫星传感器影像数据的标定和校验。

国内遥感技术的应用现状利用卫星遥感信息技术可以不断地获取地面信息，因此越来越多的监测领域依靠遥感技术，如监测气候变化、森林资源、植被覆盖率的变化、生态环境变化、土地利用变化及城市土地利用结构变化、各种自然灾害监测等方面都广泛地应用了遥感监测技术[1]。

在时空变化过程中, 资源与环境的变化，是借助不同层次、不同空间分辨率与光谱分辨率的传感器，周期性地记录地面各种地物，在不同时期的空间信息特征，通过相关数字图像处理，提取其资源环境的变化动态信息，并以图像或图形记录其变化的空间位置、大小和其特征，通过多期的动态数据分析（也可应用模型）对其变化趋势进行预测。

目前国家级的卫星遥感资料处理已达到国际水平，遥感监测地物光谱信息的技术得到了迅速的发展和广泛的应用。

在资源调查方面，内蒙古气象局以SPOT为信息源，在野外调查的基础上，成功完成了对内蒙古赤峰市林西县林业资源情况的调查分析。

对应用遥感技术进行林业调查的技术和方法进行了探讨[2]。

在农业方面，广西师范学院的通过计算广西区域MODIS－NDVI值，结合GPS选定作物NDVI值的变化曲线，实现了该区域甘蔗空间分布遥感信息的提取，并经过与GPS实地定位调查比较，表明广西区域甘蔗种植信息遥感监测与实况相符[3]。

江苏省气象局关于卫星遥感在农业气象业务上的应用主要涉及了以下几方面内容：利用气象卫星遥感进行全省宏观作物长势动态监测，输出全省植被指数图；灾害监测方面的应；开展沙尘暴、太湖水质污染、沿海滩涂资源、湖泊冰冻、城市热岛效应等新项目[4]。

野外地物波谱测试实验指导使用光谱反射仪测试地物波谱的实验步骤1、首先确定需要测定的地物类型，任何不同地物都具有各自不同的光谱特性，都可以作为测定目标。

如：草地、灌木、乔木、水泥地、大理石地、水体等，植物还可以分为健康与不健康的，水体也可以分为无污染与有污染的。

2、确定测量时是采用顺光、逆光或顶光，然后放置标准板，标准板的位置应该与地物的位置一致。

3、光谱反射仪的使用：（1）由开关按钮、电池检查钮(Check)、视场角旋钮（2°或10°）、波长轮鼓（400nm~1050nm）、镜头和观测孔等。

首先打开镜头盖，不要用手触摸镜头，然后打开开关按钮，按住电池检查钮(Check)，如果从观测孔中观测到刻度值大于3就能说明电池仍有电，反之则需要更换电池；从观测孔中除了刻度以外还可以看见一个大圈中间还有一个小圈，大圈是10°视场角的观测范围，小圈是2°视场角的观测范围，一般使用10°视场角，也就是说在观测时大圈中应该充满所测地物而没有任何其它物体；观测孔中得刻度是从0到4，读取时应该估读出小数点后两位。

（2）转动波长轮鼓，从400nm开始依次测量，首先让镜头对准目标地物，通过观测孔读数并记录，再让镜头对准标准板读数记录。

（3）然后将波长轮鼓调到425nm，同前面一样读取地物与标准板的读数，依此按照波长顺序重复数次。

4、读物波谱反射系数的计算：分别将各个波长获得的标准板读数值与其目标物读数相减，然后根据相减所得差值在反射率查询表中查询对应的反射率。

5、反射波谱曲线的绘制：以波长（400nm~1050nm）为横轴，反射率为纵轴，画出光谱反射曲线。

6、对多个地物的反射光谱曲线进行比较分析。

光谱反射率测定记录表地点目标地物类型时间天气顶光（）顺光（）逆光（）。

地物光谱仪在光谱测量中的使用在遥感领域中，为了研究各种不同地物或环境在野外自然条件下的可见和近红外波段反射光谱，需要适用于野外测量的光谱仪器。

对野外地物光谱进行测量，我们使用的是美国asd公司fieldspec?誖handheld手持便携式光谱分析仪。

其主要技术指标为：波长范围为300~1100nm，光谱采样间隔为1.6nm，灵敏度线性：±1%。

fieldspec?誖handheld手持便携式光谱分析仪可用于户外目标可见—近红外波段的光谱辐射测量。

该光谱仪在户外主要利用太阳辐射作为照明光源，利用响应度定标数据，可测量并获得地物目标的光谱辐亮度；利用漫反射参考板对比测量，可获得目标的反射率光谱信息；通过对经过标定的漫反射参考板的测量，可获得地面的总照度以及直射、漫射照度光谱信息；利用特定的辅助测量机械装置，可获得地面目标的brdf(方向反射因子)光谱信息参数。

为了使地物光谱数据可靠和高的质量，使数据便于对比和应用，有必要提出地物光谱测试规范和测量要求。

1仪器的标准和标定1.1光谱分辨率实用分辨宽度对0.04~1.10μｍ小于5nm，1.1~2.5μm小于15nm。

对于fieldspec?誖handheld手持便携式光谱分析仪，起始波长为325nm，终止波长为1075nm，波长步长为1nm，则光谱分辨率取3nm。

1.2线性标定线性动态范围有3个量级，最大信号对应为0.8~1.0，太阳常数照明的白板(＜90％)峰值响应输出。

线性误差小于3％(回归误差)。

1.3光谱响应度的标定反射率小于、等于15％(大于1％)的目标，信噪比应大于10。

反射率大于15％的目标，信噪比应大于20。

2野外测定方法与工作规范2.1目标选取选取测量目标要具有代表性，应能真实反映被测目标的平均自然性。

对于植被冠层及用物的测量应考虑目标和背景的综合效应。

2.2能见度的要求对一般无严重大气污染地区，测量时的水平能见度要求不小10km。

地物光谱仪使用方法一、地物光谱仪的初步了解。

1.1 地物光谱仪啊，那可是个相当厉害的小玩意儿。

它就像是一个能看透地物本质的小侦探。

这个仪器主要就是用来测量地物的反射率、透射率啥的。

比如说，咱们想知道一块土地或者一片树叶，在不同波段的光照射下，是怎么个反应，就得靠它。

1.2 拿到地物光谱仪的时候，先别急着动手操作。

就像新认识个朋友，得先看看它长啥样。

看看各个部件是不是都完好无损，有没有什么明显的磕碰或者损坏的地方。

这就好比相亲的时候，先打量打量对方的外貌，第一印象很重要嘛。

二、地物光谱仪的操作准备。

2.1 接下来呢，要找一个合适的测量环境。

这个环境啊，不能太随意。

就像盖房子得找个好地基一样。

要避免周围有太多的干扰源，像那种特别强烈的人造光源啊，或者是乱七八糟的反射面。

如果周围乱糟糟的，那测量出来的数据就跟那“乱麻一团”，根本没法用。

2.2 然后就是校准。

这一步可不能马虎，就如同运动员比赛前要热身一样重要。

按照仪器的说明书，一步一步来校准。

这就好比给仪器定个标准，让它知道什么是对的，什么是错的。

如果不校准，那就像是没头的苍蝇到处乱撞，测出来的数据肯定是“牛头不对马嘴”。

2.3 在开始测量之前，还得确定好测量的目标。

是要测量一大片草地呢，还是单独一棵大树。

目标明确了，操作起来才不会“稀里糊涂”。

就像厨师做菜，得先知道要做啥菜，才能准备食材一样。

三、地物光谱仪的实际测量。

3.1 开始测量的时候，要把仪器的探头对准目标物。

这时候得稳稳当当的，就像狙击手瞄准目标一样。

如果手抖得像筛糠似的，那测量的数据肯定不准确。

而且探头和目标物之间的距离也要合适，不能太远也不能太近，就像人与人之间的社交距离一样，得恰到好处。

3.2 测量过程中，要多测量几个点。

这叫“广撒网”，这样得到的数据才更全面，更能反映目标物的真实情况。

可不能只测量一个点就觉得大功告成了，那可就有点“一叶障目”了。

每个点的测量数据都要记录好，这数据就像是宝藏一样，要是丢了或者记错了，那前面的努力可就“付诸东流”了。

实验一 地物光谱反射率的野外测定一 实验目的1、学习地物光谱的测定方法2、认识地物光谱反射率的规律3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法二 原理及方法地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定（参照课本）。

实验采用垂直测量方法，计算公式为：()()()()λρλλλρs Vs V •=式中，()λρ为被测物体的反射率，()λρs 为标准板的反射率，()λV ，()λVs 分别为测量物体和标准板的仪器测量值。

三 实验仪器1、ISI921VF-256野外地物光谱辐射计，波段范围为可见-近红外的380~1050nm ，仪器性能稳定，携带方便，数据提取容易。

2、标准参考板（白板或灰板）。

图1ISI921VF-256野外地物光谱辐射计 3、仪器介绍3-1主机面板结构图2.主机面板示意图部件功能描述1 电源开关仪器开关电源操作2 头部电缆连接插座连接光学测试头部3 USB口通讯电缆插座连接笔记本或台式电脑，进行数据传输4 GPS天线插座GPS接收天线（为选择配置）5 充电插座主机内置Ni-H电池充电，※同步录像摄像头电源6 液晶显示屏操作界面文字、曲线显示7 对比度电位器液晶屏对比度调节8 保险丝座主机保险丝9 键盘数字键0～9 菜单选择及数字输入确认键(ENTER)功能确认退出键(ESC) 返回上级菜单复位键(RESET)系统复位3-2光学头部结构图3.光学头部如图所示，光学头部上有以下部件： ➢ 电缆： 用于连接主机箱 ➢ 镜头： 配有与主光轴平行的半导体激光指示器 ➢ 把手： 手持之用，上置有“测量”和“指示”按钮（大拇指部位） ➢ 支架安装孔： 2个M4螺孔，用于固定安装 ➢ ※摄像头： 同步显示功能的图象获取；为选择配置3-3 基本配置连接注意：所有电气连接必须在关电的状态下进行，否则可能引起设备损害！ 3-3-1安装如测试采用手持操作方式，则无需任何机械安装。

如采用手持测量杆，需事先使用两个M4×10螺钉将测量头部固定于测量杆顶部，并调整好所需的测量角度。

The Technology and Method of Field Spectrometry 作者： 何挺 程烨 王静
作者机构： 中国土地勘测规划院土地利用重点实验室,北京,100029
出版物刊名： 中国土地科学
页码： 30-36页
主题词： 光谱特征 野外光谱测量 大气特性 植被冠层 光照条件 自然光 光谱仪
摘要：野外地物光谱测量在航天航空传感器定标、遥感数据解译、遥感应用潜力研究以及地质填图等方面得到广泛应用.野外采集准确的地物波谱需要熟知各种不同的光照条件、大气特性和稳定性(云、风)、仪器视场角、观测和光线照射的结合角度、仪器扫描速度以及目标特征的时空变化等,这些因素对目标波谱具有很大的影响.进行野外光谱测量的第一步是整个试验的总体设计,在设计中必须结合研究目标和研究对象的具体特性综合考虑数据采集的时间、野外测量的空间尺度、光线照射和观测的几何角度以及记录的野外描述数据等问题.此文详细讨论这些因素对地物光谱测量的影响.。

地物光谱仪的操作使用是怎样的光谱仪操作规程地物光谱仪是一款功能齐全的光谱分析仪器，可用于各种各样的分拣和分析应用中。

使用地物光谱仪可以实时得出分析结果，只需对操作人员进行简单培训，而且无需或地物光谱仪是一款功能齐全的光谱分析仪器，可用于各种各样的分拣和分析应用中。

使用地物光谱仪可以实时得出分析结果，只需对操作人员进行简单培训，而且无需或只需进行少许特定的校准操作。

无论您需要进行的应用是基本的旧级别分类和分拣，还是需要延时进行的杂质元素分析，总有一款地物光谱仪充分您的需要。

地物光谱仪是一种常用的光谱仪类型，用户在操作地物光谱仪时需要把握确定的注意事项，可以更好的使用地物光谱仪。

1、地物光谱仪应用工作曲线的确定依据工厂冶炼情况，合金元素的含量范围不同，确保地物光谱仪分析精密度，须接受不同钢种标钢分别制作工作曲线。

做工作曲线的标钢数量应当充分分析合金的需要。

由于分析试样是从炉中快速取样，与标准样品的组织结构、冶金履历不一致；为了除去可能产生的偏高或偏低的系统误差可接受掌控试样法。

一般组织结构的不同不会使工作曲线斜率更改，大体上只有平行移动。

因此用和分析试样的组织结构和冶金履历一致的掌控试样来校正曲线的上下平移，能削减系统误差。

2、地物光谱仪选好掌控试样光谱分析大都接受掌控试样法，这就会碰到有关掌控标钢来源、化学成分的确定及使用等一系列问题。

对一些新开展光谱分析工作的单位尤需注意。

3、地物光谱仪分析试样操作分析试样经切割以后、要磨去表面氧化层，用研磨机磨样时，试样和标钢要同时操作，要力求操作一致，用力过大则易使表面氧化。

磨纹要求一致，不应有交叉纹。

试样磨后不宜放置过长，否则造成试料表面氧化，影响地物光谱仪分析结果。

一般可接受A12O3中软，粒度为360的砂轮片磨样，此外也可用砂纸或砂轮磨样。

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地物光谱仪的使用说明流程1. 简介地物光谱仪是一种用于采集和分析地物特征的仪器，主要用于测量地表物体在不同波长下的反射光谱。

本文档将介绍地物光谱仪的使用说明流程，包括仪器准备、数据采集、数据分析等内容。

2. 仪器准备在开始使用地物光谱仪之前，需要进行仪器准备工作，包括以下几个步骤：•检查仪器完整性：确保地物光谱仪的各个部件完好无损，并检查电源是否充足。

•校准仪器：使用标准参照物对地物光谱仪进行校准，确保准确采集和分析数据。

•连接电源：将地物光谱仪正确连接到电源，确保正常供电。

3. 数据采集地物光谱仪主要用于采集和记录地物反射光谱数据，以下是数据采集的步骤：•选择采集场地：选择一个代表性的采集场地，并确保该场地不受外界光线干扰。

•设置仪器参数：根据采集场地的需求，设置地物光谱仪的参数，包括波段范围、采样速度等。

•稳定仪器：在开始采集数据之前，确保地物光谱仪处于稳定状态，以减少误差。

•采集数据：按照预定的采样路径和时间，在采集场地上进行数据采集。

每次采集时，需保持仪器与地物保持一定距离和角度，以获得准确的反射光谱数据。

•记录数据：数据采集过程中，及时记录和保存每个采集点的数据，以备后续分析使用。

4. 数据分析采集到的地物光谱数据需要进行进一步的分析，以获取有效的地物特征信息。

以下是数据分析的步骤：•数据预处理：对采集到的原始数据进行预处理，包括去除噪声、修正光照差异等，以提高数据质量。

•光谱曲线绘制：根据预处理后的数据，绘制地物的光谱曲线，以分析地物的反射率和吸收率等特征。

•特征提取：通过对光谱曲线的分析，提取地物的特征参数，如峰值位置、峰值强度等，用于地物分类和鉴定。

•数据可视化：利用数据可视化工具，将地物光谱数据转化成图形或图像，以更直观地展示地物特征。

5. 数据应用地物光谱仪的数据应用广泛，以下是一些常见的应用领域：•植被监测：利用地物光谱仪的数据，可以监测和分析植被的健康状况和生长状态。

•土地利用：通过对地物光谱数据的分析，可以判断土地的类型和利用状况，为土地规划和管理提供参考依据。