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修改版
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。
地物光谱反射率的野外测定
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。
光谱仪使用简介
规格
型号 波长范围
参数
FieldSpec 3 JR 350-2500nm
光谱采样间隔 1.377nm (350-1050nm)
2nm (1000-1500nm)
光谱分辨率
3nm@700nm 30nm@1400,2100nm
光谱采集过程
测量光照参考板（一般为Raw DN值），测参 考板2次，每次5条平均 测量遮阴参考板2次，每次5条平均 测量光照地物，探头高度按照观测目标确定， 每次5条平均 测量遮阴地物，探头高度同上，每次5条平均
生物光学算法—I类水体
分析算法 半分析算法 基于蓝绿比值的MODIS经验算法（反演精度 相对较高） 基于辐射传输模型的理论算法
生物光学算法—I类水体
基本思路是利用大气辐射传递理论，将传感器 接收到的总信号中大气效应和离水辐射分开。 假设I类水体近红外谱段离水辐射忽略不计， 据此求出该谱段的大气特性，并外推至可见光 波段。传感器接收的信号经大气校正后，求得 离水辐射度，然后用经验公式反演出叶绿素a 的含量
野外光谱测量注意事项
传感器探头的选择：当野外地物范围比较大， 物种纯度比较高、观测距离比较近时，选用较 大视场角的探头；当地物分布面积较小时，或 者物种在近距离内比较混杂，或需要测量远处 地物时，则选用小视场角的探头
野外光谱测量注意事项
避免阴影：探头定位时必须避免阴影，人应该面 向阳光，这样可以得到一致的测量结果。野外大 范围测试光谱数据时，需要沿着阴影的反方向布 置测点
大气校正，即从传感器接收到的信号中消除大 气的影响，获得包含海水组分信息的海面离水 辐亮度的某种标准化形式。 水色遥感反演模式的作用是从遥感反射率的数 据出发，反演海水中包含的叶绿素、无机的悬 浮物和有机的黄色物质的浓度。
地物光谱仪的操作使用是怎样的
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。
遥感实验地物光谱测量详解演示文稿
孔祥生 遥感概论实验
14
第14页，共52页。
3、记录环境参数
参见教材表1.2
2022/2/14孔祥生 遥感概论实验15第15页，共52页。
4、仪器安装调试
（1)对准白板，读取数据为 VS
（2）移开白板对准地物，读取数据
V
（3）重复步骤（1）（2），测量5～9次，记录数据计算
平均值
（4）更换目标，重复（1）～（3）步骤，直至完成测试
任务。
测量高度要求：仪器保持水平架设，距离被测物体表 面不小于1m；
几何关系要求：仪器轴线与天顶角的倾斜角<2度
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孔祥生 遥感概论实验
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第16页，共52页。
5、分析实测结果
（1)根据测定结果，绘制地物(地物、水体、岩石、土 壤各一种)光谱曲线；
（2）根据所绘制曲线，比较不同地物光谱特征；
4-9小时 通过无线wifi与计算机连接
第36页，共52页。
控制计算机
安装有RS3光谱仪操作软件 安装有ViewSpec Pro数据处理软件 另行介绍
第37页，共52页。
光谱仪的技术参数
光谱范围350-2500nm，350-1050nm 最快采集速度：100ms, 17ms 光谱分辨率：3nm@350-1000nm
2022/2/14
孔祥生 遥感概论实验
4 第4页，共52页。
原理及方法简介
地物光谱反射率测量原理参见《遥感概论》第二章； 实习采用垂直测量方法，计算公式为：
V VS
•
s
式中， 为被测物体的反射率，s 为标准板的反
射率，V ，VS 分别为测量物体和标准板的仪
器测量值。
ASD地物光谱仪测量技术及使用方法
力研 究等 方 面具 有 重要 意义 。但 在 野 外 光谱 测量 过 程 中，地 物 的辐 射 能 到 达传 感 器是 一 个 复 杂的 过 程 ，易受观 测 时 间 、光 照条 件 、气 象条 件 、仪 器 定标 以及
视场角等多种 因素 的影响。 文章以美国 Ａ Ｓ Ｄ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ Ｈ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ｌ ｄ手持便携式地
作 者简 介 ：张海 波 （ １ ９ ６ ２ 一） ，男 ，汉 族 ，Ｌ Ｉ ｌ 东 潍坊 人 ，助工 。主 要从事 生 态环境 监测 和农 业气 象服 务工 作 。
・ ４ ６
・
并预热 １ ５ ￣２ ０ ｍｉ ｎ后 方可 实 施测 量操 作 。
置 的文 件夹 内 。测 量 过程 中 ，光谱 仪 位 置 必须 保 持 固 定 不变 。在 测量 软 件 窗 口的左 下 方 显 示有 数 据 采 集进 度 条 ，数据 采 集 完 成 后有 蜂 鸣 提 示 。
物 光谱 仪 为例 ，介 绍 了地 物光 谱 观 测 中 的规 范 、要 求 以及 数 据 预 处理 方 法
关键词：ＡＳ Ｄ 地 物 光谱 仪 ；光谱 反 射 率 ；野 外 测 量
中 图 分 类 号 ：Ｐ ４ ０ ７ ． １ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ５ — ０ ５ ８ ２（ ２ ０ １ ４ ）０ １ － ０ ０ ４ ６ — ０ ３
２ ０ １ ４年 第３ １ 期 ２ ０ １ ４ 年 月
山 东 乞 象
第３ ４ 卷
总第 １ ３ ７期
Ａ Ｓ Ｄ 地 物 光 谱 仪 测 量 技 术 及 使 用 方 法
张海波， 李
峰
２ ５ ０ ０ ３ １ ）
（Ｉ 【 Ｊ 东省 气候 中心 ， 济南
地物光谱仪在卫片数据校验中的应用
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
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（）。
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地物光谱仪在野外光谱测量中的使用（一）
论文关键词地物光谱仪；野外测量；工作规范
论文摘要在遥感技术中，为了更精确地判读多光谱图像，掌握地面上各种地物的光谱辐射特性是十分重要的。
介绍FieldSpec?悖HandHeld手持便携式
光谱分析仪的测量原理方法、工作规范及注意事项，概要地说明了影响光谱测量的因素。
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?悖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：土1% FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪可用于户外目标可见一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0.04~1.10卩m小于5nm 1.1~2.5卩m小于15nm。
对于FieldSpec?悖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（V 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
2.3云量限定
太阳周围9 0°立体角，淡积云量，无卷云、浓积云等，光照稳定。
2.4风力要求
测量时间内风力小于5级，对植物，测量时风力小于3级。
2.5测量方法
在11时30分至14时30分进行测量，每种地物光谱测量前，对准标准参考板进行定标校准，得到接近100%的基线，然后对着目标地物测量；为使所测数据能与卫星传感器所获得的数据进行比较，测量仪器均垂直向下进行测量。
3野外光谱测量注意事项
野外光谱测试的基本要求是在晴天中午前后进行，风力不超过5级，如果测试土壤光谱，必须在雨过3d以后进行。
为了使数据具有代表性，要仔细比较选择被测地物，对同一种地物测量多次，保证测试结果准确可比。
3.1仪器的位置
仪器向下正对着被测物体，至少保持与水平面的法线夹角在土10°之内，保持一定的距离，探头距离地面高度通常在 1.3m,以便获取平均光谱。
视域范
围可以根据相对高度和视场角计算。
如果有多个探头可选，则在野外尽量选择宽视域探头。
测量植物冠层光谱时，注意测量最具代表性的物种。
3.2传感器探头的选择
当野外地物范围比较大，物种纯度比较高、观测距离比较近时，选用较大视场角的探头；当地物分布面积较小时，或者物种在近距离内比较混杂，或需要测量远处地物时，则选用小视场角的探头。
3.3避免阴影
探头定位时必须避免阴影，人应该面向阳光，这样可以得到一致的测量结
果。
野外大范围测试光谱数据时，需要沿着阴影的反方向布置测点。
3.4白板反射校正
天气较好时每隔几分钟就要用白板校正 1次，防止传感器响应系统的漂移和太阳入射角的变化影响，如果天气较差，校正应更频繁。
校正时白板应放置水平。
3.5防止光污染
不要穿带浅色、特色衣帽，如果穿戴白色、亮红色、黄色、绿色、蓝色的衣帽，就会改变反射物体的反射光谱特征。
要注意避免自身阴影落在目标物上。
当使用翻斗卡车或其他平台从高处测量地物目标时，要注意避免金属反光，如果有，则需要用黑布包住反光部位。
3.6观测时间和频度
光谱测试应在10〜14时之间完成，并在无云晴朗的天空下进行，尽量避免过早或过晚。
在时间许可时，尽量多测一些光谱。
每个测点测试5个数据，以求平均值，降低噪声和随机性。
3.7采集辅助数据
在所有的测试地点必须采集 GPS数据，详细记录测点的位置、植被覆盖度、类型以及异常条件、探头的高度，配以野外照相记录，便于后续的解译分析。
野外地物光谱测量是一个需要综合考虑各种光谱影响因素的复杂过程，我们
所获取的光谱数据是太阳高度角、太阳方位角、云、风、相对湿度、入射角、探测角、仪器扫描速度、仪器视场角、仪器的采样间隔、光谱分辨率、坡向、坡度及目标本身光谱特性等各种因素共同作用的结果。
光谱测定前要根据测定的目标与任务制定相对应的试验方案，排除各种干扰因素对所测结果的影响，使所得的光谱数据尽量反映目标本身的光谱特性，并在观测时详细记录环境参数、仪器参数以及观测目标（如土壤、植被、人工目标）的辅助信息。
只有这样，所测结果才是可靠的并具有可比性，为以后的图像解译和光谱重建提供依据。
参考文献
[1]中国农业工程学会，中国农业工程研究设计院•国外农业工程第（9 辑）[M].上海：上海科学技术文献出版社，1983.
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[4]闰锦城，娜日苏.地物光谱仪在野外光谱测量中的应用初探[J].内蒙古气象，2005（ 3）： 33-34.。