一種野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，它由步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌、樣本平臺(tái)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和機(jī)箱組成；機(jī)箱上表面的一側(cè)設(shè)置有水平氣泡、底部設(shè)置有四個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲；水平氣泡與四個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲相配合用于調(diào)整機(jī)箱的水平位置；機(jī)箱上表面和水平氣泡相對應(yīng)的一側(cè)設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)和導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)，步進(jìn)電機(jī)通過水平導(dǎo)軌和導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)相連接；水平導(dǎo)軌貫穿導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)；步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器相連接，驅(qū)動(dòng)器連接在單片機(jī)上；單片機(jī)和供電模塊、遙控模塊進(jìn)行有線連接，和PC端發(fā)送模塊進(jìn)行無線連接。本實(shí)用新型的使用，縮短了采集時(shí)間，提高了采集的效率，測量更加精準(zhǔn)，非常實(shí)用。
【專利說明】一種野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種地表發(fā)射率輔助測量裝置，尤其涉及一種野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]地表發(fā)射率是地球表層系統(tǒng)過程中一個(gè)非常重要的特征物理量，表征了物體向外發(fā)射熱輻射的能力，受到地表覆蓋類型，土壤水分，土壤理化性質(zhì)，植被濃密程度和結(jié)構(gòu)，表面粗糙度和地表起伏等眾多因素的影響。地表發(fā)射率是研究全球變化、地表和大氣之間物質(zhì)和能量交換、全球海洋環(huán)流等方面不可或缺的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，涉及眾多基礎(chǔ)學(xué)科和重大應(yīng)用領(lǐng)域。目前，地表發(fā)射率的野外測量主要還是基于地表的輻射傳輸方程，利用熱紅外光譜儀獲得測量的數(shù)據(jù)，其缺點(diǎn)為:1、人工手動(dòng)操作，測量步驟繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，觀測時(shí)間過長以及觀測過程繁瑣容易導(dǎo)致環(huán)境輻亮度發(fā)生變化，進(jìn)而使得地表發(fā)射率的測量精度具有較大的不確定性；2、地表發(fā)射率的測量需要同時(shí)去除地表溫度和環(huán)境輻亮度的影響，亦即需要獲取觀測時(shí)對應(yīng)的地表溫度和環(huán)境輻亮度。由于地表發(fā)射率和地表溫度的高度耦合性，導(dǎo)致目前地表溫度的黑體擬合確定方法需要測量者具備一定的地表發(fā)射率先驗(yàn)知識(shí)，對于缺乏先驗(yàn)知識(shí)且發(fā)射率光譜變異性較大的地物無法有效保證測量精度，可能會(huì)導(dǎo)致較大的地表發(fā)射率測量誤差?；谏鲜鰷y量地表發(fā)射率存在的缺陷本實(shí)用新型提供了一種野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本實(shí)用新型提供了一種野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置。
[0004]為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，它由步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌、樣本平臺(tái)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和機(jī)箱五部分組成；
[0005]機(jī)箱上表面的一側(cè)設(shè)置有水平氣泡、底部設(shè)置有四個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲；水平氣泡與四個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲相配合用于調(diào)整機(jī)箱的水平位置；
[0006]機(jī)箱上表面和水平氣泡相對應(yīng)的一側(cè)設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)和導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)，步進(jìn)電機(jī)通過水平導(dǎo)軌和導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)相連接；水平導(dǎo)軌貫穿導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)；
[0007]步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器相連接，驅(qū)動(dòng)器連接在單片機(jī)上；單片機(jī)和供電模塊、遙控模塊進(jìn)行有線連接，和PC端發(fā)送模塊進(jìn)行無線連接。
[0008]導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)的上面設(shè)置有樣本平臺(tái)，樣本平臺(tái)上設(shè)置有兩個(gè)樣本托盤；樣本托盤各自固定在樣本平臺(tái)上挖空形成的兩個(gè)矩形框內(nèi)。
[0009]樣本平臺(tái)通過螺絲固定在導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)上，利用水平導(dǎo)軌的水平移動(dòng)控制樣本托盤的水平切換。
[0010]機(jī)箱上水平氣泡的左側(cè)從左向右依次設(shè)置有模式切換開關(guān)、電源5V開關(guān)和電源24V開關(guān)，水平氣泡右側(cè)設(shè)置有電壓顯示表。
[0011]步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌由水平導(dǎo)軌、導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成。
[0012]供電系統(tǒng)由電池組和電線構(gòu)成,裝于機(jī)箱內(nèi)部,位于電壓顯不表的一側(cè)。
[0013]控制系統(tǒng)由無線PC控制模塊、遙控模塊和驅(qū)動(dòng)器組成；無線PC控制模塊由具有接收功能的單片機(jī)和PC端發(fā)送模塊組成。
[0014]本實(shí)用新型的使用，縮短了地表發(fā)射率采集時(shí)間，提高了采集的效率，并極大降低了兩次觀測過程中環(huán)境輻亮度變化對地表發(fā)射率測量的影響，從而提高了高光譜地表發(fā)射率的野外測量的自動(dòng)化程度和精度；其所對應(yīng)的測量方法，擺脫了對地表發(fā)射率先驗(yàn)知識(shí)的依賴，在獲取環(huán)境輻亮度的基礎(chǔ)上，通過迭代優(yōu)化的方式，逐步消除地表溫度對地表發(fā)射率測量的影響，從而實(shí)現(xiàn)地表溫度和地表發(fā)射率的高效分離和精確獲取。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型(輔助測量裝置)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1的電路原理框圖。
[0018]圖3為本實(shí)用新型測量方法的流程圖。
[0019]圖4為本實(shí)用新型地表發(fā)射率和地表溫度的迭代優(yōu)化分離流程圖。
[0020]圖5為目前的地表發(fā)射率的測量步驟流程圖。
[0021]圖中:1.機(jī)箱；2.樣本平臺(tái)；3.樣本托盤；4.水平導(dǎo)軌；5.模式切換開關(guān)；6.電源5V開關(guān)；7.電源24V開關(guān)；8.水平氣泡；9.電壓顯示表；10.水平調(diào)節(jié)螺絲；11:步進(jìn)電機(jī)；12:導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)；13:充電接口
[0022]

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型由步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌、樣本平臺(tái)2、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和機(jī)箱I五部分組成。
[0025]機(jī)箱I上表面的一側(cè)設(shè)置有水平氣泡8、底部設(shè)置有四個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲10，水平氣泡8與四個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲10相配合用于調(diào)整機(jī)箱的水平位置。機(jī)箱I上水平氣泡8的左側(cè)從左向右依次設(shè)置有模式切換開關(guān)5、電源5V開關(guān)6和電源24V開關(guān)7，右側(cè)設(shè)置有電壓顯示表9。
[0026]機(jī)箱I上表面和水平氣泡8相對應(yīng)的一側(cè)設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)11和導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)12，步進(jìn)電機(jī)11通過水平導(dǎo)軌4和導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)12相連接；水平導(dǎo)軌4貫穿導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)12。機(jī)箱I主要用于固定并集成步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌、電池組和電機(jī)控制器等部件。
[0027]如圖2所示步進(jìn)電機(jī)11和驅(qū)動(dòng)器相連接，驅(qū)動(dòng)器連接在單片機(jī)上；單片機(jī)和供電模塊、遙控模塊進(jìn)行有線連接，和PC端發(fā)送模塊進(jìn)行無線連接。
[0028]導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)12的上面設(shè)置有樣本平臺(tái)2，樣本平臺(tái)2上設(shè)置有兩個(gè)樣本托盤3。樣本托盤3各自固定在樣本平臺(tái)2上挖空形成的兩個(gè)矩形框內(nèi)。樣本托盤3用于分別放置目標(biāo)樣本與參考板。樣本平臺(tái)2通過螺絲固定在導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)12上，利用水平導(dǎo)軌4的水平移動(dòng)控制樣本托盤3的水平切換，有效避免了傳統(tǒng)測量過程中對目標(biāo)樣本和參考板位置的反復(fù)手動(dòng)放置和位置調(diào)整，減少了操作時(shí)間，降低了操作人員和儀器相對位置的變化以及環(huán)境熱輻射變化等因素所導(dǎo)致的環(huán)境輻亮度變化帶來的發(fā)射率測量誤差。此外，由于樣本平臺(tái)上設(shè)計(jì)了中空的矩形框，因此當(dāng)不放置目標(biāo)樣本托盤時(shí)，可以對樣本平臺(tái)下的目標(biāo)樣本進(jìn)行測量，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)無需對目標(biāo)樣本進(jìn)行采樣，在不破壞目標(biāo)樣本原始狀態(tài)下的直接觀測。
[0029]步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌由水平導(dǎo)軌4、導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)12和步進(jìn)電機(jī)11構(gòu)成。步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌可通過控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來完成水平導(dǎo)軌的定距離移動(dòng)。
[0030]供電系統(tǒng)由電池組和電線構(gòu)成，裝于機(jī)箱內(nèi)部，位于電壓顯示表9的一側(cè)。電池組共設(shè)計(jì)有三條接線，兩條作為電壓輸出，可同時(shí)提供5V和24V兩組電壓。其中5V電壓用于單片機(jī)供電，以插頭方式與單片機(jī)連接；24V電壓用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器部分，通過正負(fù)接線接入驅(qū)動(dòng)器相應(yīng)引腳。另一條接線為充電接線，固定在機(jī)箱側(cè)面的充電接口，可直接對電池組進(jìn)行充電，無須拆卸，提升了供電系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)，若野外實(shí)驗(yàn)中，直接充電不便，電池組同樣具有簡單拆卸的功能設(shè)計(jì)，更利于野外攜帶與更換。
[0031]控制系統(tǒng)整合了整套裝置的控制單元，同樣封裝在機(jī)箱內(nèi)部，主要負(fù)責(zé)完成電機(jī)的操控?？刂葡到y(tǒng)由三部分功能模塊組成，即無線PC控制模塊(由具有接收功能的單片機(jī)和PC端發(fā)送模塊組成)，遙控模塊和驅(qū)動(dòng)器，其電路原理框圖如圖2所示，
[0032]電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)有兩種不同的操作方式，一種為遠(yuǎn)程遙控方式，另一種為無線PC控制方式。遠(yuǎn)程遙控的操作方式簡單快捷，可人為采用遙控器的方式控制水平導(dǎo)軌的水平行進(jìn)距離。無線PC控制采用了計(jì)算機(jī)編程的方式，通過耦合熱紅外光譜儀的遠(yuǎn)程控制，更適合實(shí)現(xiàn)熱紅外光譜儀的觀測和地表發(fā)射率測量的一體化完成。
[0033]遠(yuǎn)程遙控功能模塊由遙控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的雙向移動(dòng)。選擇使用遠(yuǎn)程遙控方式時(shí)，模式切換開關(guān)選擇為遙控方式，利用手持小型遙控器進(jìn)行移動(dòng)控制。無線PC控制功能模塊由發(fā)送端與接收端兩部分構(gòu)成。發(fā)送端由單片機(jī),USB串口轉(zhuǎn)換模塊和NRF24L01無線模塊組成；接收端由單片機(jī)、NRF24L01無線模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，接收端設(shè)計(jì)有串口讀寫線，可在后期按需要進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)的修改與設(shè)置，如距離和方向的參數(shù)設(shè)置等，可提高設(shè)備的適用性。選擇使用無線PC控制方式時(shí)，需將發(fā)送端連接在PC機(jī)上，同時(shí)將模型切換開關(guān)選擇為無線PC控制方式，利用PC發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。
[0034]目前，現(xiàn)有的地表發(fā)射率測量方法為:
[0035]地表發(fā)射率的野外測量主要還是基于地表的輻射傳輸方程。在局地?zé)崞胶鈼l件下，熱紅外光譜儀第i個(gè)通道獲取到的離地輻亮度可以表示為:
[0036]Li = ε,Β, (T) + [l-￡jzf(I)
[0037]其中，Li是紅外光譜儀觀測獲取的離地輻亮度；ε i是被測樣本對應(yīng)的地表發(fā)射率Ai(T)是被測樣本在溫度T下的黑體輻亮度，可以由普朗克函數(shù)表示；Zf為反射的環(huán)境輻亮度。
[0038]根據(jù)公式(I)，第i個(gè)通道的地表發(fā)射率可以表示為:
[_] ε'=Τ^?ι ⑵
[0040]由公式(2)可知，如果需要從觀測的離地輻亮度Li中獲取地表發(fā)射率，必須事先知道地表溫度T和環(huán)境輻亮度Zf。地表溫度和環(huán)境輻亮度的獲取精度直接影響到地表發(fā)射率的測量精度，然而由于地表發(fā)射率、地表溫度以及環(huán)境輻亮度的高度耦合，導(dǎo)致了直接獲取地表溫度和環(huán)境輻亮度并非易事，這也是野外地表發(fā)射率測量困難的主要原因。
[0041]現(xiàn)有地表發(fā)射率測量技術(shù)主要通過手動(dòng)分步獲取環(huán)境輻亮度和地表溫度的方式，通過公式(2)來實(shí)現(xiàn)地表發(fā)射率的測量。比如美國Designs&Prototypes公司針對自行研制的便攜式紅外儀器給出了地表發(fā)射率的測量方法，其中測量包括5個(gè)步驟，如圖5所示；
[0042]1、目標(biāo)樣本離地輻亮度觀測
[0043]將目標(biāo)樣本手動(dòng)放置于儀器鏡頭下方，不斷調(diào)整樣本位置直至充滿整個(gè)鏡頭，操作熱紅外光譜儀對目標(biāo)樣本的離地輻亮度進(jìn)行測量。在實(shí)際測量的過程中，由于目標(biāo)與儀器間的測量距離很短，透過率值可近似為I且可忽略環(huán)境向上的散射影響，因此，目標(biāo)樣本第i個(gè)通道的離地輻亮度C可近似表示如下:
[0044]Lsi ^ Ss1-Bi(Ts)+ {1-Ssl)-Le^s(3)
[0045]其中，<是目標(biāo)樣本的發(fā)射率，Ts為目標(biāo)樣本表面溫度，Zfi為目標(biāo)樣本觀測時(shí)對應(yīng)的環(huán)境輻亮度。
[0046]2、參考板(鍍金漫反射板)離地輻亮度觀測
[0047]將參考板手動(dòng)放置于目標(biāo)樣本相同位置，并盡量保持操作人員和儀器與前步目標(biāo)樣本觀測中的相對位置不變，操作熱紅外光譜儀對參考版的離地輻亮度進(jìn)行測量，參考板第i個(gè)通道的離地輻亮度If可表示為:
[0048]Lci = ε?.B1 (T0) + (1- <).Lffi(4)
[0049]其中，<為參考板的發(fā)射率，Tg為參考板的表面溫度，^々為參考板觀測時(shí)對應(yīng)的環(huán)境輻亮度。
[0050]3、環(huán)境輻亮度估算
[0051]當(dāng)對目標(biāo)樣本與參考板觀測的時(shí)間間隔較短時(shí)，可以近似假設(shè)兩次觀測過程中通道i的環(huán)境輻亮度基本沒有發(fā)生變化，即兩次觀測的環(huán)境輻亮度近似相等，即:
[0052]if,G = Zf(5)
[0053]通過公式(4)，輸入?yún)⒖及宓陌l(fā)射率以及表面溫度，即可得到所需的環(huán)境輻亮度，即:
[0054]LEt'G = Li ~g< ?、(6)
[0055]其中，參考板的發(fā)射率約為0.04，可在實(shí)驗(yàn)室中測量得到。由于參考板的發(fā)射率很低，參考板表面溫度的誤差對環(huán)境輻亮度估算結(jié)果的影響較小，所以可直接通過接觸式測溫儀近似得到參考板的表面溫度。
[0056]4、目標(biāo)樣本地表溫度的黑體擬合估算
[0057]目標(biāo)樣本地表溫度的黑體擬合估算法需事先假設(shè)大多數(shù)的地類在某一波段范圍內(nèi)(如7.0?7.5 μ m)發(fā)射率基本保持不變，且為已知常數(shù)ε°。首先，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定出目標(biāo)樣本表面溫度分布的上下限(最大和最小值)，然后在樣本溫度上下限內(nèi)通過遍歷的方式不斷的設(shè)置目標(biāo)樣本的地表溫度，當(dāng)在選定的波段范圍內(nèi)利用公式(2)計(jì)算的發(fā)射率與事先已知的發(fā)射率￡°相一致時(shí)(均方根最小)，將設(shè)置的目標(biāo)樣本的地表溫度作為目標(biāo)樣本表面溫度的真值Ts。
[0058]5、目標(biāo)樣本地表發(fā)射率
[0059]利用上面幾步估算出環(huán)境輻亮度和目標(biāo)樣本的表面溫度后，結(jié)合公式(3)-(6)可得:
5 Ls1-(Zf -sf.Bi(Tr))/(1-ε°)
[0060]ε.=——!~- 1 r 1 r 1 G -l^t-(7)
Bi(Ts)-^-Sf-B1(T0))/^-ε^)
[0061]本實(shí)用新型的測量方法步驟如下:
[0062]a、目標(biāo)樣本離地輻亮度觀測:
[0063]首先，安裝樣品平臺(tái)并將其放置于紅外光譜儀旁邊，通過模式切換開關(guān)選擇操作模式，打開5V和24V電源開關(guān)；然后根據(jù)目標(biāo)樣本是否需要放置在樣本托盤上，觀測可分為兩種不同的方式:
[0064]方式1:用樣本托盤觀測；復(fù)位導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)位置(即移至導(dǎo)軌無電機(jī)一側(cè))，將目標(biāo)樣本安放在樣本托盤上，并放置于靠近導(dǎo)軌電機(jī)的中空矩形中，將參考板安放在樣本托盤上，并放置于遠(yuǎn)離導(dǎo)軌電機(jī)的中空矩形中，微調(diào)便攜式輔助測量裝置，使得放置目標(biāo)樣本的樣本托盤完全充滿熱紅外光譜儀的視場，操作熱紅外光譜儀進(jìn)行目標(biāo)樣本離地輻亮度的觀測。
[0065]方式2:無樣本托盤觀測；將便攜式輔助測量裝置放置于目標(biāo)樣本上，復(fù)位導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)位置(即移至導(dǎo)軌無電機(jī)一側(cè))，微調(diào)便攜式輔助測量裝置，使得靠近步進(jìn)電機(jī)的中空矩形完全位于被觀測目標(biāo)樣本的上方，將參考板安放在樣本托盤上，并放置于遠(yuǎn)離導(dǎo)軌電機(jī)的中空矩形中，微調(diào)熱紅外光譜儀，使得熱紅外光譜儀鏡頭對準(zhǔn)靠近導(dǎo)軌電機(jī)的中空矩形，并使得目標(biāo)樣本完全充滿熱紅外光譜儀的視場，操作熱紅外光譜儀進(jìn)行目標(biāo)樣本離地輻亮度的觀測。
[0066]b、參考板(鍍金漫反射板)離地輻亮度觀測:
[0067]通過遠(yuǎn)程遙控方式或者無線PC控制方式遠(yuǎn)程控制樣本平臺(tái)的水平移動(dòng)(具體操作方式由步驟a中的模式開關(guān)決定)，使得樣本平臺(tái)向靠近導(dǎo)軌電機(jī)的方向水平移動(dòng)，使得參考板的樣本托盤移動(dòng)至原目標(biāo)樣本的位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)樣本和參考板位置的自動(dòng)切換，操作熱紅外光譜儀進(jìn)行參考板離地輻亮度的觀測。其中，遠(yuǎn)程遙控的方式是通過小型遙控器來完成平臺(tái)的移動(dòng)控制，距離需操作人員手動(dòng)控制；無線PC控制是通過連接在PC端的發(fā)送模塊，以PC指令方式控制平臺(tái)的移動(dòng)，可設(shè)定移動(dòng)距離，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)移動(dòng)。
[0068]C、環(huán)境輻亮度估算:
[0069]在通過步驟b測量得到參考板的離地輻亮度數(shù)據(jù)后，輸入?yún)⒖及宓陌l(fā)射率以及參考板的表面溫度，利用公式= L>~ SLB^Tg).(6)求取環(huán)境輻亮度。

1-A
[0070]d、地表發(fā)射率及地表溫度的迭代優(yōu)化分離
[0071]地表發(fā)射率和地表溫度的迭代優(yōu)化分離流程如圖4所示:
[0072]1、初值估算
[0073]采用線性統(tǒng)計(jì)關(guān)系1，利用測量得到的目標(biāo)樣本離地輻亮度與環(huán)境輻亮度來進(jìn)行紅外光譜儀每個(gè)通道地表發(fā)射率初值4的估算，可表示如下:
[0074]ε° =C0 + ClPs + C2Pes(8)
[0075]其中，Ps為目標(biāo)樣本離地輻亮度4主成分變換后的前10個(gè)主成分構(gòu)成的矩陣，Ps的每一列對應(yīng)著I;的主成分。PE, s為環(huán)境輻亮度Zfi主成分變換后的前10個(gè)主成分構(gòu)成的矩陣，PE,s的每一列對應(yīng)著Zfi的主成分AX1和C2都是轉(zhuǎn)換系數(shù)(其中C1和C2為矩陣);轉(zhuǎn)換系數(shù)都是事先通過對大量包含地表和大氣各種情況組合的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸后獲取的常數(shù)；
[0076]在得到每個(gè)通道的發(fā)射率的初始值 < 后，通過普朗克反函數(shù)估算每個(gè)通道的地表溫度Ti,即:
(f ο 、丫1
[0077]Ti=^2-1n -c^i , +1(9)
Λ V V π i^i 人
[0078]其中，Ai是紅外光譜儀通道i的波長，彳
1.19104.18W.μ m.πΓ2.sf1，c2 = 1.43877.104μ m.K ;選擇每個(gè)通道的地表溫度的最大值作為地表溫度初始值Ttl:
[0079]T0 = max (Ti)(10)
[0080]i1、發(fā)射率和溫度的迭代分離
[0081]利用(i)步得到的每個(gè)通道發(fā)射率初始值<除以發(fā)射率的均值，得到相對發(fā)射率Y i，進(jìn)一步降低地表溫度初始值對地表發(fā)射率測量的影響，即:

ε0
y.= —^~(11)
[0082]Λ I 奪。v ^
~Χ,ε?
η Y
[0083]其中η為參與相對發(fā)射率計(jì)算的熱紅外光譜儀的通道個(gè)數(shù)；
[0084]接著，獲取相對發(fā)射率的最小值、,_和Yiiniax，即:
[0085]Y i,min = min( Y J(12)
[0086]Y ijmax = max(y i)
[0087]利用最小發(fā)射率與最小相對發(fā)射率的統(tǒng)計(jì)關(guān)系2可得到每個(gè)通道的發(fā)射率:
r.?.a + b{yimax -γ?Μα)/10、
[0088]Si = Y1-:-:--(13)


? (,min
[0089]其中，a和b都是轉(zhuǎn)換系數(shù)，可通過對地表發(fā)射率的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸的方式獲??；
[0090]進(jìn)行迭代條件的判斷，如果前后兩次計(jì)算的最小發(fā)射率的差值A(chǔ)ei =max( ε J-min( ε D小于給定的閾值(如0.01)，或者迭代次數(shù)N達(dá)到一定的次數(shù)(如N彡100)，則迭代停止，否則將計(jì)算得到的發(fā)射率ε i作為下一輪的發(fā)射率初始值4，繼續(xù)下一輪迭代。
[0091]e、地表發(fā)射率與地表溫度的獲取
[0092]在完成步驟d中的迭代算法后，將此時(shí)得到的發(fā)射率ε i與溫度Ttl作為最終值，完成地表發(fā)射率與地表溫度的迭代優(yōu)化分離，輸出并保存地表發(fā)射率ε it)
[0093]上述實(shí)施方式并非是對本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，其特征在于:它由步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌、樣本平臺(tái)(2)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和機(jī)箱(I)五部分組成； 所述機(jī)箱(I)上表面的一側(cè)設(shè)置有水平氣泡(8)、底部設(shè)置有四個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲(10)；水平氣泡(8)與四個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲(10)相配合用于調(diào)整機(jī)箱的水平位置； 所述機(jī)箱(I)上表面和水平氣泡(8)相對應(yīng)的一側(cè)設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)(11)和導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)(12)，步進(jìn)電機(jī)(11)通過水平導(dǎo)軌⑷和導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)(12)相連接；水平導(dǎo)軌⑷貫穿導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)(12)； 所述步進(jìn)電機(jī)(11)和驅(qū)動(dòng)器相連接，驅(qū)動(dòng)器連接在單片機(jī)上；單片機(jī)和供電模塊、遙控模塊進(jìn)行有線連接，和PC端發(fā)送模塊進(jìn)行無線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，其特征在于:所述導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)(12)的上面設(shè)置有樣本平臺(tái)(2)，樣本平臺(tái)(2)上設(shè)置有兩個(gè)樣本托盤(3);樣本托盤(3)各自固定在樣本平臺(tái)(2)上挖空形成的兩個(gè)矩形框內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，其特征在于:所述樣本平臺(tái)(2)通過螺絲固定在導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)(12)上，利用水平導(dǎo)軌(4)的水平移動(dòng)控制樣本托盤(3)的水平切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，其特征在于:所述機(jī)箱(I)上水平氣泡(8)的左側(cè)從左向右依次設(shè)置有模式切換開關(guān)(5)、電源5V開關(guān)(6)和電源24V開關(guān)(7)，水平氣泡(8)右側(cè)設(shè)置有電壓顯示表(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，其特征在于:所述步進(jìn)機(jī)械導(dǎo)軌由水平導(dǎo)軌(4)、導(dǎo)軌移動(dòng)臺(tái)(12)和步進(jìn)電機(jī)(11)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，其特征在于:所述供電系統(tǒng)由電池組和電線構(gòu)成，裝于機(jī)箱內(nèi)部，位于電壓顯不表(9)的一側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外便攜式高光譜地表發(fā)射率輔助測量裝置，其特征在于:所述控制系統(tǒng)由無線PC控制模塊、遙控模塊和驅(qū)動(dòng)器組成；無線PC控制模塊由具有接收功能的單片機(jī)和PC端發(fā)送模塊組成。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK204027699SQ201420385980
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】吳驊, 張雨澤, 房世峰, 李召良, 姜小光, 唐伯惠, 唐榮林 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所