一種輕便高光譜地表發(fā)射率無(wú)損測(cè)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)定裝置，尤其涉及一種輕便高光譜地表發(fā)射率無(wú)損測(cè)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 地表發(fā)射率作為遙感科學(xué)中的關(guān)鍵參數(shù)之一，涉及了眾多基礎(chǔ)學(xué)科和重大領(lǐng)域。 地表發(fā)射率是反映物體熱輻射性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，隨物質(zhì)的介電常數(shù)、表面粗糙度、溫 度、波長(zhǎng)、觀測(cè)方向等條件的不同而變化。地表發(fā)射率不僅在全球蒸散發(fā)，氣候變化以及水 循環(huán)方面扮演著重要角色，還是植被監(jiān)測(cè)，城市氣候效應(yīng)以及環(huán)境研究中的關(guān)鍵參數(shù)，因 此，地表發(fā)射率的精準(zhǔn)遙感測(cè)定具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，地表發(fā)射率的野外測(cè)量主 要是建立在地表輻射傳輸方程的基礎(chǔ)上。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)：1、采用手工方式切換觀測(cè)目標(biāo)地表和參考板的現(xiàn)有測(cè)量方法， 過(guò)程繁瑣，干擾因素多，且觀測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致觀測(cè)條件的改變嚴(yán)重影響了地表發(fā)射率的測(cè) 定精度;2、采用自動(dòng)方式切換觀測(cè)目標(biāo)地表和參考板的現(xiàn)有測(cè)量方法，由于輔助裝置的移 動(dòng)平臺(tái)距離較短，導(dǎo)致在測(cè)量的過(guò)程中需要將設(shè)備放置于目標(biāo)地表的邊緣地區(qū)，且裝置自 身的占地體積相對(duì)較大，這就必然會(huì)對(duì)目標(biāo)地表產(chǎn)生一定的輻射影響，給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不 穩(wěn)定因素。此外，輔助裝置采用的是移動(dòng)平臺(tái)的切換方式，這就需要測(cè)量人員在每次測(cè)量工 作前，根據(jù)太陽(yáng)位置來(lái)進(jìn)行位置調(diào)整，以最大程度的避免裝置在目標(biāo)地表產(chǎn)生陰影的情況， 但即便如此，在某些時(shí)刻，陰影仍會(huì)覆蓋子接近目標(biāo)地表的區(qū)域，導(dǎo)致測(cè)量精度下降；3、無(wú) 論是采用手工方式還是自動(dòng)方式切換觀測(cè)目標(biāo)地表和參考板的現(xiàn)有測(cè)量方法，當(dāng)目標(biāo)物具 有一定高度時(shí)，均無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)無(wú)損目標(biāo)地表的高精度地表發(fā)射率的測(cè)定。例如，對(duì)于長(zhǎng)勢(shì) 較高的植被，由于將參考板放置于目標(biāo)地表頂部同一高度處存在困難，為了確保環(huán)境輻射 的準(zhǔn)確獲取，現(xiàn)有測(cè)量方法只能采用破壞植被的方式，提取部分植被樣本，并將其置于地 表，進(jìn)而完成后續(xù)地表發(fā)射率的測(cè)定;4、現(xiàn)有通過(guò)地表溫度和發(fā)射率分離技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)地表 發(fā)射率的測(cè)定方法存在各種局限性，例如基于地表溫度黑體擬合的地表發(fā)射率估算法以及 基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系的地表發(fā)射率分離法對(duì)于先驗(yàn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系的依賴(lài)性強(qiáng)。先驗(yàn)知 識(shí)和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系的正確程度直接決定了地表發(fā)射率測(cè)定的精度;而基于分段線性假設(shè)的 地表發(fā)射率分離法雖然不依賴(lài)于先驗(yàn)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系，但該方法需要事先設(shè)定子區(qū)間 的劃分長(zhǎng)度。如何合理的選擇劃分區(qū)間大小，也將影響到地表發(fā)射率的測(cè)定精度。子區(qū)間劃 分太長(zhǎng)，會(huì)違背地表發(fā)射率分段線性變化假設(shè)的合理性，從而降低地表發(fā)射率的測(cè)定精度； 而子區(qū)間劃分太短，又會(huì)加劇觀測(cè)噪聲對(duì)地表發(fā)射率測(cè)定的影響。此外，由于劃分的子區(qū)間 各自獨(dú)立，未有效緊密聯(lián)系起來(lái)，這使得對(duì)于地表發(fā)射率波譜變化較大的地表，最后測(cè)定的 地表發(fā)射率波譜會(huì)表現(xiàn)出明顯的斷點(diǎn)，即譜線表現(xiàn)出不連續(xù)性。因此，現(xiàn)有的測(cè)定裝置和方 法嚴(yán)重影響測(cè)定的精度，使用測(cè)定效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種輕便高光譜地表發(fā)射率 無(wú)損測(cè)定裝置。
[0005] 為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種輕便高光譜地表發(fā)射率 無(wú)損測(cè)定裝置，它由參考板托板、延長(zhǎng)臂、配重砣、轉(zhuǎn)動(dòng)組件、三角支撐架和中央控制系統(tǒng)組 成；
[0006] 轉(zhuǎn)動(dòng)組件由步進(jìn)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的一側(cè);轉(zhuǎn)動(dòng)組件設(shè) 置在三角支撐架的上端，轉(zhuǎn)動(dòng)組件通過(guò)航空插頭與中央控制系統(tǒng)相連接;旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)精 度為0.1°，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為360° ;
[0007] 參考板托板用于放置和固定參考板;參考板托板通過(guò)螺絲固定于延長(zhǎng)臂的一端； 所述配重砣設(shè)置在和參考板托板相對(duì)應(yīng)的延長(zhǎng)臂的另一端;延長(zhǎng)臂裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)組件的旋轉(zhuǎn) 臺(tái)上；中央控制系統(tǒng)由中芯控制器、供電模塊，遙控模塊和機(jī)箱組成。
[0008] 延長(zhǎng)臂的全長(zhǎng)為1.2m，單側(cè)最大伸展臂長(zhǎng)為1.0m。中芯控制器的主面板配有LED顯 示屏；中芯控制器的主操作面板外露于機(jī)箱上表面。
[0009] 供電模塊為鋰電池組;所述遙控模塊是外置的;機(jī)箱的前、后兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)計(jì)有 電源開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)動(dòng)組件、航空插頭以及充電接口；機(jī)箱尺寸為20cm X 15cm，重量為lkg 〇
[0010] 本發(fā)明可以有效配合高光譜熱紅外光譜儀在不破壞目標(biāo)地表的前提下，快速的獲 取高精度環(huán)境輻射，并結(jié)合地表發(fā)射率迭代優(yōu)化算法，最終實(shí)現(xiàn)了熱紅外譜段高精度地表 發(fā)射率波譜的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和測(cè)定，測(cè)定精度高，使用效果更好。
【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0012] 圖1為本發(fā)明（測(cè)定裝置)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2為測(cè)定裝置的工作流程圖。
[0014]圖3為本發(fā)明（優(yōu)化測(cè)定方法)的流程圖。
[0015] 圖4為地表發(fā)射率迭代優(yōu)化算法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明（測(cè)定裝置）由參考板托板1、延長(zhǎng)臂2、配重砣3、轉(zhuǎn)動(dòng)組件 4、三角支撐架5和中央控制系統(tǒng)6組成。
[0017] 三角支撐架：
[0018] 三角支撐架5主要用于發(fā)明中主要設(shè)備的承重和參考板托板1的高度調(diào)節(jié)。由于不 同地表的高度不同，所以本發(fā)明的三角支撐架5具有一定的高度擴(kuò)展功能(具體高度可按需 調(diào)整）。同時(shí)，三角支撐架5的特點(diǎn)可以使設(shè)備的水平調(diào)平工作更為便捷、準(zhǔn)確，提高了測(cè)量 效率和精度，且在放置過(guò)程中，減少了與地表接觸面積，最大程度的避免了對(duì)目標(biāo)地表區(qū)域 附近環(huán)境的破壞。考慮到實(shí)際測(cè)量中，三角支撐架5需要配合光譜儀的架設(shè)高度，故本發(fā)明 中的配套三腳架最大可擴(kuò)展高度為1.55米，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)更換。
[0019] 轉(zhuǎn)動(dòng)組件：
[0020] 轉(zhuǎn)動(dòng)組件4主要由步進(jìn)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的一側(cè)。轉(zhuǎn)動(dòng)組 件4設(shè)置在三角支撐架5的上端。轉(zhuǎn)動(dòng)組件4主要用于帶動(dòng)延長(zhǎng)臂2橫向轉(zhuǎn)動(dòng)，以此達(dá)到目標(biāo) 地表與參考板快速切換觀測(cè)的目的。轉(zhuǎn)動(dòng)組件4由中央控制系統(tǒng)6進(jìn)行控制，通過(guò)航空插頭 與中央控制系統(tǒng)6相連接。旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度為0.1°，能實(shí)現(xiàn)360°全方位的旋轉(zhuǎn)。
[0021] 延長(zhǎng)臂：
[0022] 延長(zhǎng)臂2的設(shè)計(jì)主要是用于輔助目標(biāo)地表與參考板的快速切換，長(zhǎng)臂的設(shè)計(jì)可最 大程度的保證測(cè)定裝置各部件，如三角支撐架5,配重砣3等能夠遠(yuǎn)離觀測(cè)目標(biāo)，解決了輔助 裝置在測(cè)量中所產(chǎn)生的陰影問(wèn)題，最大程度的降低了設(shè)備對(duì)環(huán)境輻射的影響，保證了離地 輻射和環(huán)境輻射的測(cè)量精度。本發(fā)明默認(rèn)選擇的延長(zhǎng)臂2全長(zhǎng)為1.2m，單側(cè)最大伸展臂長(zhǎng)為 1.0m。延長(zhǎng)臂2裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)組件4的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，可根據(jù)距離需要進(jìn)行相應(yīng)更換延長(zhǎng)臂2。
[0023]參考板托板
[0024]參考板托板1用于放置和固定參考板，避免其在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生掉落，破壞測(cè)量目 標(biāo)。本發(fā)明主要針對(duì)的是熱紅外光譜儀的野外測(cè)量，所以參考板托板主要用于放置漫反射 金板。默認(rèn)采用的參考板托板尺寸為14cm*10cm，其中，14cm為固定長(zhǎng)度邊，10cm為可擴(kuò)展 邊，可通過(guò)更換配套的L型固定夾實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度的擴(kuò)展。參考板托板1通過(guò)螺絲固定于延長(zhǎng)臂2的 一端。
[0025] 配重砣：
[0026]配重砣3設(shè)置在和參考板托板1相對(duì)應(yīng)的延長(zhǎng)臂2的另一端，主要用于對(duì)延長(zhǎng)臂2與 參考板托板1的平衡配重，保證三角支撐架的穩(wěn)定豎立和轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)。配重砣3的標(biāo)準(zhǔn) 重量為：1kg/個(gè)，根據(jù)延長(zhǎng)臂2的具體長(zhǎng)度進(jìn)行相應(yīng)配重。
[0027]中央控制系統(tǒng)：
[0028] 中央控制系統(tǒng)6主要用于對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)組件4的控制，完成目標(biāo)地表與參考板間的快速切 換。中央控制系統(tǒng)6由中芯控制器、供電模塊，遙控模塊和機(jī)箱組成。
[0029] (1)、中芯控制器：
[0030] 中芯控制器是中央控制系統(tǒng)6的核心部分，主要完成對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)組件4的參數(shù)設(shè)置，包 括轉(zhuǎn)動(dòng)角度、方向、轉(zhuǎn)速、模式設(shè)置和啟停操作等。中芯控制器的主面板配有LED顯示屏，便 于對(duì)參數(shù)的設(shè)置工作。中芯控制器的主操作面板外露于機(jī)箱上表面，可直接在機(jī)箱上進(jìn)行 相關(guān)操作。
[0031] (2)、供電模塊：
[0032] 供電模塊主要用于對(duì)整個(gè)中央控制系統(tǒng)6及轉(zhuǎn)動(dòng)組件4進(jìn)行供電，使用的為鋰電池 組，其工作電壓為：24V。供電模塊可通過(guò)機(jī)箱后側(cè)的充電接口直接進(jìn)行充電，無(wú)需進(jìn)行拆 卸。
[0033] (3)、遙控模塊：
[0034] 為了避免在測(cè)量中對(duì)面板操作的不便，本發(fā)明還設(shè)計(jì)有遙控模塊，在對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù) 進(jìn)行初始化設(shè)定后，可在測(cè)量中直接通過(guò)遠(yuǎn)程遙控的方式，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)觀測(cè)目標(biāo)的切換，減少 操作人員對(duì)目標(biāo)區(qū)域的破壞可能及輻射噪聲影響。
[0035] (4)、機(jī)箱：
[0036]機(jī)箱主要用于中央控制系統(tǒng)6中各部件的整合包裝。機(jī)箱正面采用了切口方式，可 直接操作中芯控制器。在機(jī)箱的前、后兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)計(jì)有電源開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)動(dòng)組件航空插頭以 及充電接口。機(jī)箱尺寸為20cmX 15cm，重量為lkg〇
[0037] 如圖3、圖4所示，優(yōu)化測(cè)定方法的步驟為：
[0038] a、準(zhǔn)備工作：
[0039] 首先，針對(duì)目標(biāo)地表擺放熱紅外光譜儀，然后，放置輔助測(cè)量裝置并進(jìn)行初始化設(shè) 置(角度，轉(zhuǎn)速，運(yùn)行模式等）。在放置輔助測(cè)量裝置時(shí)，需滿(mǎn)足延長(zhǎng)臂2的高度恰好位于對(duì)應(yīng) 地表的高度位置，并且三腳支撐架5要盡可能