[发明专利]一种野外便携式高光谱地表发射率辅助测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地表发射率辅助测量装置及测量方法，尤其涉及一种野外便携式高光谱地表发射率辅助测量装置及方法。

背景技术

地表发射率是地球表层系统过程中一个非常重要的特征物理量，表征了物体向外发射热辐射的能力，受到地表覆盖类型，土壤水分，土壤理化性质，植被浓密程度和结构，表面粗糙度和地表起伏等众多因素的影响。地表发射率是研究全球变化、地表和大气之间物质和能量交换、全球海洋环流等方面不可或缺的一个关键参数，涉及众多基础学科和重大应用领域。目前，地表发射率的野外测量主要还是基于地表的辐射传输方程，利用热红外光谱仪获得测量的数据，其缺点为：1、人工手动操作，测量步骤繁琐，费时费力，观测时间过长以及观测过程繁琐容易导致环境辐亮度发生变化，进而使得地表发射率的测量精度具有较大的不确定性；2、地表发射率的测量需要同时去除地表温度和环境辐亮度的影响，亦即需要获取观测时对应的地表温度和环境辐亮度。由于地表发射率和地表温度的高度耦合性，导致目前地表温度的黑体拟合确定方法需要测量者具备一定的地表发射率先验知识，对于缺乏先验知识且发射率光谱变异性较大的地物无法有效保证测量精度，可能会导致较大的地表发射率测量误差。基于上述测量地表发射率存在的缺陷本发明提供了一种野外便携式高光谱地表发射率辅助测量装置及方法

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种野外便携式高光谱地表发射率铺助测量装置及方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种野外便携式高光谱地表发射率铺助测量装置，它由步进机械导轨、样本平台、控制系统、供电系统和机箱五部分组成；

机箱上表面的一侧设置有水平气泡、底部设置有四个水平调节螺丝；水平气泡与四个水平调节螺丝相配合用于调整机箱的水平位置；

机箱上表面和水平气泡相对应的一侧设置有步进电机和导轨移动台，步进电机通过水平导轨和导轨移动台相连接；水平导轨贯穿导轨移动台；

步进电机和驱动器相连接，驱动器连接在单片机上；单片机和供电模块、遥控模块进行有线连接，和PC端发送模块进行无线连接。

导轨移动台的上面设置有样本平台，样本平台上设置有两个样本托盘；样本托盘各自固定在样本平台上挖空形成两个矩形框内。

样本平台通过螺丝固定在导轨移动台上，利用水平导轨的水平移动控制样本托盘的水平切换。

机箱上水平气泡的左侧从左向右依次设置有模式切换开关、电源5V开关和电源24V开关，上水平气泡右侧设置有电压显示表。

机箱步进机械导轨由水平导轨、导轨移动台和步进电机构成。

供电系统由电池组和电线构成，装于机箱内部，位于电压显示表的一侧。

控制系统由无线PC控制模块、遥控模块和驱动器组成；无线PC控制模块由具有接收功能的单片机和PC端发送模块组成。

测量步骤如下：

a、目标样本离地辐亮度观测：

首先，安装样品平台并将其放置于红外光谱仪旁边，通过模式切换开关选择操作模式，打开5V和24V电源开关；然后根据目标样本是否需要放置在样本托盘上，进行观测；

b、参考板离地辐亮度观测：

通过远程遥控方式或者无线PC控制方式远程控制样本平台的水平移动，使得样本平台向靠近导轨电机的方向水平移动，使得参考板的样本托盘移动至原目标样本的位置，实现目标样本和参考板位置的自动切换，操作热红外光谱仪进行参考板离地辐亮度的观测；其中，远程遥控的方式是通过小型遥控器来完成平台的移动控制，距离需操作人员手动控制；无线PC控制是通过连接在PC端的发送模块，以PC指令方式控制平台的移动，可设定移动距离，实现精准移动；

c、环境辐亮度估算：

在通过步骤b测量得到参考板的离地辐亮度数据后，输入参考板的发射率以及参考板的表面温度，利用公式求取环境辐亮度；

d、地表发射率及地表温度的迭代优化分离

i、初值估算

采用线性统计关系1，利用测量得到的目标样本离地辐亮度与环境辐亮度来进行红外光谱仪每个通道的地表发射率初值的估算，可表示如下：