遥感地物光谱实习 报告.docx
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遥感地物光谱实习报告
遥感地物光谱实习
报告
指导老师：
秦军
姓名：
李丹
学号：
20113310
班级：
遥感一班
目录
一、红外图像分析实习1
1.数据采集过程1
2.图像分析1
二、地物光谱实习4
1.实习目的与实习内容4
2.水体反射波谱测试与分析7
3.植被反射波谱测试与分析8
3.岩石反射波谱测试与分析11
4.土壤反射波谱测试与分析13
5.城乡非自然目标反射波谱测试与分析14
三、地物热红外时序观测实验16
1.植被图像分析16
2.水体及周边物体温度分析17
3.岩石温度分析19
4.土壤温度分析20
5.建筑物温度分析21
四、超光谱数据认知实习22
1.实习目的22
2.实习步骤22
3.实习成果25
4.图像的分析27
五、实习收获与体会27
一、红外图像分析实习
1.数据采集过程
（1）到达外野数据采集区
（2）对热红外成像仪进行定标校准
将热红外成像仪镜头盖子盖在镜头上
按热红外成像仪上的“set”按钮，在将导航按钮向下按，完成校准工作。
将镜头对准所需成像的地物，调整焦距，然后按下“free”按钮，观察所设图像是否符合要求，若符合要求则按下“save”，否则重复步骤
.
2.图像分析
（1）A.图像采集地点:
虹桥
B．图像采集时间：
上午10点10分
C.图像分析：
图1-1虹桥热红外成像图像
分析：
在虹桥的热红外图像中，可以看出，由水泥制成的拱形结构的温度最高，平均温度为27.1℃，虹桥周围的植物温度略低于水泥的温度，平均温度为22.6℃，虹桥上的金属材质扶手温度最低，平均温度为18.1℃。
分析原因如下：
图像采集时间为上午10点钟，地面各种物质都吸收了一定的太阳辐射的热量，但是由于水泥的比热容最小，因此温度最高，植物次之，而金属此时处于背光面，吸收热量较少。
因此，三者的温度为递减形式。
（2）A.图像采集地点:
X形桥
B．图像采集时间：
上午10点20分
C.图像分析：
图1-2X形桥前草地热红外图像
分析：
在本图像中，主要由岩石和草地的热红外影像组成，由于太阳光的照射角度问题，岩石顶部的温度较高，平均温度约为26.3℃，岩石底部的温度较低，平均温度较低约为24.4℃，草地的温度最低约为23.5℃，同时在图像中可以看出，草地周围的水泥路面，以及花坛水泥边缘的温度都很高，与岩石温度相近。
（3）A.图像采集地点:
X形桥周围的水体和植物
B．图像采集时间：
上午10点30分
C.图像分析：
（a）图像（b）温度曲线图
图1-3X形桥周围的水体和植物热红外图像
分析：
本幅图像主要由干枯的树干和植物水体等组成，从温度曲线图中可以看出，干枯的树干温度最高，最高温度可达到28.6℃,植物和水体的温度较低，在24℃左右。
从图中特别可以看出的是，由于植物的遮挡阳光，在植被遮挡下的土壤的温度较低，仅在23℃左右。
（4）A.图像采集地点:
X形桥周围的土壤和植物
B．图像采集时间：
上午10点40分
C.图像分析：
图1-4X形桥周围的土壤和植物热红外图像
分析：
本幅图像主要由石板植物以及裸露的土壤组成，其中石板的平均温度为23.5℃，裸露的土壤的平均温度为23.6℃，而植物的平均温度为21.7℃。
考虑到石板和土壤收到阳光的直接辐射因而温度较高，而植物可以进行光合作用释放水分子来降温，因此温度较低。
（5）A.图像采集地点:
2教的墙体
B．图像采集时间：
上午10点50分
C.图像分析：
（a）图像（b）温度曲线图
图1-52号教学楼的墙体热红外图像
分析：
本幅图像主要由2教前的玻璃以及墙体和植物组成，由于太阳入射角度的问题，可以从图中看出受到太阳直射的墙体的温度较高，尤其是在棱角的边缘位置，温度可达到30℃。
而未受到太阳直射的玻璃面的温度则比较低，在23℃左右，植物受到太阳的直射，平均温度为24.5℃。
二、地物光谱实习
1.实习目的与实习内容
（1）实习目的与内容
通过测试不同地物的反射率，根据地物光谱曲线，通过对比的手段，对不同地物反射率进行测试、分析，获得不同地物反射光谱特征，并在此基础上，对同一种地物的不同品种的地物光谱进行分析，来观察同一地物不同个体间的光谱曲线的差异，为今后在为地物选择合适的波谱进行遥感、以及在遥感图像上区分不同地物奠定基础。
（2）实验设备及测试流程
实验设备：
Avantes光谱仪、地物样本（现场采集）、相机（地物样本记录）、安装AvaSoft7.2forUSB2便携电脑
测试流程：
仪器的连接及软件启动
将光谱仪、扫描探头与电脑连接好后，第一次使用时会有一个硬件的安装向导，安装完成后运行AvaSoft7.2forUSB2。
软件的界面如图1所示：
图2-1软件界面
首先使用File/StartNewExperiment创建一个工程，根据需要对其进行命名，其默认扩展名为*.kon，界面如下图所示
图2-2新建工程
相关参数的设置
在Setup菜单中调整Smoothing参数，为所使用的Fiber/Slit直径选择最优化Smoothing参数，对于AvaSpec-2048-USB2光谱仪来说，应将Smoothing选项设置为1。
获取参考光谱，用以优化有关参数设置
将光纤探头对准标准白板，点击S按钮，进入Scope模式；点击start按钮，获得参考光谱，此处的参考光谱用于辅助优化光谱仪相关参数。
系统参数的优化
为避免气象条件对光谱仪造成的影响，应先针对当前的天气状况，对系统参数进行一定程度的优化。
点击菜单栏上的
按钮转换到光谱图模式（Scopemode），再按
按钮，系统便会自动调整积分时间和用于光谱平均的次数，也可根据具体情况，进行手动设置。
如下图所示：
图2-3设置参数
获取暗光谱
将扫描探头用探头盖盖住，在Scope模式下，点击
按钮，获取暗光谱。
点击菜单中的File/Save-Dark，或用鼠标点击屏幕左上方的黑色框
，以便保存暗光谱。
获取参考光谱
将探头垂直对准标准白板，在Scope模式下，通过菜单选择File/SaveReference或者点击屏幕左上方的白色框
，以便保存参考光谱。
测定地物的反射波谱
首先，点击菜单栏中的
按钮，进入Transmittance模式，再将探头对准标准白板以获取当前模式下的参考光谱并存储；
再将光谱仪的探头对准待测地物，得到地物的反射波谱曲线。
保存波谱
可以选择菜单中的File/SaveExperment，或者点击工具条中的
按纽，以便保存当前所观测的地物波谱。
波谱的显示
选择菜单中的File/displaysavedgraph，在选择已测的波谱点击“确定”即可显示所需图像。
2.水体反射波谱测试与分析
（1）测试说明
测试地点：
图书馆二楼空地
测试时间：
2:
：
00----2:
30（下午）
气候条件：
晴；气温32摄氏度；气压960KPA；无风。
测试成员：
孙喆文灿曦卢思磊李立李丹
（2）水反射波谱分析
图2-4水光谱图
曲线分析：
从图中可以看出，无论是清水还是混有一定杂质的浑浊雨水，在450nm-660nm波段反射率总体处于一个比较稳定水平，而在650nm-700nm波段和在810nm两者的反射率都处于一个波峰状态，而在740nm有一个吸收谷，在大于850nm多段两者的反射率都逐渐降低。
不同的是雨水的反射率总体要高于清水，分析原因为雨水中混有一定的杂质，会使其反射率增大，但总体光谱特性曲线还是与清水的相似。
在光谱图中区分两者可用450nm-700nm波段。
水样品照片：
（a）清水（b）雨水
图2-5水样品照片
3.植被反射波谱测试与分析
（1）测试说明
测试地点：
图书馆二楼空地
测试时间：
2:
：
00----2:
30（下午）
气候条件：
晴；气温32摄氏度；气压960KPA；无风。
测试成员：
孙喆文灿曦卢思磊李立李丹
（2）植被反射波谱分析
图2-6树叶光谱图
曲线分析：
黄色枯叶的反射率在400nm-1000nm之间呈现稳定的增长趋势，除此之外的三种活植物都在680nm存在一个吸收谷，在700nm-1000nm之间都达到较高水平，其中红叶相对于黄叶和绿叶的变化较大，考虑原因为树叶的颜色以及叶片内部结构等。
认为区分四者可以用750nm-800nm，在此区间，黄叶反射率最高，绿叶、红叶次之，枯叶最低。
树叶样品照片：
（a）绿色树叶（b）黄色树叶
（c）红色树叶（d）干枯树叶
图2-7树叶样品照片
3.岩石反射波谱测试与分析
（1）测试说明
测试地点：
图书馆二楼空地
测试时间：
2:
：
00----2:
30（下午）
气候条件：
晴；气温32摄氏度；气压960KPA；无风。
测试成员：
孙喆文灿曦卢思磊李立李丹
（2）岩石反射波谱分析
图2-8岩石光谱图
曲线分析：
从图中可以看出，四种岩石的反射波普特性曲线的变化形势相近，在400nm-600nm逐步上升，在600nm-1000nm波段基本不变，在590nm时有一个小的吸收谷，其中白色岩石的反射率一直保持在四种岩石中的最高水平，而黑色岩石的吸收率一直为最低，分析原因为岩石的颜色导致了这种情况的产生，因为白色对可见光中的所有波段反射，而黑色则全部吸收，因此，白色岩石反射率高，黑色岩石反射率低，但由于岩石表面存在泥土等杂志所以其反射率不会为100％或0。
区分四种岩石可以用600nm-1000nm波段，四者的反射率稳定且互不相同。
岩石样品图片：
（a）黑色大理石（b）白色石头
（c）黑色石头（d）黄色石头
图2-9岩石样品图片
4.土壤反射波谱测试与分析
（1）测试说明
测试地点：
图书馆二楼空地
测试时间：
2:
：
00----2:
30（下午）
气候条件：
晴；气温32摄氏度；气压960KPA；无风。
测试成员：
孙喆文灿曦卢思磊李立李丹
（2）土壤反射波谱分析
图2-10泥土光谱图
曲线分析：
从曲线中可以看出，两者的变化趋势相近，在400nm-650nm呈增长趋势，而在650nm-1000nm保持在一个较稳定的数值。
干燥泥土的反射率总体要高于湿润的泥土，考虑原因为湿润泥土中的水分对于电磁波有一定的吸收作用。
区分两者可用600nm-1000nm波段，在此区间内，干燥土壤的反射率高于湿润土壤。
土壤样品图片：
（a）干燥土壤（b）湿润土壤
图2-11土壤样品图片
5.城乡非自然目标反射波谱测试与分析
（1）测试说明
测试地点：
图书馆二楼空地
测试时间：
2:
：
00----2:
30（下午）
气候条件：
晴；气温32摄氏度；气压960KPA；无风。
测试成员：
孙喆文灿曦卢思磊李立李丹
（2）城乡非自然目标反射波谱分析
图2-12城乡非自然目标光谱图
曲线分析：
从图中可以看出，无论是黑色大理石还是白色大理石，其光谱曲线的变化趋势是相同的。
不同的是白色大理石的反射率一直处于较高水平，在95%左右，而黑色大理石的反射率则一直处于较低水平，仅在10%左右。
分析原因为黑色大理石呈现黑色，对于可见光中的多数光是吸收的，而白色恰恰相反，几乎能反射所有的可见光，并且大理石表面十分光滑，类似于镜面，因此黑色大理石反射率低，而白色大理石反射率高，接近100％。
区分两者可用400nm-1000nm间的任意波段。
城乡非自然目标样品图片：
（a）黑色大理石（b）白色大理石
图2-13城乡非自然目标样品图片
三、地物热红外时序观测实验
1.植被图像分析
（a）植被照片
（b）温度变化图
图3-1植被一昼夜温度变化图
分析：
从原始数据中可以得到植被的一天中平均温度为31.5℃，最高温度为41.7℃，最低温度为21.9℃分别出现在下午3点钟和凌晨5点钟。
一天中植物的温差可以达到近20℃。
从图中曲线可以看出，自凌晨5点钟到下午16点钟，植物的温度基本处于上升状态，其中在下午12点钟左右出现温度下降，由于所有观测地物在中午12时温度都有下降，故推测为外部环境因素导致其温度降低，（如：
天空有云层飘过挡住太阳光或是由于风吹过）或是由于仪器自身噪声导致。
而在凌晨5点出现温度最低的原因是自太阳落山后植物停止接受来自太阳的辐射，温度持续降低，在早上6点钟日出植物温度升高，因而会在5点钟出现波谷，温度最低。
其他波动认为是仪器噪声导致的误差。
2.水体及周边物体温度分析
（a）水体照片
（b）温度变化图
图3-2水体及周边物体温度分析
分析：
水体在一天中温度的最大值为37.1℃，最低温度为21.7℃，平均温度为29.1℃，温差为16℃，周边物体的最高温度为38.4℃，最低温度为21.7℃，平均温度为29.6℃，温差约为17℃，两者的最低温度都出现在凌晨5点钟，最高温度分别出现在下午16时和中午12时。
此外，从图中还可以看出，在10时-16时之间，水体的温度明显低于周围物体温度，这是由于水体的比热容较大，在接受相同辐射的情况下，水比其他地物升高的温度小。
水体一昼夜温差也小于其周围物体和之前分析的植被，这也与其比热容较大有关。
同时，由于水中会有周围物体的倒影，经试验发现，水中物体的倒影与物体本身温度相近，而与水体本身的温度有一定差异，如图3-3，图中桥面的平均温度为28.8℃，其在水中倒影的平均温度也是28.8℃，而没有倒影的水体的平均温度仅为27.0℃。
图3-3实验图片
这在一定程度上会影响到水体温度的测试，也导致了本次测试中水体的温差较大。
最后，由于水体有调节环境温度的作用，桥梁的温度也要比相同时间下其他建筑物的温度低一些，其变化趋势也与水的变化趋势相似。
3.岩石温度分析
（a）岩石照片
（b）温度变化图
图3-4岩石一昼夜温度变化图
分析：
岩石一天中最高温度为47.8℃，最低温度为25.4℃，分别出现在15时和24时，温差为22.4℃，平均温度为33.9℃是5种地物中平均温度最高的。
从图中可以看出自凌晨5时至下午15时，岩石的温度持续升高，这与强烈的太阳光照有关，岩石的比热容较低，在吸收相同热量的情况下，温度上升较大。
而在下午15时光照减弱后，岩石迅速散热，温度明显降低，直至凌晨0时，达到最低25.4℃.
4.土壤温度分析
（a）土壤照片
（b）温度变化图
图3-5土壤一昼夜温度变化图
分析：
土壤一昼夜中温度最高为40.2℃，最低温度为20.3℃，平均温度为30.2℃，分别出现在下午15时与凌晨0时，温差为19.9℃。
土壤与岩石的温度变化相似，在下午16时，光照减弱后温度持续降低，在凌晨0时到达最低，在0时到凌晨5时日出前，温度一直在波动，原因可能为土壤与植物、空气等进行热交换，而使其自身的温度有一定波动，或是由于仪器自身的误差导致。
在凌晨6时日出后，土壤开始吸收太阳辐射，温度也逐渐上升。
5.建筑物温度分析
（a）建筑物照片
（b）温度变化图
图4-6建筑物一昼夜温度变化图
分析：
建筑物一天中的平均温度为32.8℃，最高温度出现在下午15时和16时，为44.6℃，最低温度为23.9℃，出现在凌晨0时。
其变化趋势与土壤和岩石相近，在下午16时太阳辐射减弱后温度逐渐降低，在凌晨0时达到最低，而在0时-5时间温度一直在波动，考虑原因与土壤温度出现波动相同，凌晨5时处于日出前最后一小时，温度较低，在6时日出至下午16时，吸收太阳光辐射温度持续升高。
四、超光谱数据认知实习
1.实习目的
通过观察图像中不同地物的反射光谱曲线，来认识不同地物的反射特性。
为以后测量植物和岩石以及水体的反射特性曲线奠定基础。
2.实习步骤
（1）打开ENVI5.0软件。
单击“开始”->“所有程序”->“ENVI5.0”->“Tools”->“ENVIClassic”。
（2）在ENVIClassic中打开图像资料。
单击“File”->“OpenImageFile”->选择要打开的图像资料->单击“打开”，如图1
图4-1打开图像
在弹出的对话框中选中“（256x242x3128）：
E01H1270362002234110PZ.L1R”后单击“OK”，如图2
图4-2选中所需打开的图像
在弹出的“HDFDataSetStorageOrder”对话框中选择“BIL”后单击“ok”，如图3
图4-3选择HDF数据集的存储顺序
在可用波段表中选定所需显示波段后单击“LoadBand”，如图4
图4-4选择显示波段
在显示出的图像中选择好地物后单击“右键”，选择“ZProfile”，则地物的反射波谱如图5所示
图4-5反射波谱
3.实习成果
（1）岩石的反射波谱
图4-6岩石反射波谱
（2）土壤反射波谱
图4-7土壤反射波谱
（3）植被反射波谱
图4-8植被反射波谱
（4）水体反射波谱
图4-9水体反射波谱
4.图像的分析
从以上4张图像中可以看出，植物、水体、岩石、土壤的反射波谱基本相同，考虑原因是因为图像未正确定标，才导致以上四者的反射波谱与太阳辐射相似。
五、实习收获与体会
在红外图像分析实习中，我在之前的基础上学会了热红外成像仪的定标、摄影等功能，同时学会了使用“高德红外图像分析”软件，学会了如何从图像中颜色变化中寻找高温物体，怎样在图像中显示任意物体的温度和任意区域的平均温度、最高温度、最低温度等，并知道了怎样显示图像中用一条线划下的一系列物体的温度，并用温度变化曲线形象直观地表示出来。
在地物光谱实习中，我学会了如何在计算机上安装、使用avantes软件，学会了如何对地物光谱进行获取和分析，并在此基础上，通过对同一种地物的不同品种的地物光谱进行分析，来观察同一地物不同个体间的光谱曲线的差异，为今后在为地物选择合适的波谱进行遥感、以及在遥感图像上区分不同地物奠定了坚实的基础。
除此之外，我还学会了如何分析光谱曲线，比如：
要说明某一地物的光谱曲线，就需要说明它的波峰、波谷、最大值、最小值以及变化趋势等，在此基础上我还学会了如何分析通过光谱曲线来区分不同地物。
本次实习还让我认识到团队合作的重要性，在一个团队中每个人既要有自己的分工，又要与其他队员相互帮助、相互交流，只有如此才能为团队任务的圆满完成贡献力量。
在地物热红外时序观测实验中我在熟悉热红外成像仪的使用方式的同时，观察并记录了5种不同地物在一昼夜内温度变化曲线，发现物体出现最高温度的时间通常为下午15时，最低温度为晚上24时或凌晨5时。
除此之外，我还认识到了水中物体倒影的温度与物体本身温度相近，与水体温度不同，推测原因是水像一面镜子一样将物体发射的热红外波反射到了热红外成像仪中，因此在以后的测量中应该尽量避免水中有其他物体倒影的情况。
在超光谱数据认知实习中，我对ENVI软件有了一个初步的认识，知道了如何在ENVI中打开图像，学会了在ENVI中选择HDF文件的不同的存储格式和显示不同波段的图像，以及显示不同地物的反射波谱特性曲线，为以后测量不同地物的波谱特性曲线和从地物的波谱特性曲线来区分不同的地物奠定了基础。
最后，感谢老师给了这样一次认知、锻炼、提升自己的机会，我会牢记本次实习所学的知识并运用到今后的学习、工作中。
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