自助下单地址（拼多多砍价，ks/qq/dy赞等业务）：点我进入

0 前言

水体中的悬沙影响着水体的透明度、水色等光学特性，也与河口海岸冲淤变化过程密切相关。 利用高光谱遥感技术获取悬砂水体的反射光谱数据，同时对反射率进行原理计算。 针对传统水体遥感测量的局限性，地物光谱仪测量方法更为合理。 选用地表物光谱仪和光纤光谱仪进行研究，得到以下结论：随着悬浮泥沙浓度的增加，反射率也随之增加，反射波段范围增大； 在距水面一定距离处测得的悬浮泥沙反射率误差主要来自天光。 靠近水面虽然天光影响减弱，但光纤光谱仪灵敏度更高，受水面波动影响大； 水面以下光强变弱，光纤光谱仪不受天光影响。 直接得到水体的反射率。

1 仪器概述

地表物体光谱仪是一种地面非成像光谱仪，可在野外或实验室测量研究物体的光谱反射率、透射率等辐射亮度。 这是一种获取光谱数据的廉价且灵活的方法。

光谱仪的核心部分，即传感器技术不断得到发展。 到20世纪70年代，光纤传感器在灵敏度和准确度、固有安全性、抗电磁场干扰、高介电强度、耐高温、耐腐蚀等方面具有突出的优势。 具有很高的传输信息容量，能同时反映多个分量的多维信息，并通过波长、相位、衰减分布、偏振和强度调制、瞬时信息的时间分辨采集等进行区分，真正实现多通道光谱分析和合成。 传感器阵列旨在实现对复杂混合物中特定分析对象的检测，这是电学和声学传感器无法实现的。

地面目标光谱仪iSpecField-HH手持式地面目标光谱仪是立森光学（LiSen Optics）专门用于野外遥感环境监测的最新产品。 便携式手持表面物体光谱仪。 地物光谱仪在植被生长分析、林业、地面实况数据测量、地质研究、矿物鉴定、工业质量控制和环境检测等领域的许多场合用于测量光谱反射率、透射率和其他辐射率。 目前使用的场光谱仪大多具有使用方便、重量轻、体积小等特点。

光纤光谱仪

LiSpec-UVIR200系列高灵敏度光谱仪是立森光学光谱仪系列中基于面阵背照式BT-CCD传感器开发的明星产品之一。 该系列光谱仪是一款成功地将紫外、可见光和近红外的高量子效率与高测量速度相结合的高灵敏度光谱仪。 其独特的杂散光消除技术、独特的降噪电路控制技术、突出的高量子效率检测器性能，大大提高了光谱仪的灵敏度和信噪比。 微电子领域多像素光学探测器的快速发展，如CCD阵列、光电二极管阵列等，使得生产低成本的扫描仪和CCD照相机成为可能。 这些技术使光纤光谱仪无需移动光栅即可快速扫描整个光谱。

光纤光谱仪的优势在于系统的模块化和灵活性、测量速度快和成本低，这些优点大大拓宽了它的应用领域。 微型光纤光谱仪特别适用于那些重要的光探测技术的研究工作。 广泛应用于工业和科研的许多领域。

2 数据分析与讨论

2.1 遥感反射率的计算

地面光谱仪

遥感反照率

也就是说，计算水体遥感反照率必须测量水体远离水面的辐射亮度Lw和水体表面的入射辐照度Ed(0+)。

离水辐射率的计算 离水辐射率可表示为

其中，Lw是来自水的辐射亮度，Lsw是光谱仪接收到的总辐射亮度； Lsky是天空中漫射散射光的辐射率，不包含任何水体信息； r为水面反射率，与水面粗糙度有关。

光谱仪参数设置为每个采样点自动测量20条光谱曲线，剔除20条曲线中的异常曲线，选取集中的10条取平均值作为该点的光谱曲线，降低因故障引起的风险波、太阳耀斑等影响测量而产生的误差，求得为Lsw。

Lsky的测量过程与Lsw的测量过程类似，唯一的区别是光谱仪的相机指向天空。最后得到离水辐射率

这里取平静水面条件下的水面反射率r为0.022。 水面入射辐照度的计算水面入射辐照度是通过测量标准灰板的辐射亮度来计算的。 标准板为灰板，反射率为30%。 板的反射率。 设置观察角度，使标准板水平放置在阳光下，光谱仪垂直于标准板。

入射辐照度：

综上所述，遥感反射率

在实际操作中，如果测量仪器稳定，线性度好，只需严格校准标准板即可。 对于未标定的光谱仪，遥感反射率可直接按以下公式计算

其中，Ssw、Ssky和Sp分别为光谱仪面向水体、天空和标准板的测量信号码值。

光纤光谱仪

需要确定三种光谱值：第一种称为暗光谱，即没有光进入光谱仪时仪器记录的光谱（通常是系统本身的噪声值，取决于环境和仪器本身的温度）； 第二种是参考标准板的光谱或白光，是从更完美的漫射辐射体——标准板测得的光谱； 第三类是样品光谱或目标光谱，它是从感兴趣的目标对象测量的光谱。 最后，在相同光照条件下，目标光辐射值除以参考光辐射值得到感兴趣物体的反射率，因此目标反射率是相对于参考光谱辐射的比值。

3.2 遥感反射率分析

对比清水反射光谱曲线，得到悬浮泥沙水体的光谱特征。 图 1为中值粒径D50为0.019 mm的悬浮泥沙水体光谱曲线，曲线1代表浓度为1.527 g·L- 1 ，曲线2代表浓度为0.010 g·L- 1. 曲线2悬浮泥沙浓度很低，可视为清水。 悬浮沙水的反射率远高于清水。 反射带的范围也随着悬浮泥沙浓度的增加而增加，全反射增加。

图1 悬浮泥沙中值粒径0.019mm两种浓度悬浮泥沙水体光谱曲线

2.2 光纤光谱仪测量反射率对比分析

对比光纤光谱仪在三个高度测量不同含沙量的三种悬浮泥沙水样A、B、C的遥感反射率，三个样品的含沙量从高到低依次为B、A、C。 从图2可以看出：

图2 光纤光谱仪三个水样和三个高度的光谱曲线

(1) A、B、C三个点的反射率从高到低依次为B、A、C，反射峰本身的形状变宽。 (2) 光纤光谱仪在三个高度测得的悬沙水体光谱曲线总体趋势一致，能够反映悬沙水体的主要光谱特征，光谱曲线的特征悬浮沉积物水体的 与先前的检测研究一致。 结论也比较接近。 (3)悬浮砂体水面以上反射率远高于水面以下，悬浮砂水体水面上下反射率实测值相对稳定。 A、B、C的峰值反射率差异分别约为9%、15%和4.5%，悬浮比分别为52%、60%和50%。 表明除了天光对光谱仪测量信号的影响外，悬浮泥沙浓度对出水口辐射亮度的影响不是线性的，尤其是后向散射系数，其与浓度的关系悬浮泥沙更接近于幂关系。 要想得到悬浮泥沙水体的真实信息，必须去除悬浮泥沙水体水面以上信息中的天光信息。

(4) 近水面测得的悬砂水体反射率波动较大。 根据实测值可知，水面以下的差异百分比分别为77.6%、20%和40%，与悬沙浓度无明显相关性。 光纤传感器距离悬沙水体表面越近，可以尽可能消除天光散射对水体测量目标的影响，但越靠近水面，观测角度越小光纤探头的强度越高，对目标变化的灵敏度越高。 因此，水面的波动会对测量结果产生很大干扰。 从图2可以看出，靠近水面的悬浮沙子反射率波动较大。

2.3 地物光谱仪与光纤光谱仪测量反射率对比分析

图3 地物管沟光谱仪与光纤光谱仪在同一测量高度下的光谱曲线对比

对比光纤光谱仪和地表物体光谱仪测量的水体遥感反射率，从图2和图3可以看出：

(1) 未去除天光的地物光谱仪直接测量值与光纤光谱仪在水面以上的测量值比较接近，如图3所示，均未去除影响天光，悬浮泥沙水反射率实测偏大。

(2) 表面物体光谱仪计算的实际反射率与水面以下光纤光谱仪测量的光谱值接近。

(3)光纤光谱仪的光谱分辨率明显高于表面物体光谱仪，特别适用于测量低强度光源目标的光谱。 可以在水体中检测到水反射率的微小变化。

(4)光纤光谱仪在小于400nm和大于900nm的数据噪声过大，光谱曲线波动较大，几乎无法使用。 地物光谱仪实际上可以使用的波长范围更广，其稳定性也优于光纤光谱仪。

3 结论

对于悬浮泥沙水的光谱测量，所使用的两种光谱仪在不同的要求下可以表现出不同的优势。 在水面上，外界条件是一样的，都是受到天光的影响。 光谱仪在一定程度上接受路径辐射，表面物体光谱仪和光纤光谱仪测得的值非常接近，即在光强合适的情况下两者都可以使用。 在靠近水面进行光谱测量时，虽然可以减少大气的影响微型光纤光谱仪，但水体难以保持稳定状态，不断受到水体扰动的影响，无法抵消天光的影响完全去除，因此测量结果的稳定性较差。 当水面下光强变弱时，可用光纤光谱仪直接测量，既方便又相对准确。 可根据需要采用光纤探头在不同水深进行测量。

推荐：

Layson Optics - iSpecHyper-VM系列无人机机载高光谱成像系统

Lexen Optics-多旋翼无人机高光谱成像系统iSpecHyper-VM系列是一款基于小旋翼无人机的高性能机载高光谱成像系统。

雷森光学-多旋翼无人机高光谱成像系统，光谱范围400-1000nm/900-1700nm，由高性能高光谱相机、稳定云台高清相机、GNSS模块、机载控制及数据采集模块组成、机载 由电源模块、地面站模块等部分组成。 核心载荷高光谱相机完全自主研发，采用1英寸大靶面CCD图像传感器，具有高光谱分辨率、高灵敏度、大视场和优异的成像性能。 过程中无人机晃动造成的图像失真和模糊； 同时与GPS同步触发，实现可见光照片中GPS信息的匹配同步； 通过地面实时数据平台实时观测飞机采样点，航线预览和修正功能可由地面终端设置和采集； 具有光能传递校正、反射率校正、面积校正等批量处理能力。 辅助摄像头实时可见微型光纤光谱仪，监控拍摄效果，并具有图像实时回传功能； 具有光能传递校正、反射率校正、面积校正等批处理能力，光谱相机控制，数据采集，自动曝光，自动扫描速度匹配，辅助相机功能，支持远程控制，支持巡航，惯导采集模式，数据支持Envi等主流遥感软件，实时常用植被指数计算功能，光谱及影像数据预览，建库，指数解译库等功能。

莱森光学-多旋翼无人机高光谱成像系统完美兼容DJI M600 pro/M300RTK无人机，支持多款同类型无人机； 系统支持配件升级和定制开发。 为智慧农业、林业勘察、水环境监测、目标识别、军事反伪装等行业高端应用提供高性能解决方案。

Layson Optics - iSpecHyper-VS 系列高光谱成像相机/便携式高光谱成像系统

立森光学-iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机是立森光学（LiSen Optics）的最新产品，专门应用于公安刑侦、物证鉴定、精准农业、矿产地质勘探等领域。 主要优点有体积小、帧率高、独特的高光通量分光镜设计、高信噪比灵敏度、大靶面探测器、高图像质量等。iSpecHyper-VS采用外推高光谱成像原理-扫帚或内置传输光栅。 系统集高性能数据采集与分析处理系统、高速接口传输、全靶面高成像质量光学设计于一体，物镜接口为标准C-Mount。 物镜可根据用户需要更换。 iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机广泛应用于公安刑侦、物证鉴定、精准农林、遥感遥测、工业检测、医疗、矿产勘探等领域。

莱森光学-iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机/便携式高光谱成像系统主要技术特点

光谱范围400-1000nm或900-1700nm，分辨率优于3nm

独特的高光通量光谱成像设计，高信噪比灵敏度

高性能CMOS/CCD/InGaAs（TE Cooled）图像传感器，数据格式支持ENVI，支持多区域ROI

可选电控自动对焦技术，自动曝光，自动成像扫描匹配

全靶面高成像质量光学设计，光斑直径小于0.5像素

可根据用户需要更换各种焦距物镜（12.5/25mm/35mm/75mm）

多种光学配件可选：户外太阳能光源、实验室太阳能均化光源工作台、三脚架（野外使用）、数据线、电源线、电源（外接电源模块）、仪器手提箱（定制三防） box），专业的高光谱采集软件

Layson Optics- iSpecField 系列手持式/便携式地面物体光谱仪

立森光学-iSpecField系列地物光谱仪是立森光学（LiSen Optics）的最新明星产品，专门应用于野外遥感测量、土壤环境、矿产地质勘探等领域。 Accurate spectral data由于其操作灵活、便携、光谱测试速度快等特点，是一款真正意义上的便携式地物光谱仪。 iSpecField系列地物光谱仪光谱范围为250-1100nm/250-1700nm/250-2500nm，采用工业级触摸屏手柄探头。 手柄探头还采用独特的光学设计，内置摄像头（摄像头）、GPS、激光笔。 ，内置光闸控制，地物光谱仪主机与工业级触摸屏手柄探头一体化设计，可直接在野外进行地物光谱操作和测量，野外操作更加方便快捷，非常适用于复杂场面物体的光谱测量。

Layson Optics-iSpecField系列地物光谱仪主要技术特点

光谱范围250-1100nm/250-1700nm/250-2500nm，固定全息光栅一次快速扫描分光

2048像素面阵BT-CCD，256/512像素InGaAs，高像素双通道同时测量探测器，高光谱精度和高分辨率

主机与工业级触摸显示手柄探头一体化结构，现场测量无需外接电脑，操作灵活

最短积分时间30微秒，测量动态范围大，7寸高清触摸屏远程触发一键测量

内置>800万像素自动对焦摄像头（摄像头）、GPS、激光笔、内置光学快门控制

GPS定位、地物图像、角度测量、距离测量、空气温湿度测量和实时频谱同步

SpecAnalysis专用地物分析软件，兼容ENVI、TSG、Arcgis等第三方工具软件，内嵌USGS数据库、NDVI等13种植被指数

丰富的测量光学配件：标准白板/灰板、叶片传输夹、矿土专用探头、手枪式光纤探头、室内太阳能光源、视场镜、BRDF测量配件、透反射实验室支架装置、远程触发器等. 满足野外和实验室测量需求，可实现透射反射率、辐照度、辐亮度等测试。

大容量电池，续航4-5小时，供电电池模块可拆卸，可配置备用电池模块，满足长时间野外测量