基本信息
- 項目名稱：
- 多角度測量平臺教學演示模型設計
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- BRDF是遙感研究中的一個重要參數(shù)，但也是一個較難理解的概念，本作品在充分理解BRDF概念和測量原理的基礎上，總結目前各測量儀器設計的核心原則，設計出了一個用于教學演示的多角度測量平臺模型，不僅操作簡單，而且經濟、輕便、適于教學使用，以滿足遙感教學和遙感人才培養(yǎng)的需要，具有重要的現(xiàn)實意義。
- 詳細介紹：
- 本作品是綜合現(xiàn)有各儀器的基礎上，以FIGOS、EGO等典型測量系統(tǒng)為原型完成設計。本作品主要由三部分組成：方位圓軌道、天頂弧半圓軌道和傳感器模型。通過天頂弧半圓軌道在方位圓軌道上的旋轉改變方位角，通過傳感器模型在天頂弧半圓軌道上的旋轉改變天頂角，進而模擬多角度測量的整個采樣過程，從而清楚地展現(xiàn)時BRDF測量的步驟。設計以教學應用為出發(fā)點，操作簡單、經濟實用、考慮也較為全面，是理論聯(lián)系實際的重要應用，是個很有意義的實踐項目。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：BRDF是遙感研究中的一個重要的參數(shù)，但也是一個較難理解的概念。本作品撰寫的目的就是設計一個簡易的BRDF測量演示模型，幫助學生清晰地理解BRDF的含義及其測量原理，提高教學效果。 思路：一是理論研究部分，充分理解BRDF含義和測量原理，總結分析現(xiàn)有測量系統(tǒng)，探究其核心原理，總結設計模型的方向；二是模型設計階段，先設計模型框架，然后設計細節(jié)部分，解釋設計原因及操作，注重儀器的實用性。
科學性、先進性及獨特之處
- 本作品在理解BRDF含義基礎上，調查研究了目前應用的各種BRDF測量儀器，并從中總結出BRDF測量的核心原理，為研究確立了科學合理的理論基礎。所設計的模型力圖突出當前BRDF測量的核心原則，同時操作簡單、儀器輕便、價格低廉，適合教學使用，有助提高教學效果。模型的獨到之處在于本作品是首次將BRDF測量模型搬入教學演示過程，是探索遙感建模在教學中應用的一次有益嘗試。
應用價值和現(xiàn)實意義
- BRDF是遙感研究中的一個重要參數(shù)，但也是一個很難理解的參數(shù)，本作品清楚地展示了BRDF的內涵及其測量原理，能夠幫助學生快速準確地理解這一概念，改善教學效果，對于普及遙感知識和培養(yǎng)遙感人才方面都具有重要的現(xiàn)實意義。本模型操作簡單、輕便、經濟合理，適合教學使用和學生動手嘗試，能夠提高學生的動手能力并加深學生對知識的理解。對于遙感教學演示模型的研究目前還很少見，因此本研究有著廣闊的發(fā)展空間。
學術論文摘要
- 地球表面的各向異性反射是自然界中物體對電磁波反射的基本宏觀現(xiàn)象，獲取地表各向異性的反射模式對研究輻射與地表相互作用機制具有重要作用。多角度測量是獲取地表各向異性反射模式的主要方法之一，多年來一直是遙感研究中的一個熱點。地表各向異性特征一般通過二向反射分布函數(shù)（Bidirectional reflectance distribution function，BRDF）來表征。本文在充分理解BRDF測量原理的基礎上，綜合野外測量系統(tǒng)（Field Goniometer System，F(xiàn)IGOS）和歐洲測量系統(tǒng)（European Goniometer System，EGO）等多角度測量系統(tǒng)的特征，在其基礎上設計了一種用于教學演示的BRDF多角度測量平臺模型，旨在幫助學生更好地理解BRDF測量原理。該平臺模型不僅清晰明確地體現(xiàn)了BRDF的測量原理，而且經濟、輕便，適于教學應用，是探索遙感建模在教學中應用的一次有益的嘗試，對遙感知識的推廣具有積極意義。
獲獎情況
- 北京師范大學“京師杯”課外學術科技作品競賽一等獎
鑒定結果
- 無
參考文獻
- 1.Ground measurements of surface BRF and HDRF using PARABOLA III 2.Geometric-Optical modeling of a conifer forest canopy 3.Modeling the gap probability of a discontinuous vegetation canopy 4.Geometric-Optical bidirectional reflectance modeling of the discrete crown vegetation canopy: Effect of crown shape and mutual shadowing 5.A Hybrid Geometric Optical-radiative Transfer Approach for Modeling Albedo and Directional Reflectance of Discontinuous Canopies 6.Directional reflectance and emissivity of an opaque surface 7.Geometrical considerations and nomenclature for reflectance 8.Reflectance quantities in optical remote sensing--definitions and case studies 9.An Overview with Remote Sensing Application & Measurement Recommendations 10.A Field Goniometer System (FIGOS) foracquisition of hyperspectral BRDF data
同類課題研究水平概述
- 一、國外BRDF測量研究現(xiàn)狀 1、可移動的野外BRDF測量裝置 在很長一段時間內，角輻射計裝置被用來測量野外自然光照條件下自然或人造物體表面的BRDF。1999年，蘇黎世大學遙感實驗室設計了一種可移動的野外BRDF測量系統(tǒng)FIGOS，可以在自然光照條件下實現(xiàn)高光譜BRDF數(shù)據的現(xiàn)場測量。在半自動的FIGOS基礎上，美國宇航局艾姆斯研究中心設計出Sandmeier Field Goniometer (SFG)。SFG完全由筆記本電腦控制，而且采集時間比FIGOS約少10分鐘另一個具有野外測量功能的系統(tǒng)是由法國ONERA設計的，這個系統(tǒng)測量更快，但是質量重約2000磅，用這個系統(tǒng)也可以測量偏振BRDF 2、不可移動的野外BRDF測量裝置 PARABOLA自20實際80年代中期廣泛應用于NASA的研究中，為了平均視場內景觀的空間不均勻性，系統(tǒng)的傳感器通常被放置在高的井架或升降機上。羅切斯特技術學院也設計過一個類似的裝置。在沒有大型野外測量裝置的時候，這種裝置比較簡單實用。 另外，還有一些搭載在衛(wèi)星或飛機上的BRDF測量裝置，比如搭載在ADEOS上的POLDER和搭載在Terra和Aqua上的MODIS等等。也有一些專門針對偏振BRDF的測量系統(tǒng)。 二、國內BRDF測量研究現(xiàn)狀 國內一些學者在國外的基礎上也對BRDF測量的模型做了一些設計或者修改。李新等設計了多角度室外BRDF測量系統(tǒng)，由自動多角度測量架和ASD光譜儀組成，系統(tǒng)幾何精度高，拆裝運輸方便，光譜分辨率高，測量速度快，非常適合室外BRDF測量。趙忠義等采用固定光源和使樣片轉動以及探測器移動的方法實現(xiàn)了對雙向反射分布函數(shù)的測量，進一步提出了利用可調機械臂結構以及三臺步進電機的協(xié)調驅動實現(xiàn)對目標材料的高精度半球空間反射特性測量的改進方法。研制了多光譜雙向反射分布函數(shù)測量轉角裝置，該裝置的應用使雙向反射分布函數(shù)測量系統(tǒng)的布局更合理，測量準確度更高。李文濤等利用串行接口芯片EZ-USB FX2實現(xiàn)PC機與光譜儀之間的高速串行通訊。
