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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 多角度測(cè)量平臺(tái)教學(xué)演示模型設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 數(shù)理
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- BRDF是遙感研究中的一個(gè)重要參數(shù)，但也是一個(gè)較難理解的概念，本作品在充分理解BRDF概念和測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，總結(jié)目前各測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)的核心原則，設(shè)計(jì)出了一個(gè)用于教學(xué)演示的多角度測(cè)量平臺(tái)模型，不僅操作簡(jiǎn)單，而且經(jīng)濟(jì)、輕便、適于教學(xué)使用，以滿(mǎn)足遙感教學(xué)和遙感人才培養(yǎng)的需要，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品是綜合現(xiàn)有各儀器的基礎(chǔ)上，以FIGOS、EGO等典型測(cè)量系統(tǒng)為原型完成設(shè)計(jì)。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(guò)天頂弧半圓軌道在方位圓軌道上的旋轉(zhuǎn)改變方位角，通過(guò)傳感器模型在天頂弧半圓軌道上的旋轉(zhuǎn)改變天頂角，進(jìn)而模擬多角度測(cè)量的整個(gè)采樣過(guò)程，從而清楚地展現(xiàn)時(shí)BRDF測(cè)量的步驟。設(shè)計(jì)以教學(xué)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、考慮也較為全面，是理論聯(lián)系實(shí)際的重要應(yīng)用，是個(gè)很有意義的實(shí)踐項(xiàng)目。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 目的：BRDF是遙感研究中的一個(gè)重要的參數(shù)，但也是一個(gè)較難理解的概念。本作品撰寫(xiě)的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的BRDF測(cè)量演示模型，幫助學(xué)生清晰地理解BRDF的含義及其測(cè)量原理，提高教學(xué)效果。 思路：一是理論研究部分，充分理解BRDF含義和測(cè)量原理，總結(jié)分析現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)，探究其核心原理，總結(jié)設(shè)計(jì)模型的方向；二是模型設(shè)計(jì)階段，先設(shè)計(jì)模型框架，然后設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)部分，解釋設(shè)計(jì)原因及操作，注重儀器的實(shí)用性。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本作品在理解BRDF含義基礎(chǔ)上，調(diào)查研究了目前應(yīng)用的各種BRDF測(cè)量?jī)x器，并從中總結(jié)出BRDF測(cè)量的核心原理，為研究確立了科學(xué)合理的理論基礎(chǔ)。所設(shè)計(jì)的模型力圖突出當(dāng)前BRDF測(cè)量的核心原則，同時(shí)操作簡(jiǎn)單、儀器輕便、價(jià)格低廉，適合教學(xué)使用，有助提高教學(xué)效果。模型的獨(dú)到之處在于本作品是首次將BRDF測(cè)量模型搬入教學(xué)演示過(guò)程，是探索遙感建模在教學(xué)中應(yīng)用的一次有益嘗試。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- BRDF是遙感研究中的一個(gè)重要參數(shù)，但也是一個(gè)很難理解的參數(shù)，本作品清楚地展示了BRDF的內(nèi)涵及其測(cè)量原理，能夠幫助學(xué)生快速準(zhǔn)確地理解這一概念，改善教學(xué)效果，對(duì)于普及遙感知識(shí)和培養(yǎng)遙感人才方面都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本模型操作簡(jiǎn)單、輕便、經(jīng)濟(jì)合理，適合教學(xué)使用和學(xué)生動(dòng)手嘗試，能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力并加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。對(duì)于遙感教學(xué)演示模型的研究目前還很少見(jiàn)，因此本研究有著廣闊的發(fā)展空間。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 地球表面的各向異性反射是自然界中物體對(duì)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(duì)研究輻射與地表相互作用機(jī)制具有重要作用。多角度測(cè)量是獲取地表各向異性反射模式的主要方法之一，多年來(lái)一直是遙感研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。地表各向異性特征一般通過(guò)二向反射分布函數(shù)（Bidirectional reflectance distribution function，BRDF）來(lái)表征。本文在充分理解BRDF測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，綜合野外測(cè)量系統(tǒng)（Field Goniometer System，F(xiàn)IGOS）和歐洲測(cè)量系統(tǒng)（European Goniometer System，EGO）等多角度測(cè)量系統(tǒng)的特征，在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種用于教學(xué)演示的BRDF多角度測(cè)量平臺(tái)模型，旨在幫助學(xué)生更好地理解BRDF測(cè)量原理。該平臺(tái)模型不僅清晰明確地體現(xiàn)了BRDF的測(cè)量原理，而且經(jīng)濟(jì)、輕便，適于教學(xué)應(yīng)用，是探索遙感建模在教學(xué)中應(yīng)用的一次有益的嘗試，對(duì)遙感知識(shí)的推廣具有積極意義。
獲獎(jiǎng)情況
- 北京師范大學(xué)“京師杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- 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(lèi)課題研究水平概述
- 一、國(guó)外BRDF測(cè)量研究現(xiàn)狀 1、可移動(dòng)的野外BRDF測(cè)量裝置 在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，角輻射計(jì)裝置被用來(lái)測(cè)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(xué)遙感實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一種可移動(dòng)的野外BRDF測(cè)量系統(tǒng)FIGOS，可以在自然光照條件下實(shí)現(xiàn)高光譜BRDF數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。在半自動(dòng)的FIGOS基礎(chǔ)上，美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心設(shè)計(jì)出Sandmeier Field Goniometer (SFG)。SFG完全由筆記本電腦控制，而且采集時(shí)間比FIGOS約少10分鐘另一個(gè)具有野外測(cè)量功能的系統(tǒng)是由法國(guó)ONERA設(shè)計(jì)的，這個(gè)系統(tǒng)測(cè)量更快，但是質(zhì)量重約2000磅，用這個(gè)系統(tǒng)也可以測(cè)量偏振BRDF 2、不可移動(dòng)的野外BRDF測(cè)量裝置 PARABOLA自20實(shí)際80年代中期廣泛應(yīng)用于NASA的研究中，為了平均視場(chǎng)內(nèi)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(jī)上。羅切斯特技術(shù)學(xué)院也設(shè)計(jì)過(guò)一個(gè)類(lèi)似的裝置。在沒(méi)有大型野外測(cè)量裝置的時(shí)候，這種裝置比較簡(jiǎn)單實(shí)用。 另外，還有一些搭載在衛(wèi)星或飛機(jī)上的BRDF測(cè)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(zhuān)門(mén)針對(duì)偏振BRDF的測(cè)量系統(tǒng)。 二、國(guó)內(nèi)BRDF測(cè)量研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)一些學(xué)者在國(guó)外的基礎(chǔ)上也對(duì)BRDF測(cè)量的模型做了一些設(shè)計(jì)或者修改。李新等設(shè)計(jì)了多角度室外BRDF測(cè)量系統(tǒng)，由自動(dòng)多角度測(cè)量架和ASD光譜儀組成，系統(tǒng)幾何精度高，拆裝運(yùn)輸方便，光譜分辨率高，測(cè)量速度快，非常適合室外BRDF測(cè)量。趙忠義等采用固定光源和使樣片轉(zhuǎn)動(dòng)以及探測(cè)器移動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙向反射分布函數(shù)的測(cè)量，進(jìn)一步提出了利用可調(diào)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)以及三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)材料的高精度半球空間反射特性測(cè)量的改進(jìn)方法。研制了多光譜雙向反射分布函數(shù)測(cè)量轉(zhuǎn)角裝置，該裝置的應(yīng)用使雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的布局更合理，測(cè)量準(zhǔn)確度更高。李文濤等利用串行接口芯片EZ-USB FX2實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與光譜儀之間的高速串行通訊。
