基本信息
- 项目名称：
- 多角度测量平台教学演示模型设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- BRDF是遥感研究中的一个重要参数，但也是一个较难理解的概念，本作品在充分理解BRDF概念和测量原理的基础上，总结目前各测量仪器设计的核心原则，设计出了一个用于教学演示的多角度测量平台模型，不仅操作简单，而且经济、轻便、适于教学使用，以满足遥感教学和遥感人才培养的需要，具有重要的现实意义。
- 详细介绍：
- 本作品是综合现有各仪器的基础上，以FIGOS、EGO等典型测量系统为原型完成设计。本作品主要由三部分组成：方位圆轨道、天顶弧半圆轨道和传感器模型。通过天顶弧半圆轨道在方位圆轨道上的旋转改变方位角，通过传感器模型在天顶弧半圆轨道上的旋转改变天顶角，进而模拟多角度测量的整个采样过程，从而清楚地展现时BRDF测量的步骤。设计以教学应用为出发点，操作简单、经济实用、考虑也较为全面，是理论联系实际的重要应用，是个很有意义的实践项目。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：BRDF是遥感研究中的一个重要的参数，但也是一个较难理解的概念。本作品撰写的目的就是设计一个简易的BRDF测量演示模型，帮助学生清晰地理解BRDF的含义及其测量原理，提高教学效果。 思路：一是理论研究部分，充分理解BRDF含义和测量原理，总结分析现有测量系统，探究其核心原理，总结设计模型的方向；二是模型设计阶段，先设计模型框架，然后设计细节部分，解释设计原因及操作，注重仪器的实用性。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品在理解BRDF含义基础上，调查研究了目前应用的各种BRDF测量仪器，并从中总结出BRDF测量的核心原理，为研究确立了科学合理的理论基础。所设计的模型力图突出当前BRDF测量的核心原则，同时操作简单、仪器轻便、价格低廉，适合教学使用，有助提高教学效果。模型的独到之处在于本作品是首次将BRDF测量模型搬入教学演示过程，是探索遥感建模在教学中应用的一次有益尝试。
应用价值和现实意义
- BRDF是遥感研究中的一个重要参数，但也是一个很难理解的参数，本作品清楚地展示了BRDF的内涵及其测量原理，能够帮助学生快速准确地理解这一概念，改善教学效果，对于普及遥感知识和培养遥感人才方面都具有重要的现实意义。本模型操作简单、轻便、经济合理，适合教学使用和学生动手尝试，能够提高学生的动手能力并加深学生对知识的理解。对于遥感教学演示模型的研究目前还很少见，因此本研究有着广阔的发展空间。
学术论文摘要
- 地球表面的各向异性反射是自然界中物体对电磁波反射的基本宏观现象，获取地表各向异性的反射模式对研究辐射与地表相互作用机制具有重要作用。多角度测量是获取地表各向异性反射模式的主要方法之一，多年来一直是遥感研究中的一个热点。地表各向异性特征一般通过二向反射分布函数（Bidirectional reflectance distribution function，BRDF）来表征。本文在充分理解BRDF测量原理的基础上，综合野外测量系统（Field Goniometer System，FIGOS）和欧洲测量系统（European Goniometer System，EGO）等多角度测量系统的特征，在其基础上设计了一种用于教学演示的BRDF多角度测量平台模型，旨在帮助学生更好地理解BRDF测量原理。该平台模型不仅清晰明确地体现了BRDF的测量原理，而且经济、轻便，适于教学应用，是探索遥感建模在教学中应用的一次有益的尝试，对遥感知识的推广具有积极意义。
获奖情况
- 北京师范大学“京师杯”课外学术科技作品竞赛一等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- 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
同类课题研究水平概述
- 一、国外BRDF测量研究现状 1、可移动的野外BRDF测量装置 在很长一段时间内，角辐射计装置被用来测量野外自然光照条件下自然或人造物体表面的BRDF。1999年，苏黎世大学遥感实验室设计了一种可移动的野外BRDF测量系统FIGOS，可以在自然光照条件下实现高光谱BRDF数据的现场测量。在半自动的FIGOS基础上，美国宇航局艾姆斯研究中心设计出Sandmeier Field Goniometer (SFG)。SFG完全由笔记本电脑控制，而且采集时间比FIGOS约少10分钟另一个具有野外测量功能的系统是由法国ONERA设计的，这个系统测量更快，但是质量重约2000磅，用这个系统也可以测量偏振BRDF 2、不可移动的野外BRDF测量装置 PARABOLA自20实际80年代中期广泛应用于NASA的研究中，为了平均视场内景观的空间不均匀性，系统的传感器通常被放置在高的井架或升降机上。罗切斯特技术学院也设计过一个类似的装置。在没有大型野外测量装置的时候，这种装置比较简单实用。 另外，还有一些搭载在卫星或飞机上的BRDF测量装置，比如搭载在ADEOS上的POLDER和搭载在Terra和Aqua上的MODIS等等。也有一些专门针对偏振BRDF的测量系统。 二、国内BRDF测量研究现状 国内一些学者在国外的基础上也对BRDF测量的模型做了一些设计或者修改。李新等设计了多角度室外BRDF测量系统，由自动多角度测量架和ASD光谱仪组成，系统几何精度高，拆装运输方便，光谱分辨率高，测量速度快，非常适合室外BRDF测量。赵忠义等采用固定光源和使样片转动以及探测器移动的方法实现了对双向反射分布函数的测量，进一步提出了利用可调机械臂结构以及三台步进电机的协调驱动实现对目标材料的高精度半球空间反射特性测量的改进方法。研制了多光谱双向反射分布函数测量转角装置，该装置的应用使双向反射分布函数测量系统的布局更合理，测量准确度更高。李文涛等利用串行接口芯片EZ-USB FX2实现PC机与光谱仪之间的高速串行通讯。
