[發明專利]一種地表粗糙度測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201210223607.7
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102706295A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 邵蕓;王國軍;宮華澤;張風麗;劉龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感應用研究所
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所 11303
• 代理人: 馬麗蓮

技術領域

本發明涉及地表三維信息測量領域，具體地，涉及一種地表粗糙度測量系統及測量方法。

背景技術

作為微波遙感領域研究的重點之一，地表粗糙度與地物介電特性一起共同影響影響雷達波的后向散射特征，因此為了建立正確的地表微波散射模型進而推動微波遙感定量應用，就必須正確描述地表粗糙度參數，而測量這些地表參數是最為關鍵的步驟。描述粗糙面的統計量主要是均方根高度和相關長度，這兩個參數分別是從垂直和水平的尺度上對地表粗糙度進行限定。

對于一個給定的隨機粗糙面，對入射光波來說可能呈現的很粗糙，而對微波電磁波而言卻可能呈現得很光滑，這主要因為隨機表面的粗糙度是以波長為度量單位的統計參數來表征的。實際地物的粗糙度參數只能通過粗糙度的定義，設計實驗儀器，通過實地測量和數據處理得到。

粗糙度測量主要有接觸法和非接觸法兩種，接觸法主要包括針式廓線法、板式廓線法，非接觸法包括利用激光測距儀獲得地面起伏及利用光學攝影測量技術獲取地表粗糙度，其中：

（1）針式廓線法：測量裝置為針式粗糙度測量儀，由面板(如木板、金屬板)、探針和金屬桿構成。金屬桿橫向設置在面板上，金屬桿上分布有等間距的小孔，用以擺放探針。當把粗糙度測量板垂直擺放在地表時，將等長度的探針逐一、小心、垂直地插入金屬桿上的小孔內，探針的探頭部分與地表接觸，而探針尾部則在面板上刻畫出近似連續的地表高度起伏狀況。用數碼相機記錄下探針尾部在面板上形成的地表輪廓，然后進行數字化，將圖形轉換到（x,y）坐標系內，得到各點的高程值，就可計算所測地表的粗糙度參數了。針式粗糙度測量儀造價相對低廉，因此在地表粗糙度的各類實驗中應用較多。該方法的不足之處在于：測量時探針與地面接觸對地面的原始狀態有微小的改變，探針之間并不能做到完全平行，針尖的形狀等都影響測量精度；同時粗糙度板制作長度有限。此外，探針之間的間隔固定無法調節。

（2）板式廓線法：測量裝置為板式粗糙度測量儀，該方法是將平整剖面板插入地表，再用相機拍攝剖面板與地表的交界線，將照片數字化后在剖面上每隔一定距離取離散的點，最后用離散數據的計算均方差高度和表面相關長度。該方法的不足之處在于：測量時需要將整個板面插入地表，破壞了地表結構，給測量結果帶來一定誤差；此外當測量地表太堅硬而無法插入地表時，該方法則不能測量。

（3）利用激光測距儀獲得地面起伏：申請號為201010100771.X的發明專利“地表粗糙度測量裝置及地表粗糙度測量方法”公開了以下內容，將激光測距儀放在待測量地面上空某一點，該點與地面高度已知。當測距儀測量方向與鉛垂方向的夾角已知時，則可以得到該測量點相對于激光測距儀的坐標。通過擺動測距儀，可以得到一條剖面線上采樣點的坐標。最后將所有的采樣點代入公式計算均方根高度和相關長度。該方法不能保證采樣點數在水平方向均勻分布，采樣點距離激光測距儀越遠，則采樣間隔越大；此外，該測量方法不再適用地面起伏較大的情況，因為在距離激光測距儀測量點會被較較近的地物遮擋，從而無法準確測量地面點的坐標。

（4）利用光學攝影測量技術獲取地表粗糙度：申請號為201010554026.2的發明專利“地表粗糙度測試儀”公開了如下內容：包括電動移動單元、調整支架平臺單元、成像單元和電腦；其中電動移動單元固接在調整支架平臺單元臺面上，成像單元與電動移動單元固定連接后，面對地面置于調整支架平臺單元的下面，在電腦的控制下，電動移動單元帶動成像單元完成對被測區域的掃描成像，經處理后得到被測地面的三維空間坐標信息，從而方便的計算出地表粗糙度參數。其中，成像單元包括一個激光測距儀及位于其兩側的兩個CCD相機。該方法在野外操作過程中靈活性較差，在測量過程中需要調整平整，效率不高；此外，該測量方法不適用地面起伏較大的情況，同時獲得的兩幅圖像中，有些地表點在一幅圖像中存在，由于遮擋效應，該地表點在另外一幅圖像中不存在，從而導致該技術方法的實用性降低。

發明內容

本發明的一個目的在于能夠提供一種可滿足各種復雜地表粗糙度測量的系統。

本發明的另一個目的在于基于上述測量系統提供一種地表粗糙度的測量方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：