2.5　竹林資源光譜數(shù)據(jù)庫構建案例

野外光譜信息采集是遙感的重要基礎工作。隨著光譜信息采集數(shù)據(jù)的增加，僅依靠單一的文件系統(tǒng)方式已無法有效地管理豐富的光譜信息。野外采集的光譜信息是以數(shù)據(jù)的形式保存，在遙感工作中經(jīng)常需要分析同一地區(qū)不同地物類型的光譜曲線差異以及同一地物類型在不同條件下的光譜曲線差異，這些在傳統(tǒng)文件系統(tǒng)下需要進行多個操作步驟才能實現(xiàn)，影響了光譜信息的有效利用，因而設計一個有效管理光譜信息的系統(tǒng)可以提高光譜分析效率。本案例的光譜信息管理采用Visual Studio與Access相結合的方式來開發(fā)。Visual Studio開發(fā)語言簡潔，擴展性強，同時該語言應用廣泛，具有豐富的參考資料，可以有效縮短開發(fā)周期。Aceess具有與Windows系列風格相同的工作界面，支持Windows系列使用的操作方式；支持長文件名，使文件的管理更加方便快捷；支持拖放操作，簡單設定關系表之間的關系等；支持剪貼板的剪切、復制、粘貼功能，使Access能方便地從外部獲取數(shù)據(jù)信息；同時Aceess數(shù)據(jù)庫不需要數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持，有利于光譜信息管理系統(tǒng)的安裝和使用。

案例構建竹類、針葉樹和闊葉樹的主要樹種在不同時相（年、季、月）、不同地形條件下冠層光譜的光譜數(shù)據(jù)庫，反映地物光譜特征的時空變異；開發(fā)了便于比較與分析光譜數(shù)據(jù)的可視化管理工具，實現(xiàn)竹林光譜特征的定時、定點觀測。

2.5.1　光譜數(shù)據(jù)采集

測定儀器：美國ASD公司的FieldSpec HandHeld手持式光譜輻射計。

測定時間：春季、夏季、秋季、冬季。

測定對象：竹類、針葉樹和闊葉樹的冠層光譜。

測定方法：測定時間為北京10：00～14：00，儀器探頭垂直距冠層30～40cm。每個樹種取3個樣本，每個樣本的觀測次數(shù)（記錄的光譜曲線條數(shù)）為10次，每組光譜數(shù)據(jù)測量前后，均以標準參考板進行校正。

具體的試驗流程如圖2-2所示。

野外光譜測量的注意事項主要有以下幾點（張朋濤，2015）：

（1）光源：自然太陽光，要求有一定的輻照度以滿足測量精度要求下的信噪比，即要有一定的太陽高度角，測量時太陽天頂角小于50°。

（2）環(huán)境：無嚴重大氣污染，光照穩(wěn)定，無卷云或濃積云，風力小于3級，避開陰影和強反射體影響（測量者不穿白色服裝）。

（3）時間：一般中緯度地區(qū)夏天測量時間為地方時早晨10點至地方時下午2點，低緯度地區(qū)可以適當放寬，高緯度地區(qū)和冬季則嚴格一些。

（4）取樣：選擇自然狀態(tài)的表面與被測地物的宏觀表面相平行，與觀測儀器等距，并充滿儀器視場，探頭向下正對被測物體，并保證板面清潔。

（5）測量速度：單通道波譜儀測量時要保證目標和參考體在相同的光照條件和環(huán)境狀態(tài)下測定，每組測量在一分鐘內(nèi)完成。由于野外環(huán)境的不斷變化，風、云及空氣濕度等因素的改變會引起測量值的波動。在大氣狀況穩(wěn)定時，參考板的反射率接近100%，反射率曲線為一直線。因此應觀測參考板的反射率曲線，待其穩(wěn)定時再進行測量。

在光譜數(shù)據(jù)采集的同時，記錄下可能改變目標物和背景的光譜特征的因素（李國清，2009）：①光線入射角、方位角；②地表植被覆蓋類型；③測量地理位置及坡度坡向；④立竹數(shù)、郁閉度和植被覆蓋度。以上的記錄項目將對數(shù)據(jù)處理與分析提供必要的修正參數(shù)。

2.5.2　典型地物光譜數(shù)據(jù)庫的構建

不同時相上，同一地區(qū)的太陽高度角、光照強度會發(fā)生較明顯的變化，而這直接影響地物對光的吸收、反射、散射與透射，因而，建立光譜數(shù)據(jù)庫需要考慮到時間因素的影響。利用已測定了的多個時相期的典型地物的光譜反射率，建立了各地物的光譜數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫功能主要有：

1.數(shù)據(jù)庫連接

系統(tǒng)連接Access 2003采用OLEDB（Object Linking and Embedding, Database連接方式，OLEDB又稱為OLE DB或OLE-DB），一個基于COM的數(shù)據(jù)存儲對象，能提供對所有類型的數(shù)據(jù)的操作，甚至能在離線的情況下存取數(shù)據(jù)（高甜甜，2010）。OLEDB將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)劃分為多個邏輯組件，這些組件之間相對獨立又相互通信（郭民，2004）。

2.光譜信息查詢

在光譜信息表中，每條光譜信息都具有多條屬性，系統(tǒng)設計了一種多功能的查詢方式，該查詢算法能夠滿足使用者對多種屬性復合的查詢需求，實現(xiàn)光譜信息有效檢索。

3.光譜信息顯示

光譜信息使用DataGridview控件。DataGridview控件的每一個單元格都可以包含文本值，但不能鏈接或內(nèi)嵌對象，可以在代碼中指定當前單元格，或者用戶可以使用鼠標或箭頭鍵在運行時改變它。通過在單元格中鍵入或編程的方式，單元格可以交互地編輯。單元格能夠被單獨地選定或按照行來選定（夏凡壹，2013）。

4.光譜曲線與光譜信息描述

光譜曲線顯示采用MSChart控件來實現(xiàn)。MSChart控件與一個數(shù)據(jù)網(wǎng)格數(shù)據(jù)關聯(lián)，該數(shù)據(jù)網(wǎng)格存放了要顯示的數(shù)據(jù)，也可以包含用于圖表中標識系列或類別的標簽。圖表應用程序設計者在數(shù)據(jù)網(wǎng)格中插入數(shù)據(jù)或從報表或矩陣中輸入數(shù)據(jù)（王堅，2010），系統(tǒng)采用二維曲線方式來實現(xiàn)光譜信息曲線的顯示，采用文本框（Textbox）描述光譜信息。

5.光譜管理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

綜合采用VB.NET 2005開發(fā)工具同Access 2003數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)功能。運用Access數(shù)據(jù)庫建立光譜信息表，樹種類型表等相關系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息表，應用多文檔界面（MDI）窗體，用于各功能窗體間切換，采用標準Windows風格，多種工具框相結合，實現(xiàn)了光譜管理信息系統(tǒng)的構建（見圖2-3）。