机载高光谱成像系统数据采集的流程和方法

机载高光谱成像系统主要由飞行器和高光谱成像仪组成，它的数据采集的流程是一个系统性的工程，需要各个环节的密切配合和优化。本文简单介绍了机载高光谱成像系统数据采集的流程和方法。

系统安装及检查

飞行前将仪器设备安装在固定翼飞机、直升机或者无人机等平台上。检查系统外观是否有意有磕、碰和摔等情况。检查测量系统及其配套设备、地面测量基站等工作状态是否正常，确保系统各个部分组装牢固安全。电源、电缆连接正确无误，各仪器设备读数正常。进行光谱成像仪的数据采集测试，保证设备工作正常。进行惯性导航仪检查，确保GPS导航定位接收信号良好，通讯系统保持畅通。对系统进行干扰测试，保证数据收录正常。

数据采集

航空数据采集作业流程包括现场踏勘、飞行准备、飞行测量和地物测量。

1. 现场踏勘

飞行前，工作小组需对测区边缘和测区内进行现场踏勘，熟悉测区的地形地貌，对于地形复杂不容易达到的测区，通过地形图进行了解，确定地面测量基站和像控点的布设选址。通过调研，确定最佳机场，制定应急迫降方案。

2. 飞行准备

飞行准备包括：收集气象资料，了解适航天气；收集测区内的地图并扫描成电子版；地图裁切，输入角坐标，进行地图定位，作为飞行导航底图；由专业机组人员对飞机及成像系统进行飞行前例行检查，检查飞机安全状况，成像系统的各接口及仪器性能稳定性进行调试监测和评估。

3. 飞行测量

在飞行测量中，飞机引擎启动后，接通电源，启动仪器设备，检查设备状态是否正常，并按照设计要求，设置相关技术参数。起飞后，打开镜头窗口遮挡板。进入测线前2km开始记录数据，并于飞出测线2km后停止记录数据，检查记录状态，监测仪器状态，根据信号强弱调整相关参数。操作人员要时刻监测航迹、航高、航速是否符合要求，同时监测气象条件（云量、能见度），填写飞行记录表。如不符合设计要求，及时进行补飞，补飞按原设计要求进行。飞行结束后，根据机上定位设备的需要，在静止状态下收集满足定位要求的数据后，关闭仪器，备份数据，为下一架次测量存储做好准备。

4. 地物测量

地面数据的获取主要包括GPS地面基站测量、地面光谱采样、水样采集等三个部分，在航飞数据采集的同时，地面同步进行测量工作。

4.1 GPS地面基站测量

使用地面卫星导航定位基站数据做后差分计算，在飞行前30min打开地面基站，在卫星导航定位基站搜索卫星成功后（至少8颗卫星），采用静态测量模式记录数据，数据记录频率高于1Hz。飞行结束半小时后停止记录，关闭地面基站，导出基站数据并备份。

4.2光谱采样及采样点定位

需要获取航空组规划好的飞行路线图，根据飞行路线图，设计地面定标路线。选择地面定标路线要求兼顾飞行路线条件与地面地物条件，每条航线范围内有至少一个地面采样点，每个采样点采样的地物种类数量视具体情况确定，在确保时间足够的情况下，尽量多采地物光谱。在地面道路条件允许的情况下，尽量使定标路线垂直或近似垂直地斜交航线，保证每条航线地面采样时间与飞行时间相差不大。

在符合以上基本条件的地面路线中，选取沿途地物种类丰富，房屋建筑物遮挡较少，便于采样作业的地面路线。飞行测量过程中，地面光谱采样工作同步进行，并记录采集点位置、时间和对应的架次及航带，测量完成后，备份光谱数据和定位数据。图为为采集的几种典型地物地面光谱曲线。

4.3 水体样采集及现场测试

采样前要根据检测项目的性质和采样方法要求，选择适宜材质的盛水容器和采样器，并充分清洗干净。此外，还要准备好适当的交通工具。采样容器一般使用塑料容器或玻璃容器。塑料容器用作测定金属、放射性元素和其他无机物的盛水容器，玻璃容器则用作测定有机物和微生物等的盛水容器。有些项目要求提前加入保存剂，不同项目加入保存剂不同，根据保存剂的不同分别准备盛水容器。同时还准备一些采样的工具，比如水桶，采样器，现场使用的实验设备：pH计、温度计等。在采集河流、湖泊等地表水时，可以使用桶、瓶等容器直接采取。一般将其沉至水面下0.3~0.5m处采集。

在桥上等地方采样时，可将系着绳子的聚乙烯桶或带着坠子的采样瓶投于水中汲水，要注意不能混入漂浮于水面上的其他物质。采集深层水样时，可以使用带重锤的采样器。测定溶解氧的水样，要使用专门的双瓶采样器采样。湖泊、水库的采样点应该设置在湖水的主要出入口、中心区、沿湖泊（水库）水流方向、滞留区及湖边城市水源区。大部分水样在当天采样工作完成后，立即送往专业分析机构进行测试。