遙感研究是“看天”的科學(xué)，但要做好這件事，“落地”同樣重要。很多初學(xué)者可能會(huì)好奇：我只是用衛(wèi)星或無(wú)人機(jī)影像做圖像處理，為什么還需要用一個(gè)“地物光譜儀”這種聽(tīng)起來(lái)很專業(yè)的儀器?它到底在遙感研究中起到什么作用?

一句話概括：地物光譜儀提供了連接“像素”與“真實(shí)世界”的關(guān)鍵紐帶。

什么是地物光譜儀？

地物光譜儀(Field Spectroradiometer)，顧名思義，是在地面對(duì)各種地物進(jìn)行高光譜反射率測(cè)量的儀器。你可以理解為它是一個(gè)“地面版遙感傳感器”，只不過(guò)它不是掛在天上看地球，而是在地面上實(shí)地測(cè)量植被、土壤、水體、建筑等不同物體對(duì)電磁波的反射特性。

測(cè)量結(jié)果通常是一條“光譜曲線”，它反映了地物在不同波段的反射率。不同類型的地物，其反射曲線具有高度差異性，這就成為了遙感圖像分類、反演、識(shí)別的基礎(chǔ)。

地物光譜儀的核心作用是什么？

1. 建立遙感圖像的“真值”

衛(wèi)星影像或無(wú)人機(jī)圖像中的每一個(gè)像素，都只是“反射率數(shù)字”或“DN值”，你并不知道這個(gè)像素具體代表什么地物。要想知道哪些像素是稻田，哪些是裸地，哪些是污染水體，就需要一個(gè)“標(biāo)尺”來(lái)對(duì)照。

地物光譜儀正是這個(gè)“標(biāo)尺”——你實(shí)地去稻田、樹(shù)林、水庫(kù)里用它測(cè)得的光譜曲線，就可以作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，指導(dǎo)圖像分類、回歸建模、變化檢測(cè)等算法。

2. 用于遙感模型的參數(shù)化

比如你想用NDVI反演植被覆蓋度或者葉面積指數(shù)(LAI)，那必須通過(guò)地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立回歸模型，而其中光譜反射率數(shù)據(jù)正是關(guān)鍵輸入。

沒(méi)有地物光譜數(shù)據(jù)，遙感模型只能“瞎猜”;有了它，模型才能“看得懂”。

3. 遙感波段設(shè)計(jì)和新型算法驗(yàn)證

科研工作者在設(shè)計(jì)新的遙感傳感器或評(píng)估某種指數(shù)(如紅邊NDVI、光合有效波段等)時(shí)，必須依賴地物的高光譜數(shù)據(jù)來(lái)模擬分析：哪些波段最有用?波段設(shè)置是否合理?算法泛化性強(qiáng)嗎?

沒(méi)有地物光譜儀，就像廚師做菜沒(méi)有嘗過(guò)食材味道一樣，只能靠感覺(jué)——科研自然也就失去了說(shuō)服力。

哪些遙感方向特別依賴地物光譜儀？

植被遙感：區(qū)分不同作物、估算生物量、生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)等。

水質(zhì)遙感：反演葉綠素濃度、懸浮物、藍(lán)藻識(shí)別等。

土壤遙感：檢測(cè)鹽堿化、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤類型分類等。

礦產(chǎn)遙感：識(shí)別巖礦特征、勘探潛力區(qū)劃分。

城市遙感：識(shí)別路面類型、屋頂材料、城市熱島研究等。

簡(jiǎn)而言之，只要你不是只拿影像“做圖”的，而是真正想提取信息、分析規(guī)律，地物光譜數(shù)據(jù)就是繞不過(guò)去的一關(guān)。

總結(jié)

地物光譜儀，就像是遙感研究的“地基”。只有把地面的真實(shí)光譜數(shù)據(jù)掌握清楚，遙感影像的分析才有基礎(chǔ)，結(jié)果才可信。

所以，下次你看到某篇遙感論文提到“進(jìn)行了實(shí)地光譜測(cè)量”時(shí)，別略過(guò)這部分。這通常是整篇文章最“硬核”、最值得參考的部分之一。

如果你是遙感專業(yè)的學(xué)生，建議早日上手地物光譜儀，哪怕只是參與一次實(shí)地觀測(cè)，也會(huì)讓你對(duì)遙感這門(mén)“遙不可及”的科學(xué)有更真實(shí)的理解。

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審核編輯 黃宇