[发明专利]一种地表粗糙度测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及地表三维信息测量领域，具体地，涉及一种地表粗糙度测量系统及测量方法。

背景技术

作为微波遥感领域研究的重点之一，地表粗糙度与地物介电特性一起共同影响影响雷达波的后向散射特征，因此为了建立正确的地表微波散射模型进而推动微波遥感定量应用，就必须正确描述地表粗糙度参数，而测量这些地表参数是最为关键的步骤。描述粗糙面的统计量主要是均方根高度和相关长度，这两个参数分别是从垂直和水平的尺度上对地表粗糙度进行限定。

对于一个给定的随机粗糙面，对入射光波来说可能呈现的很粗糙，而对微波电磁波而言却可能呈现得很光滑，这主要因为随机表面的粗糙度是以波长为度量单位的统计参数来表征的。实际地物的粗糙度参数只能通过粗糙度的定义，设计实验仪器，通过实地测量和数据处理得到。

粗糙度测量主要有接触法和非接触法两种，接触法主要包括针式廓线法、板式廓线法，非接触法包括利用激光测距仪获得地面起伏及利用光学摄影测量技术获取地表粗糙度，其中：

（1）针式廓线法：测量装置为针式粗糙度测量仪，由面板(如木板、金属板)、探针和金属杆构成。金属杆横向设置在面板上，金属杆上分布有等间距的小孔，用以摆放探针。当把粗糙度测量板垂直摆放在地表时，将等长度的探针逐一、小心、垂直地插入金属杆上的小孔内，探针的探头部分与地表接触，而探针尾部则在面板上刻画出近似连续的地表高度起伏状况。用数码相机记录下探针尾部在面板上形成的地表轮廓，然后进行数字化，将图形转换到（x,y）坐标系内，得到各点的高程值，就可计算所测地表的粗糙度参数了。针式粗糙度测量仪造价相对低廉，因此在地表粗糙度的各类实验中应用较多。该方法的不足之处在于：测量时探针与地面接触对地面的原始状态有微小的改变，探针之间并不能做到完全平行，针尖的形状等都影响测量精度；同时粗糙度板制作长度有限。此外，探针之间的间隔固定无法调节。

（2）板式廓线法：测量装置为板式粗糙度测量仪，该方法是将平整剖面板插入地表，再用相机拍摄剖面板与地表的交界线，将照片数字化后在剖面上每隔一定距离取离散的点，最后用离散数据的计算均方差高度和表面相关长度。该方法的不足之处在于：测量时需要将整个板面插入地表，破坏了地表结构，给测量结果带来一定误差；此外当测量地表太坚硬而无法插入地表时，该方法则不能测量。

（3）利用激光测距仪获得地面起伏：申请号为201010100771.X的发明专利“地表粗糙度测量装置及地表粗糙度测量方法”公开了以下内容，将激光测距仪放在待测量地面上空某一点，该点与地面高度已知。当测距仪测量方向与铅垂方向的夹角已知时，则可以得到该测量点相对于激光测距仪的坐标。通过摆动测距仪，可以得到一条剖面线上采样点的坐标。最后将所有的采样点代入公式计算均方根高度和相关长度。该方法不能保证采样点数在水平方向均匀分布，采样点距离激光测距仪越远，则采样间隔越大；此外，该测量方法不再适用地面起伏较大的情况，因为在距离激光测距仪测量点会被较较近的地物遮挡，从而无法准确测量地面点的坐标。

（4）利用光学摄影测量技术获取地表粗糙度：申请号为201010554026.2的发明专利“地表粗糙度测试仪”公开了如下内容：包括电动移动单元、调整支架平台单元、成像单元和电脑；其中电动移动单元固接在调整支架平台单元台面上，成像单元与电动移动单元固定连接后，面对地面置于调整支架平台单元的下面，在电脑的控制下，电动移动单元带动成像单元完成对被测区域的扫描成像，经处理后得到被测地面的三维空间坐标信息，从而方便的计算出地表粗糙度参数。其中，成像单元包括一个激光测距仪及位于其两侧的两个CCD相机。该方法在野外操作过程中灵活性较差，在测量过程中需要调整平整，效率不高；此外，该测量方法不适用地面起伏较大的情况，同时获得的两幅图像中，有些地表点在一幅图像中存在，由于遮挡效应，该地表点在另外一幅图像中不存在，从而导致该技术方法的实用性降低。

发明内容

本发明的一个目的在于能够提供一种可满足各种复杂地表粗糙度测量的系统。

本发明的另一个目的在于基于上述测量系统提供一种地表粗糙度的测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：