专利名称：地物波谱与多元地物信息的采集装置及同步采集处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地物波谱数据的采集方法及装置，特别是一种可用于在采集地物波谱信息时同时获取测点经纬度、测量日期时间、地物目标影像特征、地物目标和环境温度、语音和文字描述的数据，并根据需要进行数据预处理的系统。
背景技术：
野外地物波谱测量发展的历史很长，可以追溯到四十年代.至今，已发展了多种地物波谱仪，获得了各种地物地波谱数据，为分析地物物理化学等特性的波谱响应、基于波谱的卫星和航空遥感数据解译提供基础数据。
国际上生产野外地物波谱仪的厂家有美国分析波谱仪器公司(ASD)、美国地球物理及环境公司(GER)、美国LI-COR公司、美国海洋光学公司等；中国的中国科学院上海技术物理研究所、长春光学精密机械研究所、安徽光学精密机械研究所等。地物波谱测量一般是指0.3-3.0μm波段地波谱测量(也有人广义地把热红外测温仪和微波辐射计也包括在内)，采用Si探测器(可见、近红外)或PbS探测器(短波红外)，棱镜或光栅分光，测量由手动控制或计算机控制，一般另带有数据处理软件，用于所测波谱曲线的显示、处理和输出等。
上述的地物波谱测量系统，其不足之处是它们均只能获取波谱数据，而且仅仅依靠这些波谱数据本身其所能反应的信息量是极其有限的。其原因是由于以往地物波谱仪获得这些波谱数据，缺乏相应的背景配套数据，如相应的时间、经纬度、地物目标准确的定性描述、水文气象状况等配套测量，因此影响地物波谱数据的分析处理，从而在遥感应用中，地面波谱测量数据没能发挥应有的作用。
如上所述，如何克服目前采用地物波谱仪器获取数据所存在的缺乏配套参数的不足之处，乃是本发明所要解决的技术问题。因此本发明的目的在于提供一种地物波谱与多元地物信息的采集装置及同步采集处理系统。
本发明的技术解决方案如下根据本发明的一种地物波谱与多元地物信息的采集装置，包括一地物波谱仪，用于获取地物目标地波谱信息，其含有光学探头，探测器和电子学系统，特点是还有一数据码摄像头，用于获取地物目标的真彩色图像；一GPS手持机，用于地物目标的地理定位；一语言输入设备，用于各种辅助信息的语言记录；一温度传感器，用于地物目标或环境的温度测量；以及一便携式计算机，其与上述设备分别成双向电路联结；该地物波谱仪中的光学探头与探测器、电子学系统通过光纤相连接；该便携式计算机含有一个RS232串口、3个USB口和一声卡。
该地物波谱仪通过RS232串口与该便携式计算机通信；该数码摄像头通过USB口与该便携式计算机通信；该GPS手持机通过RS232串口转换为USB口与该便携式计算机通信；该语言输入设备与便携式计算机的声卡成双向联结；该语言输入设备主要是用于对地物目标、环境特点和天气状况的语言记录；该温度传感器通过USB口与该便携式计算机通信；一种地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特点是在构成所述采集装置中的便携式计算机上建立一多元数据采集子系统和一数据分析处理子系统；该多元数据采集子系统封装了跟数据采集外国设备通信的全部功能；该数据分析处理子系统通过交互式程序图形界面根据用户提供的信息实现数据的访问显示和预处理；该二子系统之间具有功能上的独立和逻辑上的相关联。
所述的多元数据采集子系统的主体是数据采集存储控制模块，其含有依次成双向信息流联结的通信接口及设备驱动子模块、数据采集及控制子模块和数据分数存储子模块，该通信接口及设备驱动子模块分别与地物波谱仪、数码摄像头、GPS手持机、语言输入设备和温度传感器成双向通信联结；所述的数据采集存储和控制模块包含有并排、排列的波谱数据采集数据功能模块、GPS数据采集功能模块、数据码摄像采集模块、语言信息传输功能模块和温度数据采集功能模块；所述的波谱数据采集功能模块主要有并列排列的地物波谱仪控制功能正模块、单次或连续波谱数据采集功能子模块、暗电流校正功能子模块、信号转换功能子模块和参数设置功能子模块；所述的GPS数据采集功能模块主要有并列排列的GPS控制功能子模块、信号采集功能子模块、信号采集功能子模块、地图跟踪定位导航功能子模块；所述的数码影像采集功能模块主要有并列排列的视频设备控制功能子模块、影像捕捉功能子模块和像质水平调节功能子模块；所述的数码影像采集功能模块主要有并列排列的视频设备控制功能子模块、影像捕捉功能子模块和像质水平调节功能子模块；所述的数据分类存储子模块含有并列排列的属性信息输入功能模块和数据存取功能模块。
所述的数据分析处理子系统的主体是含有程序主界面的数据分析界面和分析处理模块，该分析处理模块含有分别与该程序主界面成数据流双向联结的数据码访向显示子模块和波谱数据预处理子模块；所述的数据查询显示子模块主要有并列的直接存储器访问功能模块、分类组合查询功能模块、图表显示功能模块和文本及其它显示方式功能模块；所述的数据显示预处理子模块主要设有并列排列的数据筛选功能模块、多谱平均功能模块、滤波功能模块、变化特征分析功能模块和通道转换功能模块。
所述的多元数据采集子系统与数据分析处理子系统通过数据管理模块成逻辑相关联结，该数据管理模块含有数据库管理系统及数据库访问接口和文件系统及文件I/O接口，该数据库访问接口和文件I/O接口均分别与数据分类存储子模块和数码访问显示子模块与波谱数据预处理子模块成双向联结；所述的数据库系统，其主要是存储管理功能数据和属性数据；所述的数据库管理系统包含有(1)波谱属性库，其存储波谱采集的环境状态、地物波谱仪定标参数、波谱属性信息、地理位置信息、数据文件路径、地物类型信息，并与多个库建立连结关系，实现波谱数据及相应属性信息的组织管理；(2)测量参数库，其管理具体的环境参数，给出参数索引，方便查询；(3)地物分类库，其提供5种标准的面向应用需求的地物分类信息，采用逐级索引机制，可动态重构，实现的关键在于编码策略；(4)系统用户库，其管理用户信息，有不同级别的权限设置；(5)卫星参数库，其存储各种等多种卫星的通道参数信息；所述的文件系统其保存的数据块比数据库系统所保存的数据块大；所述的文件系统保存的数据块包括图像数据、波谱数据和语言数据。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步(1)由于本发明装置采用以便携式计算机为中心，分别与外围设备，例如地物波谱仪，数码摄像头GPS手持机、语言输入设备和温度传感器以双向联结，并由本发明方法构成的控制系统实现对地物波谱数据与多元地物信息数据的同步采集，从而从根本上解决了现有技术只能单独获取波谱数据所存在的缺陷；(2)由于本发明中对地物波谱仪的内部结构，例如对其中的光学探头与探测器和电子学系统采用光纤连接，从而更方便在野外使用；(3)由于实现本发明的同步采集处理系统所使用的多元数据采集子系统封装了对外围设的通信的全部功能，使系统的其它模块了摆脱硬件绑定，能独立工作，特别是其与另一子系统—数据分析处理子系统之间的关系—具有功能上的独立和逻辑的相关连，使能系统结构明晰简单；由于本发明合理解决数据库系统与文件系统的功能特性，即数据库主要是存储管理功能数据和属性数据而更大的数据块存储在文件系统上，这样，更能发挥数据库系统的管理功能，使数据得到更有效的组织管理，并提高了访问存取速度。
图1是本发明的地物波谱与多元地物信息采集装置方块图及同步采集方法中的多元数据采集处理系统原理图。
图2是本发明中的多元数据分析子系统原理图。
图3是本发明的系统功能结构示意图。
图4是本发明的系统控制与数据交换示意图。
图5是本发明中的多元数据采集子系统的动作序列示意图。
图6-1、图6-2和图6-3是本发明的数据采集流程图。
图7是本发明的数据处理分析子系统的工作序列示意图。
图8是本发明中的数据查询显示程序工作流程图。
具体实施例方式下面根据图1～图8给出本发明一个较好实施例，并结合对实施例的描述，使能更好地阐述本发明的结构特征和功能特点，但它不是用来限制本发明的权利要求保护范围。
参阅图1，本发明的地物波谱与多元地物信息采集装置包括一地物波谱仪1、其用于获取地物目标地波谱信息，本实施例中，对其内的光学探头与探测器、电子学系统通过光纤相连接，以便于野外使用，通过RS232串口与便携式计算机6通信；一数码摄像头2，其用于获取地物目标的真彩色图像，通过USB口与便携式计算机通信。
一GPS手持机3，其用于地物目标的地理定位，通过RS232串口转换为USB口与便携式计算机6通信。
一语音输入设备4，其用于地物目标、环境特点、天气状况等各种辅助信息的语音记录。具有语音双向传输功能，经其音频I/O接口连接到便携式计算机6中的声卡。
一温度传感器5，其用于地物目标或环境的温度测量，通过USB通信端口与便携式计算机6通信。
一便携式计算6，对以上设备1、2、3、4、5进行控制，采集这些设备1、2、3、4、5获得的信息。该计算机6具有用以与上述设备1、2、3、4、5连接的一个RS232串口、3个USB口和带有声卡。
在选定了外围采集设备之后，通过使用上述设备1、2、3、4、5所具有的各相应的驱动程序及地物波谱仪所具有的软件开发包或GPS手持设备的标准通信协议，来完成计算机6与外围设备1、2、3、4、5之间的通信进行数据获取及设备控制。
为了对所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置进行同步采集控制，根据图1～图8给出本发明的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统的优选例子。
1、开发工具系统在windows 2000操作系统上开发。由于系统对人机界面、数据库编程要求较高，所以选用Delphi6集成开发环境作为主开发平台，而以C++语言编写串口通信部分的主要代码，并采用动态链接库技术使之在Delphi中工作，同时数据滤波方面结合其他数学工具进行二次开发。数据库选用Microsoft Access，在尽可能减少系统资源占用的前提下满足应用需求。
2、系统界面设计采用图形用户界面(GUI)设计原则，界面直观、对用户透明用户接触软件后对界面上对应的功能一目了然、不需要多少培训就可以方便使用本应用系统。界面设计中采取界面设计的一致性等通常原则外，特别采用了界面伸缩、构件锁定、图像特殊显示效果、动态创建菜单、动态改变菜单、限制鼠标移动的作用范围、信息对话框应用于大多数界面、组件的Hint属性应用于界面上的快捷按钮、在RichEdit组件中存取文件应用于数据处理分析主界面等方法。
3、数据库设计与多元数据采集相应的是数据的复杂性，多元数据采集包括波谱数据、语音数据、GPS数据、时间数据、温度数据、目标图像数据、文字说明等等众多类型格式相异、数据量跨度大的数据同时要求存取服务。如果将所有的数据都存放在数据库中会造成以下问题若采用多级索引结构(极可能是3级以上)，强调了数据的层次性，但增加了连结的相关性，影响数据库的性能；若采用较少级别的索引结构，则出现大量的数据冗余，降低检索速度。为此，本发明采用文件系统来保存比较大的数据块，比如图像数据、波谱数据、语音数据等，而让数据库631发挥管理功能，并存储属性数据，从而使数据得到有效的组织管理，并提高了访问存取速度。采用Microsoft Access作为本系统的DBMS，它无全能够满足数据库存储需要，并且流行易用，从系统集成角度考虑，较之其他DBMS，更能减少资源的占用，有利于优化硬件选配方案。
数据组织的规范化设计采取第三范式。经过对各种数据进行抽象分类、E-R建模，把整个数据库系统规划为五个字库，每个字库由若干个表组成(1)波谱属性库存储波谱采集的环境状态、地物波谱仪定标参数、波谱属性信息、地理位置信息、数据文件路径、地物类型信息等。与多个库建立连结关系，实现波普数据及相应属性信息的组织管理；(2)测量参数库管理具体的环境参数，给出参数索引，方便查询；(3)地物分类库提供5种标准的面向应用需求的地物分类信息，采用逐渐索引机制，可动态重构，实现的关键在于编码策略；(4)系统用户库管理用户信息，有不同级别的权限设置；(5)卫星参数库存储多种卫星的通道参数信息。采用ADD数据库访问技术。
4、程序设计系统采用模块化设计方法和面向对象编程技，程序设计遵循以下原则(1)尽可能封装数据；(2)模块间功能独立，模块内实体完整。由于采用Windows标准程序框架，程序的运行由消息驱动处理模块交互式运行，程序由主窗体和各功能子窗体对象独立控制。多源集成采集子系统的程序模块大致可划分为集成采集功能模块、仪器控制功能模块、参数设置模块和访问显示浏览模块。其中，集成采集功能模块最为重要，这里仅介绍集成采集模块的程序流程。下面就二个子系统分别讨论4.1多元数据同步采集子系统子系统封装了跟硬件通信的全部功能，负责跟多个外部设备通信，同步采集多目标源信息，并采用适当的数据结构分类存储。多源集成采集子系统的程序模块划分为采集模块，参数设置模块和显示模块等。多源信息同步采集子系统的功能主类为TmainFrm，实现了数据同步采集模块的主要功能。而参数设置和显示则通过其他基本功能模块来实现。这样既可使相关功能比较集中，又能提高独立功能模块的封装性和重用度。
Tmainfrm类通过调用其它类的创建和显示方法，转移控制权，并通过public成员来进行消息传递。主类有时还根据传递回来的消息决定下一步动作。如MISetCoeffClick方法已引用了用户验证对象(Tsuperloadfrm)，仅当此对象返回验证成功消息，才会进一步引用设置定标参数的对象(TdlgsetCoeff)。
功能主类Tmainfrm实现波谱数据、GPS信号、数码摄像数据和语音信息的同步采集。这些采集功能相对独立，并且没有资源冲突等问题。因此，每个采集功能完全可以封装为一个基本模块。类Tmainfrm中使用的基本模块主要有TvideoCap类，实现数码摄像头通信；动态链接库AHDLLAPI，实现波谱仪通信；TGPS类系列，用于GPS通信；TmediaPlayer类，实现语音双向传输；此外，使用Tchart和TlineSeries类组合生成并显示波谱曲线。
多源同步采集子系统的程序模块划分为同步采集功能模块、仪器控制功能模块、参数设置模块和访问显示浏览模块。多源数据同步采集函数主要包括单次有集函数和连续采集函数，在完成波谱采集的同时，若GPS接收机和数据摄像头初始化正常，则同时采集GPS信号和数码摄像数据，并可定制其他属性信息(包括语音信息)的输入功能。
4.2数据分析处理子系统实现数据的查询和预处理等功能。
菜单命令包括文件(打开、关闭、退出)；源数据查询(分类查询(按目标名称查询、按目标类别、按采集日期、按采集时间、按地图经纬)，组合查询)；显示(文本方式、图表方式(单图表、多图表)、属性信息、波段设置)；曲线编辑(删除、剪切)；曲线分析。
综上所述，本方法根据用户功能需求，在该计算机6上设立两个子系统多元数据采集子系统61、数据分析处理子系统62。多元数据采集子系统61封装了跟外部设备1、2、3、4、5通信的全部功能，这样系统的其他模块就可摆脱硬件绑定，独立工作。工作原理如图1所示，而数据分析处理子系统62则通过交互式程序图形界面根据用户提供的信息实现数据的访问显示和预处理。工作原理如图2所示。
从图1和图2可知，该多元数据采集子系统61的主体是数据采集存储控制模块610，其含有依次成双向信息流联结的通信接口及设备驱动子模块6101、数据采集及控制子模块6102和数据分类存储子模块6103，该通信接口及设备驱动子模块6101分别与地物波谱仪1、数码摄像头2、GPS手持机3、语言输入设备4和温度传感器5成双向通信联结。
而该数据分析处理子系统62的主体是含有主程序主界面6201的数据分析界面620和分析处理模块621，该分析处理模块621并列的数据访问显示子模块6211和波谱数据预处理子模块6212，它们分别与程序主界面6201以事件双向数据流联结；该多元数据采集子系统61与数据分析处理子系统62通过一数据管理模块63成逻辑相关联结。该数据管理模块63含有并列的具有数据库访问接口6311的数据库系统631和具有文件I/O接口6321的文件系统632，该数据库访问接口6311、文件I/O接口6321均分别与数据分类存储子模块6103和数据访问显示子模块6211、波谱数据预处理子模块6212成双向联结。
如上所述，两个子系统61、62功能上相互独立，而逻辑上则息息相关。图3是系统的功能结构图。
从图可见，数据采集及控制子模块6102，包括并列排列的(1)波谱数据采集功能模块61020，设有并列排列的·地物波谱仪控制功能子模块620201控制波谱仪设备驱动、连接、断开、重置、异常得理、重置波谱定标参数、积分时间等；·单次或连续波谱数据采集功能子模块610202采集暗电流数据、白板数据、波谱DN值，可选择单次或连续采集，可改变积分时间，可实时显示每条波谱曲线，选择连续采集功能时，可自定仪采集数目，包括无限条(此时人工控制采集动作的结束)，数据存在储在自定仪数据结构变量中；·暗电流校正功能子模块610203可选择性的对数据进行暗流校正，显示比较校正效果；·信号转换功能子模块610204包括通道号到中心波长的转换、DN值到辐射值的转换以及反射率、辐射值和白板数据显示切换等；·参数设置功能子模块610205设置用户定标参数、显示波段范围、采样显示参数、波谱仪积分时间、连续采集曲线数目等。
(2)GPS数据采集功能模块61021，计有并列排列的
·GPS控制功能子模块610211设置GPS的端口、波特率、数据格式，控制GPS的连接、断开、重置、信号中断处理等；·信号采集功能子模块610212采集经纬度、时间数据，获取卫星信号强度、卫星轨道位置等信息，并实时显示；·地图跟踪定位导航功能子模块610213根据GPS匹配相应地图或由用户自定仪打开，在运动情况下，跟踪定位信息；也可预置航点，进行航线校正，显示航线校正，显示航迹、航点信息等；(3)数据码影像采集功能模块61022，计有并列排列的·视频设备控制功能子模块610221选择视频设备，控制设备的开启、关闭，获取视频捕获设备的系统属性、状态信息，设置预览控制信息、采集控制信息、视频捕获窗口信息等；·影像捕捉功能子模块610222捕获帧，并实时预览，用相应的数据结构进行临时存储；·像质水平调节功能子模块610223调节视频设备显示效果，包括亮度、对比度、色彩等；(4)语言信息传输功能模块61023，用来对采集测量工作环境的语音描述信息；(5)温度数据采集功能模块61024，用来对采集测量对象或工作环境的温度。
数据分类存储子模块6103，设有(1)属性信息输入功能模块61031，其输入各类相关文字辅助信息，包括实物名称、工作地点、天气状况等；(2)数据存取功能模块61032，其同步采集的所有数据，根据数据管理设计方案，以内部定义格式分别存储在文件系统632和数据库系统631中。连续采集数据将经过有效平均，存储最佳数据。可以打开方式访问波谱数据文件。
在分析处理模块621中，(1)数据查询显示子模块6211设有并列排列的·直接存储器访问功能模块62111，其直接访问文件系统632，文件名可提供部分波谱信息；相对数据库631查询方式，目的性较弱，从系统可靠性角度，为数据存取提供了冗余途径；·分类、组合查询功能模块62112，其可按目标名称、目标类别、采集日期、采集时间、地图经纬度进行单一或组合查询所有波谱数据信息，目标名称方式返回波谱库中所有同名的波谱数据信息，目标类别查询方式返回所有地物类型级别不高于查询级别的波谱数据信息，采集日期方式返回指定日期的试验数据，采集时间方式返回所有采集时间在指定时间段内的信息，地图经纬度方式先由用户选择具体查询地图，返回所有试验地点在地图范围内的地物波谱信息。以上查询主要返回波谱数据信息，相关属性信息在用户请求时查询，这样可以大大提高查询速度。
·图表显示功能模块62113，其可选择单表多曲线方式或多表单曲线方式显示波谱曲线。在单表多曲线情况下，一次最多可显示N条不同颜色的曲线(N可自定义)，并且可翻页浏览；多表单曲线情况，一个画面显示4张图表，可翻页浏览。每条曲线均有对应的文件说明，并可进行辐射值、白板、反射率切换，还可以设置显示波段。
·文本及其它显示方式功能模块62114，这种方式主要用来显示属性信息，包括实物图像信息、相应语音信息、系统参数信息等，为只读方式。
(2)波谱数据预处理子模块6212，并有并列的·数据筛选功能模块62121，可对无效数据删除曲线经确定为垃圾数据后，可整条删除，并清除所有相关数据，保证数据库631文件系统632的一致性；部分无效数据剪切，剪掉的数据段设置相应标志。
·多谱平均功能模块62122，对同源波谱曲线反射率平均。
·滤波功能模块62123，嵌入各种经典滤波算法进行预处理，如N点平滑(N＝1、3、5、7)。
·变化特征分析功能模块62124通过微分方法，判定波谱曲线的变化特征。
·通道转换功能模块62125，其可建立相应卫星数据，即可建立NOAA系列卫星、Landsat系列卫星、FY-1系列卫星、HRV、SeaWifs等通道相应波谱数据，还可建立自定义通道相应数据。
参见图4，图4是系统控制和数据交换简图，表示了外部设备1、2、3、4、5主控程序、数据库631、文件系统632、分析处理方法之间的访问控制关系。主控程序主要由多元数据采集模块610和数据分析处理模块621构成。
多元数据采集模块610对采集进来的数据(1)通过数据库631应用程序模块，运用ADO技术，完成各类属性信息和波谱索引信息在数据库631中的组织存储；(2)通过直接存储访问，用文件系统632组织存储具体的波谱数据。
数据分析处理模块621的核心就是波谱数据处理算法，具体思路来源于经典算法和实际工作中的后验算法，经过抽象细化、数据结构设计、过程结构设计以及充分的算法时空复杂度分析逐步形成方法，嵌入相关的类中。数据处理分析模块621通过数据库631查询或者直接存取文件系统632，对数据进行各种预处理和分析，将预处理数据结果采用新的方式组织存储。
参见图5，图5是多元数据采集子系统类动作序列流图。Tmainfrm类通过调用其它类的创建和显示方法，转移控制权，并通过public成员来进行消息传递，实现波谱数据、GPS信号、数码摄像数据和语音信息的同步采集。这些采集功能相对独立，并且没有资源冲突等问题。因此，每个采集功能完全可以封装为一个基本模块。类Tmainfrm中使用的基本模块主要有TvideoCap类，实现数码摄像头通信；动态链接库AHDLLAPI，实现波谱仪通信；TGPS类系列，用于GPS通信；TmediaPlayer类，实现语音双向传输；此外，使用Tchart和TlineSeries类组合生成并显示波谱曲线。
多源数据同步采集函数主要包括单次采集函数和连续采集函数，在完成波谱数据采集的同时，若GPS手持机3和数码摄像头2初始化正常，则同时采集GPS信号和数码摄像数据，并可定制其他属性信息(包括语音信息)的输入功能。单次数据采集函数，调用了文件存储方法myFileSave和文件存储判断方法myTestSave。如图6-1、6-2、6-3所示单次波谱数据采集流程描述了一个完整的数据流和状态流过程。流程中视频图像存到DIB中的功能是由TvideoCap类的SavetoDIB方法实现，属性信息编辑中的经纬信息由TGPS控件动态获得，音频信息的获取使用了Delphi的多媒体控件TmediaPlayer控件。暗电流数据采集、白板数据采集和其类似，只是都没有属性编辑判断过程和视频图像存储过程。
连续数据采集根据用户设定的采样条数或选择无限次采样进行波谱数据的连续采集。若设定采样次数，则完成采样后系统自动停止采样；若选定无限次采样，用户可通过“结束采集”按钮停止采集，选择“退出采集”按钮结束连续采集。连续采集的流程图不再给出。
实际实现上，我们希望系统能同时采集来自各个目标源的数据，并对数据进行统一的组织管理，以数据为主要对象。按照数据流程的不同状态，大概可划分为采集模块，参数设置模块和显示模块等。多源信息同步采集子系统的功能主类为TmainFrm，实现了数据同步采集模块的主要功能。而参数设置和显示则通过其他基本功能模块来实现。这样既可使相关功能比较集中，又能提高独立功能模块的封装性和重用度。
从前面所述可知本发明数据分析处理和信息提取的功能主类有五个Tanalyfrm类、TdelFrm类、TsanalyFrm类和TinfoGetFrm类。其中，Tanalyfrm类实现数据访问显示功能；TcutFrm类对数据进行局部筛选操作，并将处理结果返回给TanalyFrm类对象；TelFrm类删除无效波谱数据，并在数据库中作相应删除动作；TsanalyFrm类实现波谱数据预处理功能；TinfoGetFrm类对选定波谱曲线进行信息反演。每个功能主类引用其他类对象实现部分子功能。图7为数据处理分析子系统模块工作序列图，描述了类对象之间的引用关系。图8为数据查询显示程序100之工作流程示意。
如图所示，其步骤依次以程序联结如下步骤101、数据查询、步骤102，分类查询/组合查询、步骤103，根据查询条件，从数据库中得到，符合要求的光谱文件名、步骤104，根据文件名，从文件系统中读出文件、步骤105，按相应文件格式，读出光谱数据，得到目标、白板、反射率数组、步骤106，根据起始、终止波段设置，生成目标、白板、反射率光谱曲线、步骤107，根据图表显示方式，在相应图表中加载曲线。
权利要求
1.一种地物波谱与多元地物信息的采集装置，包括一地物波谱仪(1)，用于获取地物目标地波谱信息，其含有光学探头、探测器和电子学系统，其特征在于还有一数据码摄像头(2)，用于获取地物目标的真彩色图像；一GPS手持机(3)，用于地物目标的地理定位；一语言输入设备(4)，用于各种辅助信息的语言记录；一温度传感器(5)，用于地物目标或环境的温度测量；以及一便携式计算机(6)，其与上述设备(1、2、3、4、5)分别成双向电路联结。
2.根据权利要求1所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置，其特征在于该地物波谱仪(1)中的光学探头与探测器、电子学系统通过光纤相连接。
3.根据权利要求1所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置，其特征在于该便携式计算机(6)含有一个RS232串口、3个USB口和一声卡。
4.根据权利要求1或3所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置，其特征在于该地物波谱仪(1)通过RS232串口与该便携式计算机(6)通信。
5.根据权利要求1或3所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置，其特征在于该数码摄像头(2)通过USB口与该便携式计算机(6)通信。
6.根据权利要求1或3所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置，其特征在于该GPS手持机(3)通过RS232串口转换为USB口与该便携式计算机(6)通信。
7.根据权利要求1或3所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置，其特征在于该语言输入设备(4)与便携式计算机(6)的声卡成双向联结。
8.根据权利要求7所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置，其特征在于该语言输入设备(4)主要是用于对地物目标、环境特点和天气状况的语言记录。
9.根据权利要求1或3所述的地物波谱与多元地物信息的采集装置，其特征在于该温度传感器通过USB口与该便携式计算机(6)通信。
10.一种地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征是在构成权利要求1所述装置中的便携式计算机(6)上建立一多元数据采集子系统(61)和一数据分析处理子系统(62)；该多元数据采集子系统(61)封装了跟数据采集外围设备通信的全部功能；该数据分析处理子系统(62)通过交互式程序图形界面根据用户提供的信息实现数据的访问显示和预处理；该二子系统(61、62)之间具有功能上的独立和逻辑上的相关联。
11.根据权利要求10所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的多元数据采集子系统(61)的主体是数据采集存储控制模块(610)，其含有依次成双向信息流联结的通信接口及设备驱动子模块(6101)、数据采集及控制子模块(6102)和数据分类存储子模块(6103)，该通信接口及设备驱动子模块(6101)分别与地物波谱仪(1)、数码摄像头(2)、GPS手持机(3)、语言输入设备(4)和温度传感器(5)成双向通信联结。
12.根据权利要求10所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的数据分析处理子系统(62)的主体是含有程序主界面(6201)的数据分析界面(620)和分析处理模块(621)，该分析处理模块(621)含有分别与该程序主界面(6201)成数据流双向联结的数码访向显示子模块(6211)和波谱数据预处理子模块(6212)。
13.根据权利要求10或11或12所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的多元数据采集子系统(61)与数据分析处理子系统(62)通过一数据管理模块(63)成逻辑相关联结，该数据管理模块(63)含有数据库管理系统(631)及数据库访问接口(6311)和文件系统(632)及文件I/O接口(6321)，该数据库访问接口(6311)文件I/O接口(6321)均分别与数据分类存储子模块(6103)和数据访问显示子模块(6211)与波谱数据预处理子模块(6212)成双向联结。
14.根据权利要求13所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的数据库系统(631)，其主要是存储管理功能数据和属性数据。
15.根据权利要求14所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的数据库管理系统(631)包含有(1)波谱属性库，其存储波谱采集的环境状态、地物波谱仪定标参数、波谱属性信息、地理位置信息、数据文件路径、地物类型信息，并与多个库建立连结关系，实现波谱数据及相应属性信息的组织管理；(2)测量参数库，其管理具体的环境参数，给出参数索引，方便查询；(3)地物分类库，其提供面向应用需求的地物分类信息；(4)系统用户库，其管理用户信息，有不同级别的权限设置；(5)卫星参数库，其存储各种等多种卫星的通道参数信息。
16.根据权利要求13所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的文件系统(632)其保存的数据块比数据库系统(63 1)所保存的数据块大。
17根据权利要求16所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的文件系统(632)保存的数据块包括图像数据、波谱数据和语言数据。
18.根据权利要求11所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的数据采集存储和控制模块(6102)包含有并排排列的高光谱数据采集数据功能模块(61020)、GPS数据采集功能模块(61021)、数据码摄像采集模块(61022)、语言信息传输功能模块(61023)和温度数据采集功能模块(61024)。
19.根据权利要求18所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的高光谱数据采集功能模块(61020)主要有并列排列的地物波谱仪控制功能正模块(610201)、单次或连续波谱数据采集功能子模块(610202)、暗电流校正功能子模块(610203)、信号转换功能子模块(610204)和参数设置功能子模块(610205)。
20.根据权利要求18所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的GPS数据采集功能模块(61021)主要有并列排列的GPS控制功能子模块(610211)、信号采集功能子模块(610212)、地图跟踪定位导航功能子模块(610213)。
21.根据权利要求18所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的数码影像采集功能模块(61022)主要有并列排列的视频设备控制功能子模块(610221)、影像捕捉功能子模块(610222)和像质水平调节功能子模块(610223)。
22.根据权利要求11所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的数据分类存储子模块(6103)含有并列排列的属性信息输入功能模块(61031)和数据存取功能模块(61032)。
23.根据权利要求12所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的数据查询显示子模块(6211)主要有并列的直接存储器访问功能模块(62111)、分类组合查询功能模块(62112)、图表显示功能模块(62113)和文本及其它显示方式功能模块(62114)。
24.根据权利要求12所述的地物波谱与多元地物信息的同步采集处理系统，其特征在于所述的数据显示预处理子模块(6212)主要设有并列排列的数据筛选功能模块(62121)、多谱平均功能模块(62122)、滤波功能模块(62123)、变化特征分析功能模块(62124)和通道转换功能模块(62125)。
全文摘要
一种地物波谱与多元地物信息的采集装置及同步采集处理系统，其中，该装置系以一便携式计算机为中心，分别与外围设备成双向联结；而该系统则是在该便携式计算机中建立两个既在功能上独立又在逻辑上相关联的多元数据采集子统和数据分析处理子系统，实现了对所述装置的控制，达到对地物波谱与多元地物信息的同步采集，从根本上解决现有技术只能获取单独地物波谱数据所存在的缺陷，本发明还具有结构合理、简明、高效的特点。
文档编号G01V8/00GK1523374SQ03150820
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月5日 优先权日2003年9月5日
发明者尹球, 何乔, 卢绮闽, 胡勇, 舒嵘, 尹 球 申请人:中国科学院上海技术物理研究所