气囊式漂浮设备及水体表观光谱原位测量系统技术方案

本实用新型专利技术涉及气囊式漂浮设备及水体表观光谱原位测量系统。所述的测量系统包括气囊式漂浮设备及安装在所述漂浮设备上的观测设备；所述的观测设备包括光学感应及传导设备、电子测量设备、控制电路和供电设备；所述的光学感应及传导设备包括辐照度探头、辐亮度探头、传导光纤以及辐亮度探头遮光罩；所述的电子测量设备包括辐照度分光器、辐照度光谱采集板、辐亮度分光器；所述的供电设备为电池。本实用新型专利技术的测量系统可直接测量水体离水辐亮度Lw，能够最大限度地减少方法缺陷、人为误差和设备误差，最终观测得到的水体遥感反射率Rrs精度显著提高，操作简单。

【技术实现步骤摘要】
气囊式漂浮设备及水体表观光谱原位测量系统
本技术涉及光学观测领域，具体涉及水色遥感现场表观光谱观测领域，尤其涉及一种水体原位表观光谱观测设备。
技术介绍
离水辐亮度(Lw)和遥感反射率(Rrs)是海洋光学的核心参量，如固有光学量、叶绿素浓度以及光学浅水底质等其他参量，都可由Rrs反演得到。而且，现场实测的Lw可用于机载或空间传感器的地面标定、真实性检验，以及大气校正中。现场实测Lw光谱已经有五十多年历史，现有技术中已经开发和实施的有三种测量方法，包括水面以上测量法、水下剖面测量法和水面漂浮测量法，这些方法虽然在测量现场很容易实施，但是它们都没能直接测量水体的Lw，而且通过测量一些相关参量去推导Lw，由于在推导过程中均存在一些不确定的因素，导致这些方法推导得到的Lw具有很大的误差。如许多研究中所述，使用水面以上测量法估测Lw时，如果海面被波浪粗糙化，无法准确确定气水界面反射率，那么很难准确地去除表面反射光，导致推导Lw时存在巨大的不确定因素；水下剖面测量法中，为了导出到达水面的上行辐亮度，需要通过精密的数据处理获得正确的衰减系数，实际应用时，对于高度混浊的水域或垂直分层的水域，很难准确估算传播的衰减系数，因此最终推导Lw时也存在巨大的不确定因素；对于水面漂浮测量法，则需要将水面以下10-50cm处的上行辐亮度推导成刚好水面以下0cm处的上行辐亮度。而且，对于水下剖面测量法和水面漂浮测量法，都必须通过假定水的折射率和横截面反射率来主观地以刚好水面以下0cm处的上行辐亮度推导出离水辐亮度Lw，因此，即使准确地测量了每个分量，各种程度的不确定性也还是会影响Lw的计算。目前，水面漂浮测量法已经很少提到，水面以上测量法和水下剖面测量法都有代表性的仪器。如，利用水面以上测量法的代表观测仪器有：加拿大的Satlantic公司的HyperSAS表观光谱观测设备等；利用水下剖面测量法的代表观测仪器有：海洋光学浮标等。总之，现有技术中，不论哪种观测仪器，只要采用以上三种测量方法的，都无法准确测量离水辐亮度，因此，有必要研发一种基于新的观测方法的水体表观光谱观测设备，使用直接测量而不是推导得到离水辐亮度的方法，以最大限度地减少方法缺陷、人为误差、设备投入、降低操作和维护的难度，并且实现更高的观测精确度。
技术实现思路
本技术的目的在于：针对现有的水体表观光谱观测中存在的问题，提出一种新的水体光学观测设备，不仅能够直接测量水体离水辐亮度Lw，最大限度地减少方法缺陷、人为误差和设备误差，最终观测得到的水体遥感反射率Rrs精度显著提高，而且该设备满足海洋光学测量在阴影、姿态、安全性、布放回收的易操作性以及维护的方便性等方面的技术要求。本技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：首先，提供一种用于水体光学观测的气囊式漂浮设备，它包括一个整体成型的中空气囊浮体环，在所述气囊浮体环内侧面任意四个等分点位置分别设有搭载仪器安装架，在所述气囊浮体环外侧面任意四个等分点位置分别设有收放环；所述的浮体环内、外径比值为0.80～0.85。本技术所述的漂浮设备可以用于不同水体的光学观测，在所述的搭载仪器安装架上可以搭载各种光学观测仪器，例如辐亮度探头和辐照度探头等。所述的浮体环是整体成型的带有空腔的气囊式浮体环，用于为整个漂浮设备提供浮力，并且可以通过充气和放气调节其浮力大小，获得不同的吃水深度。在此基础上，本技术进一步提供一种气囊式水体表观光谱原位测量系统，包括本技术所述的漂浮设备及安装在所述漂浮设备上的观测设备；所述的观测设备包括光学感应及传导设备、电子测量设备、控制电路和供电设备；所述的光学感应及传导设备包括辐照度探头、辐亮度探头、传导光纤以及辐亮度探头遮光罩；所述的电子测量设备包括辐照度分光器、辐照度光谱采集板、辐亮度分光器；所述的供电设备为电池；所述的电子测量设备和控制电路放置在水密数采仓内，所述的水密数采仓固定安装在任意一个所述的搭载仪器安装架上；所述的供电设备放置在水密电池仓内，所述的水密电池仓固定安装在与水密数采仓相对的搭载仪器安装架上；所述的水密数采仓和所述的水密电池仓之间架设有横梁，所述横梁高于所述浮体环上表面，且中间位置设置观测设备安装架；所述的辐照度探头竖直向上安装在所述观测设备安装架上；所述的辐亮度探头竖直向下安装在所述观测设备安装架上；所述的辐亮度探头遮光罩呈锥筒型，固定安装在所述观测设备安装架底端外围，由辐亮度探头位置竖直延伸至所述的浮体环的上表面以下；所述的传导光纤包括两路，均沿所述横梁布设并通过设置在所述水密数采仓表面的水密接头进入水密数采仓，所述的两路传导光纤中一路将所述的辐照度探头与辐照度分光器导通、另一路将所述辐亮度探头与辐亮度分光器导通；所述的水密电池仓与所述的水密数采仓之间通过水密接头和水密线缆连接，实现供电设备与所述电子测量设备及控制电路的电连接。优选的所述的水体表观光谱原位测量系统中，所述的漂浮设备上进一步搭载通讯设备和定位设备；所述的通讯设备包括设置在所述浮体环表面的无线防水通讯天线和设置在所述水密数采仓内的无线通讯模块，所述的定位设备包括设置在所述观测设备安装架上的姿态传感器、设置在所述水密数采仓内的GPS模块和设置在所述浮体环表面的GPS防水天线；所述的无线防水通讯天线和GPS防水天线固定安装在与所述水密数采仓相邻的搭载仪器安装架上；所述的无线防水通讯天线和无线通讯模块通过所述水密数采仓表面的水密接头电连接；所述的GPS防水天线和所述的GPS模块通过所述水密数采仓表面的水密接头电连接；所述的姿态传感器与所述的电子测量设备通过所述水密数采仓表面的水密接头电连接。野外长期工作的光学探头受环境的影响，镜头很容易被污染，导致测量数据不准确。为了降低由于污染导致的测量误差，因此进一步优选的所述的水体表观光谱原位测量系统中，所述观测设备安装架上进一步设置光学探头电动清洁装置；所述的光学探头电动清洁装置用于清洁观测设备安装架上的任意一个或所有的光学探头镜头表面。进一步优选的所述的水体表观光谱原位测量系统中，所述的辐照度探头和辐亮度探头旁边分别固定连接一组光学探头电动清洁装置，每一组所述的光学探头电动清洁装置均包括与观测设备安装架固定连接的防水舵机，所述的防水舵机包括电路板和电机；所述的电路板通过水密控制线缆与所述水密数采仓内的控制电路电连接，接收控制电路发出的控制信号，进而控制电机转动；所述的电机转轴端部套接条形刮擦件，所述的条形刮擦件整体与所述观测设备安装架上的光学探头镜头表面紧密接触，并可以在电机的带动下在所述镜头表面做往复转动。所述的光学探头电动清洁装置保障了舱外安装的双通道光学探头镜头的清洁，使其不受溅水、尘垢、生物附着等的影响。进一步优选的所述的水体表观光谱原位测量系统中，所述的观测设备安装架下段进一步设置遮光罩高度调节装置，用于调节遮光罩的入水深度。本技术优选的方案中，所述的辐亮度探头遮光罩为哑光黑色非极性硬质材料制成的锥筒；所述的锥筒为圆锥筒，其轴线与母线呈10-15°角，以最大程度地减少锥筒自身阴影带来的影响。优选的所述的水体表观光谱原位测量系统中，所述的辐亮度探头位置高于所述的漂浮设备的吃水线，其高度差在4-8cm，优选5-6cm，以确保探头既可以测得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水体光学观测的气囊式漂浮设备，其特征在于：它包括一个整体成型的中空气囊浮体环，在所述气囊浮体环内侧面任意四个等分点位置分别设有搭载仪器安装架，在所述气囊浮体环外侧面任意四个等分点位置分别设有收放环；所述的浮体环内、外径比值为0.80～0.85。

【技术特征摘要】
1.一种用于水体光学观测的气囊式漂浮设备，其特征在于：它包括一个整体成型的中空气囊浮体环，在所述气囊浮体环内侧面任意四个等分点位置分别设有搭载仪器安装架，在所述气囊浮体环外侧面任意四个等分点位置分别设有收放环；所述的浮体环内、外径比值为0.80～0.85。2.一种气囊式水体表观光谱原位测量系统，包括，权利要求1所述的漂浮设备及安装在所述漂浮设备上的观测设备；所述的观测设备包括光学感应及传导设备、电子测量设备、控制电路和供电设备；所述的光学感应及传导设备包括辐照度探头、辐亮度探头、传导光纤以及辐亮度探头遮光罩；所述的电子测量设备包括辐照度分光器、辐照度光谱采集板、辐亮度分光器；所述的供电设备为电池；所述的电子测量设备和控制电路放置在水密数采仓内，所述的水密数采仓固定安装在任意一个所述的搭载仪器安装架上；所述的供电设备放置在水密电池仓内，所述的水密电池仓固定安装在与水密数采仓相对的搭载仪器安装架上；所述的水密数采仓和所述的水密电池仓之间架设有横梁，所述横梁高于所述浮体环上表面，且中间位置设置观测设备安装架；所述的辐照度探头竖直向上安装在所述观测设备安装架上；所述的辐亮度探头竖直向下安装在所述观测设备安装架上；所述的辐亮度探头遮光罩呈锥筒型，固定安装在所述观测设备安装架底端外围，由辐亮度探头位置竖直延伸至所述的浮体环上环面以下；所述的传导光纤包括两路，均沿所述横梁布设并通过设置在所述水密数采仓表面的水密接头进入水密数采仓，所述的两路传导光纤中一路将所述的辐照度探头与辐照度分光器导通、另一路将所述辐亮度探头与辐亮度分光器导通；所述的水密电池仓与所述的水密数采仓之间通过水密接头和水密线缆连接，实现供电设备与所述电子测量设备及控制电路的电连接。3.根据权利要求2所述的水体表观光谱原位测量系统，其特征在于：所述的漂浮设备上进一步搭载通讯设备和定位设备；所述的通讯设备包括设置在所述浮体环表面的无线防水通讯...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兆华，
申请(专利权)人：孙兆华，
类型：新型
国别省市：广东,44