一种应用于水体光谱的漂浮式测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种应用于水体光谱的漂浮式测量系统，包括浮标体，浮标体底部设有重量可调的配重块，浮标体的顶部设有竖直向上的辐照度辐射计，浮标体上横向设有平衡杠，平衡杠设置于浮标体的吃水线以上，平衡杠的两端分别设有两轴自稳平台和平衡配重块，两轴自稳平台上设置竖直向下的辐亮度辐射计；浮标体包括水密仪器舱，水密仪器舱内设有控制部件，控制部件分别与辐照度辐射计和辐亮度辐射计连接，用于控制所述各辐射计的探测，以及接收并暂存各辐射计的探测数据。能适用于不同水体类型的不同方法的水体光谱测量需求，降低传统光学浮标的维护成本，可消除阴影对测量的影响，提高获取数据的精度，提高水体测量的准确度，设备易拆卸、易组装。

A floating measurement system for water spectrum

【技术实现步骤摘要】
一种应用于水体光谱的漂浮式测量系统
本技术涉及水色遥感
，具体涉及一种应用于水体光谱的漂浮式测量系统。
技术介绍
遥感技术是如今环境检测的重要技术手段，借助遥感技术获取环境污染地区的遥感影像，通过计算机处理可以快速有效的得到观测区的宏观、快速、动态更新的环境状况。其中水色遥感是根据水体在可见光波段的吸收与散射的光谱特性，利用机载、星载传感器探测与水色有关的参数(如叶绿素、悬浮颗粒物、溶解有机物等)的一个计数过程。利用水色遥感反演的各个参数可为沿岸工程和河口海湾治理、港口航道、污染防治、渔场维护与开发、海岸蚀淤等提供基础数据：从全球应用角度，可增进认识海洋生态环境评估和海洋在全球碳循环中所起的作用，为全球变化研究提供重要的定量信息，因此，水色遥感已经成为海洋科学和全球变化研究中必不可少的分支。从光学角度来看，水体的光学特性除了受纯水的影响外，主要还受叶绿素、悬浮颗粒物、有色可溶性有机物CDOM三种物质的影响。水体中的叶绿素主要存在于浮游植物和其他微生物，考虑到浮游植物是水体光学性质的主要影响因素，叶绿素的宿主又统称为浮游植物。悬浮颗粒物是指悬浮在水中的微小固体颗粒物，其直径一般在2mm以下，包括黏土、淤泥、粉砂、有机物和微生物等，是引起水体浑浊的主要原因。其含量的多少是衡量水质污染程度的指标之一。黄色物质是以溶解有机碳为主要成分、分子结构非常复杂的一大类物质的统称，主要是指富甲酸和腐殖酸等未能鉴别的溶解组分，按其来源可以分为海洋生物有机体就地讲解产生的和陆源产生的两种。水色遥感的基础之一是水体光学特性分析与水体光谱特征测量分析。其原因有两方面：一是水色传感器接收到的总信号中的水体信号贡献较小(一般小于10％)；二是水色遥感反演算法对遥感反射率的误差比较敏感。水体光学特征主要包括固有光学特性(IOPs)和表观光学特性(AOPs)。固有光学特性仅由水体本身的物理特性所决定，不随入射光场的变化而变化，主要是指水体对光的散射和吸收，散射和吸收作用是光在海水中传播的两个基本过程，它们造成了光的衰减。表观光学特性是指太阳和天空辐射通过水体进入水中所形成的水体辐射场分布，随着光场变化而变化的水体光学参数，其表现为辐亮度分布、辐照度衰减、辐照比和偏振等与辐射场相关的光学特性。对于近岸和内陆的二类水体，一般采用水面之上法的观测原理。水面之上测量法采用与陆地光谱测量近似的仪器，在经过严格定标的前提下，通过合理的观测几何安排和测量积分时间设置，利用便携式瞬态光谱仪和标准版直接测量进入传感器的总信号Lμ、天空光信号Lsky，和标准版的反射信号Lρ，进而推导出离水辐射率Lw、归一化离水辐射率Lwn、遥感反射率Rrs和刚好处于水面以下的辐照度比R(0-)等参数。水面之上法水体遥感反射率测量基本原理对于现场观测，可忽略大气散射的信号。则水面以上的光谱辐射信号的组成为：Lμ＝Lw+ρf·Lsky+Lwc+Lg式中：Lμ是进入传感器的总信号，可直接测量；Lw是进入水体的光被水体散射会回来后进入传感器的离水辐射率；ρf·Lsky是天空光经过水面反射以后进入传感器的信号，没有携带任何水体信息，ρf是气水界面反射率，也成为菲涅尔反射系数，Lsky为天空光，可直接测量；Lwc是来自海面白帽的信号，Lg是水面波浪对太阳直射光的随即反射信号，Lwc和Lg不携带何水体信息，具有不确定性和随机性。采用规范的观测几何后，可以避开或忽略太阳直射反射Lg(耀斑)和白帽Lwe的影响，此时，光谱仪测量的水体光谱信号可以表示为：Lμ＝Lw+ρf·Lsky为使不同时间、地点与大气条件下测量得到的水体光谱具有可比性，需要对测量结果进行归一化。所谓的归一化是将太阳移到测量点的正上方，去掉大气影响。水面入射辐照度Ed(0+)可由测量标准版的反射Lρ得到：Ed(0+)＝π·Lρ/ρp式中：Lρ为标准版的反射信号；ρp为标准版的反射率，一般采用10％≤ρp≤30％的标准版，Carder等人才采用10％的标准版，以便使一起在观测水体的标准版时工作在同一状态。除离水辐射率、归一化离水辐射率之外，遥感反射率Rrs也越来越多地应用于水色遥感反演模型，遥感反射率的获取具有重要的应用价值。在测量遥感反射率时，只要测量仪器稳定、线性度好(或测量标准板和水体时的信号幅度接近)，则只需对标准板进行严格标定而不需要对光谱仪进行严格标定，从而大大降低了仪器定标的工作量。由遥感反射率的定义Rrs＝Lw/Ed(0+)，结合上式可算得遥感反射率：式中：Lμ、Lsky、Lρ分别为光谱仪面向水体、天空和标准板时的测量信号。基于水面之上法的单通道光谱仪测量方法需要遵循非常严格的观测集合规范，在实际操作过程中需要专业的现场测量经验，对观测人员的测量能力要求较高。且由于观测经验的差异，不同观测人员获取的数据会出现不一致的情况。单通道光谱仪现场观测的规范要求相对较高。天空光遮挡法基于水面之上法提出，是水体光谱测量在原理上的改进方法。通过遮光罩消除天空光、耀斑等的影响，可直接测量得到离水辐亮度Lw和水面入射辐照度Ed(0+)，由遥感反射率的定义可计算遥感反射率为：现有基于天空光遮挡原理的设备有漂浮式光谱测量系统(GZSS_SBA)，该系统能充当水色遥感现场观测浮标和系拽式观测浮标，能简化水体光谱的现场观测、高效的获取数据。但是该系统存在以下不足：浮体存在较大的自阴影，对数据的测量精度有较大影响；系统模块化程度低，难以搭载其他传感器；设备体积笨重，不便携带。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种应用于水体光谱的漂浮式测量系统，能适用于不同水体类型的不同方法的水体光谱测量需求，降低传统光学浮标的维护成本，可消除阴影对测量的影响，提高获取数据的精度，提高水体测量的准确度，设备易拆卸、易组装。本技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种应用于水体光谱的漂浮式测量系统，包括一柱状的浮标体，浮标体底部设有重量可调的配重块，配重块用于调节和确定所述浮标体的吃水线，浮标体的顶部设有竖直向上的辐照度辐射计，辐照度辐射计用于探测水面以上的向上辐照度，浮标体上横向设有平衡杠，平衡杠设置于浮标体的吃水线以上，平衡杠与浮标体轴向垂直，平衡杠的两端分别设有两轴自稳平台和平衡配重块，两轴自稳平台上设置竖直向下的辐亮度辐射计；浮标体包括水密仪器舱，水密仪器舱内设有光谱探测所需控制部件，控制部件通过设置在水密仪器舱表面的水密接头和水密线缆分别与辐照度辐射计和辐亮度辐射计连接，用于控制所述各辐射计的探测，以及接收并暂存各辐射计的探测数据。按照上述技术方案，浮标体还包括若干等外径的柱状浮体材料块和水密电池舱，水密仪器舱、若干等外径的柱状浮体材料块和水密电池舱由上至下依次连接，控制部件与水密电池舱连接，水密电池舱为各辐射计供电。按照上述技术方案，所述的水密电池舱设置在与所述配重块相邻的位置，该位置低于所有的浮体材料块和水密仪器舱的位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于水体光谱的漂浮式测量系统，其特征在于，包括一柱状的浮标体，浮标体底部设有重量可调的配重块，配重块用于调节和确定所述浮标体的吃水线，浮标体的顶部设有竖直向上的辐照度辐射计，辐照度辐射计用于探测水面以上的向上辐照度，浮标体上横向设有平衡杠，平衡杠设置于浮标体的吃水线以上，平衡杠的两端分别设有两轴自稳平台和平衡配重块，两轴自稳平台上设置竖直向下的辐亮度辐射计；/n浮标体包括水密仪器舱，水密仪器舱内设有控制部件，控制部件分别与辐照度辐射计和辐亮度辐射计连接，用于控制所述各辐射计的探测，以及接收并暂存各辐射计的探测数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于水体光谱的漂浮式测量系统，其特征在于，包括一柱状的浮标体，浮标体底部设有重量可调的配重块，配重块用于调节和确定所述浮标体的吃水线，浮标体的顶部设有竖直向上的辐照度辐射计，辐照度辐射计用于探测水面以上的向上辐照度，浮标体上横向设有平衡杠，平衡杠设置于浮标体的吃水线以上，平衡杠的两端分别设有两轴自稳平台和平衡配重块，两轴自稳平台上设置竖直向下的辐亮度辐射计；
浮标体包括水密仪器舱，水密仪器舱内设有控制部件，控制部件分别与辐照度辐射计和辐亮度辐射计连接，用于控制所述各辐射计的探测，以及接收并暂存各辐射计的探测数据。


2.根据权利要求1所述的应用于水体光谱的漂浮式测量系统，其特征在于，浮标体还包括若干等外径的柱状浮体材料块和水密电池舱，水密仪器舱、若干等外径的柱状浮体材料块和水密电池舱由上至下依次连接，控制部件与水密电池舱连接，水密电池舱为各辐射计供电。


3.根据权利要求1所述的应用于水体光谱的漂浮式测量系统，其特征在于，平衡杠的中部插接于浮标体内，平衡杠的两端伸出于浮标体外，平衡杠与浮标体滑动连接，通过平衡杠的滑动调节其两端达到平衡。


4.根据权利要求1所述的应用于水体光谱的漂浮式测量系统，其特征在于，辐亮度辐射计探头端带有遮光罩，遮光罩下缘低于浮标体的吃水线。


5.根据权利要求1所述的应用于水体光谱的漂浮式测量系统，其特征在于，浮标体的顶部设有卫星天线，控制部件连接有卫星通讯模块，卫星...

【专利技术属性】
技术研发人员：田礼乔，李勇，李森，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42