[发明专利]一种测量海上白冠生成至消退的反射率变化的测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋监测领域，尤其涉及一种海面上白浪从生成、逐渐变化到最大、然后逐步减小直至消退过程中反射率变化的测量装置和测量方法。 

背景技术

海表面在风的连续作用下产生波浪，波浪逐渐成长，波动的非线性越来越强，当风速达到某一临界值时，波浪便破碎并在波峰处产生大量的水沫和水滴，在波动水体内部和表面产生大量的气泡．这种在波面上清晰可见的白色水体就是所谓的白冠，它是空气和海水湍混合的结果。 

海洋白冠与海洋遥感的发展有着密切的关系。在应用可见光波段的卫星数据进行海洋信息提取过程中, 由于水体的低反照率特性, 具有高反射特性的白冠对从光学遥感数据定量提取海洋水色要素( 诸如叶绿素浓度, 悬浮物浓度等) 产生强烈的干扰效应。据估计白冠的存在对北大西洋的冬季海面月平均反照率的影响约为15 %。因此，海洋遥感反射率的研究需要剔除白冠高反射率特性所带来的噪声信号，这就需要测量海上白冠生成至消退的反射率变化特性。 

白冠是随波浪在流动中变化的，从而使得无法准确地将测量工具对准待测白冠；另外，白冠反射的能量值还依赖于太阳入射光强的变化，为了获得海上白冠生成至消退的反射率变化特性，需要同步测量太阳入射光强的变化。目前，并没有专用的商业仪器用于定点测量海上白冠生成至消退的反射率变化的装置，即使对某些仪器的改进，也无法完美地解决以上所遇到的问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明旨在公开一种测量海上白冠生成至消退的反射率变化的装置和测量方法。    

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种海上白冠生成至消退的反射率变化的测量装置，包括支架和设置在支架上的海面白冠上行辐亮度测量装置，还包括数据采集装置，在所述支架上还设置有太阳光下行辐射测量装置、视频数据采集装置，视频数据采集装置内设有摄像头，以捕捉图像数据，所述数据采集装置分别与所述太阳光下行辐射测量装置、海面白冠上行辐亮度测量装置、以及视频数据采集装置连接，所述支架用于固定海面白冠上行辐亮度测量装置、太阳光下行辐射测量装置、视频数据采集装置，所述海面白冠上行辐亮度测量装置用于测量海面白冠生成直至消退过程中白浪的上行辐射能量，另外由于所述海面白冠上行辐亮度测量装置和视频数据采集装置的探测方向朝下，并设有相同的探测中心点，便于所述视频数据采集装置和海面白冠上行辐亮度测量装置观测同一个位置，可以在特定的一个范围内采集海面图像变化用于视觉上判定白冠的生成直至消退，为分析海面白冠上行辐亮度数据提供视图参数，由于所述太阳光下行辐射测量装置的探测方向朝上，因此太阳光下行辐射测量装置用于测量太阳的下行辐射Es值，目的是为了在白冠观测的过程中，消除太阳辐射变化对白浪反射能量所带来的影响，数据采集装置可接收来自海面白冠上行辐亮度测量装置、太阳光下行辐射测量装置、视频数据采集装置等所采集的数据，并进行识别、计算和处理。

本发明一种海上白冠生成至消退的反射率变化的测量装置的操作方法如下：伸出载体的海面白冠上行辐亮度探头和摄像头垂直向下对准海面，太阳辐照度探头垂直向上，海面受到风场和流等因素的影响而产生波浪，波浪以及波浪破碎所产生的白冠以一定的速度流过探头下面，利用海面白冠上行辐亮度探头测量海面获得Lu值，Lu值的波长范围为400nm至850nm，Lu的值会随着波浪的流动而变化（包括无白冠的值、白冠产生、生长到最大、然后减小、直至消退），太阳光下行辐射照度的变化将影响Lu值的变化，因此利用太阳光下行辐射探头测量下行辐射照度Es值，然后定义R为白浪反射率，R=Lu/Es，数据采集器的采样时间间隔为40 ms,因此R的采样频率为1/(40ms)，相对于下面海浪的流速，海面反射率R的采样频率是比较高的，利用摄像头的资料寻找白冠产生和消退的时间t1和t2，并在时间区间（t1，t2）内寻找白浪反射率R，从而获得海面白冠生成至消退的反射率R的变化特性。 

进一步地，所述数据采集装置为工业式嵌入式计算机和光谱仪，所述光谱仪分别与所述太阳下行辐射测量装置和海面白冠上行辐亮度测量装置的信号输出端连接，并采集由所述太阳下行辐射测量装置和海面白冠上行辐亮度测量装置的光信息，经处理后传送到所述计算机进行处理和存储，所述数据采集装置采用预设计的软件对数据进行采集及存储。 

进一步地，所述海面白冠上行辐亮度测量装置包括第一探头、光纤管和密封管，光纤管设置在所述密封管内，可起到防水作用，所述光纤管两端分别连接所述第一探头与所述数据采集装置，当第一探头的光纤部分受到光照辐射后通过光纤管将光信号传输到光谱仪进行识别处理。