[發(fā)明專利]一種內(nèi)陸河道表層水體反射光譜走航觀測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110096809.9
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112903631A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周斌;王春娟;于之鋒;雷惠;宋立松;鄭瑤瑤
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州師范大學(xué)
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/25
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 曹兆霞

本發(fā)明公開了一種內(nèi)陸河道表層水體反射光譜走航觀測方法，包括以下步驟：安置用于內(nèi)陸河道表層水體反射光譜連續(xù)觀測的實(shí)測儀器，并按照垂直觀測的要求調(diào)整所述實(shí)測儀器的角度，實(shí)現(xiàn)對灰板、天空光和水面反射光的同步觀測；使用所述的實(shí)測儀器測得的灰板、天空光和水面反射光的觀測值計(jì)算遙感反射率，并對計(jì)算所得的遙感反射率的異常值進(jìn)行識別和剔除；將得到的內(nèi)陸河道表層水體遙感反射率進(jìn)行時間?空間匹配，得到在時空上連續(xù)的內(nèi)陸河道表層水體的遙感反射率。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了連續(xù)光譜觀測，時空連續(xù)性增高，可以準(zhǔn)確把握大范圍水體的光譜變化情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水體光譜測量的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種內(nèi)陸河道表層水體反射光譜走航觀測方法。

背景技術(shù)

水體光學(xué)特性測量是水色遙感反演不可缺少的基礎(chǔ)研究過程。水體光學(xué)特性包括固有光學(xué)特性和表觀光學(xué)特性，固有光學(xué)特性僅由水體本身的物理特性所決定，不隨外界入射光場的改變而變化，如吸收系數(shù)、衰減系數(shù)、散射系數(shù)等；表觀光學(xué)特性是隨入射光場變化而變化的水體光學(xué)參數(shù)，如離水輻亮度、上行輻照度、遙感反射率等。

內(nèi)陸水體的光學(xué)特性研究多以表觀光學(xué)特性測量為初始數(shù)據(jù)來源，其基本參數(shù)為離水輻亮度。離水輻亮度的測量方法包括剖面測量法和水面之上測量法。剖面測量法是縱向測量水下不同深度水體的光學(xué)特性，外推得到水表面的光學(xué)信號，從而求得離水輻亮度、歸一化離水輻亮度和遙感反射率等遙感物理量的方法，這種方法在大洋一類水體中應(yīng)用十分廣泛，而在內(nèi)陸二類水體區(qū)域中則不適用。水面之上測量法是在水面上方選取適當(dāng)?shù)挠^測幾何，通過觀測水面、對應(yīng)方向上天空光和水面入射輻照度等目標(biāo)，求得與剖面測量法相同遙感物理量，該方法是NASA SeaWiFS測量規(guī)范推薦的二類水體測量的主要方法，也是目前國內(nèi)外學(xué)者廣泛使用的水體測量方法，在我國近岸水體和湖泊、河道等內(nèi)陸水體的光譜特性調(diào)查手段中占據(jù)主導(dǎo)地位。

水體光譜特性是水體光學(xué)組分的外在表征，利用實(shí)測的水體離水輻亮度與天空光輻亮度，可以推算出水體的遙感反射率，并以此分析水體的光譜特性。目前，水體光學(xué)測量均采用傾斜觀測的方法，且以國際水色SIMBIOS計(jì)劃中推薦使用的(40°，135°)觀測角度為主，即光譜儀觀測平面與太陽入射平面的夾角為135°(背向太陽方向)，儀器與海面法線方向的夾角為40°，該觀測幾何被認(rèn)為能最大程度地減小船體自身以及水面耀光的影響。

由于傾斜觀測需要依據(jù)船體位置、太陽方位等相關(guān)因素調(diào)整觀測角度，特別是針對河道水體光譜觀測時，還須考慮河道走向、岸線遮蔽物等情況。因此，現(xiàn)階段只能設(shè)置若干站點(diǎn)進(jìn)行離散樣點(diǎn)的觀測，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)光譜觀測。離散樣點(diǎn)的觀測方法雖然能對局部的水體光學(xué)特性做出精確的測量和分析，但費(fèi)時費(fèi)力且觀測樣點(diǎn)數(shù)量有限。故離散樣點(diǎn)的觀測方法有著實(shí)測數(shù)據(jù)的代表性不足、時空連續(xù)性不高、難以把握大范圍水體的光譜變化情況等缺點(diǎn)。

公開號為CN 109084894 B的發(fā)明公開了走航式水體光譜觀測系統(tǒng)及觀測方法，它包括支架、三軸自穩(wěn)平臺、觀測儀器和甲板控制單元；所述的觀測儀器包括輻亮度輻射計(jì)、輻照度輻射計(jì)、電子指南針、姿態(tài)傳感器、GPS天線和攝像頭；支架用于將整個觀測系統(tǒng)固定安裝在走航觀測船體外側(cè)，其離船最遠(yuǎn)的一端安裝三軸自穩(wěn)平臺、制高點(diǎn)安裝輻照度輻射計(jì)、其他任意位置安裝GPS天線；三軸自穩(wěn)平臺的俯仰轉(zhuǎn)軸固定連接儀器架；儀器架上至少安裝有電子指南針、姿態(tài)傳感器、輻亮度輻射計(jì)和攝像頭；甲板控制單元用于向所述的觀測儀器供電、通過內(nèi)置軟件與觀測儀器進(jìn)行通訊、以及通過內(nèi)置軟件完成觀測數(shù)據(jù)的處理。該發(fā)明主要針對海洋水體的走航式水體光譜觀測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，故該系統(tǒng)和對應(yīng)的觀測方法主要解決了走航式觀測中，實(shí)驗(yàn)船搭載的觀測設(shè)備很容易隨著波浪產(chǎn)生振動和抖動的問題。