专利名称：一种基于水体光学特性的综合采集处理系统的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及水质监测技术领域，尤其涉及一种基于水体光学特性的综合采集处理系统。
背景技术：
水质监测是水质评价与水污染防治的主要依据，随着水体污染问题的日渐严重，水质监测成为社会经济可持续发展必须解决的重大问题。因此，快捷准确的水质监测就显得尤为重要。遥感技术的出现和发展，给水质的监测评价提供了新的机遇与选择。水环境遥感是以遥感技术为依托，通过分析水体反射、吸收和散射太阳辐射能而形成的光谱特征与水质参数浓度之间的关系，建立水质参数反演算法实现的。利用卫星遥感信息进行大面积范围内水体重要污染物质的空间分布及动态的定量分析，能够在一定程度上弥补常规采样观测时空间隔大且费时费力的缺陷和困难，可以反映水质在空间和时间上的分布和变化情况，发现一些常规方法难以揭示的污染源和污染物迁移特征，具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测的优势。因此，应用遥感技术进行水质机理研究，进而研究水资源的合理利用和保护，已引起各国的日益关注，成为当前国际、国内遥感界的研究热点和难点之一。对水体光学特性变化规律的研究是水质遥感监测的前提，目前，已有大量的仪器设备可用于对水体光学参数的单项或多项指标的采集，如利用美国的ASD野外光谱辐射仪，可观测获取水面反射辐射信息，利用德国生产的Trios水下光谱仪可观测获取水体不同深度的辐照度和辐亮度信息，利用美国生产的AC-S水体吸收/衰减测量仪可观测获取水体的吸收系数、衰减系数和散射系数，利用美国生产的BB9水体后向散射测量仪可观测获取水体后向散射系数，利用日本生产的岛津UV2501PC紫外可见分光光度计可观测不同水体组份的吸收系数，随着我国科研投入的不断加大，目前，国内拥有该类仪器设备的科研院所、高等院校等也不断增加，如中国科学院遥感所、国家海洋研究所、南海海洋研究所、南京地理与湖泊研究所、武汉大学、华东师范大学、南京大学、盐城师范学院等多家单位都已拥有该类测量设备，但是，由于不同设备由不同厂家生产，其波谱分辨率、响应函数等都有很大差别，并且仪器直接测量的数据往往需要经过处理和转换之后才能作为具有光学意义的光谱存放入波谱数据库中。由于这些数据的针对性较强，且受仪器的影响过大，目前几乎没有专业、通用的软件系统来处理其实测数据。研究者通常使用仪器自带的软件对实测信号预处理转换成具有光学意义的光谱信号之后，结合如SPSS、EXCEL等数学统计软件进行数据处理。部分研究者出于自身需要，针对某一仪器数据、某一水质参数的算法等开发了只适用于某研究、甚至某个数 据处理流程需要的功能模块，这些功能模块各自互不兼容，不成体系，多数只是将单个的模型算法计算机程序化。因此，各仪器设备数据的处理相互独立，难以实现数据之间的相互校核与关联，数据处理的效率低且易出错，无法满足大量实测光学数据的处理问题。
实用新型内容有鉴于此，有必要提供一种高精度、高效快速的基于水体光学特性的综合采集处理系统。本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种基于水体光学特性的综合采集处理系统，包括数据模块和处理模块，数据模块存储管理系统的文件数据，处理模块调取数据模块的文件数据，并反馈处理结果给数据模块。所述系统还包括水体光学数据的采集模块，采集模块连接数据模块。所述采集模块包括光谱辐射仪、水下光谱仪、水体吸收/衰减测量仪、水体后向散射测量仪以及紫外可见分光光度计。所述光谱辐射仪为高光谱辐射仪。所述数据模块包括地物波谱辐射计测量数据、水下光谱仪测量数据、水体吸收衰减测量数据、后向散射测量数据、紫外可见分光光度测量数据。所述处理模块包括水面光谱观测数据处理子模块、水下光谱观测数据处理子模块、水体吸收衰减及散射观测数据子模块、水体组份观测光谱数据处理子模块。本实用新型的有益效果是:本实用新型所述基于水体光学特性的综合采集处理系统，包括数据模块和处理模块，数据模块存储管理系统的文件数据，处理模块调取数据模块的文件数据，并反馈处理结果给数据模块。将原始数据存储在数据模块，由处理模块自动调取处理，提高数据处理效率的同时提升了系统的准确率。本实用新型所述系统还包括水体光学数据的采集模块，采集模块连接数据模块。如此，采集模块采集的数据直接传递给数据模块，进一步组提升了系统的准确率。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型所述系统的结构框图；图2是本实用新型数据模块结构框图；图3是本实用新型水面光谱观测数据处理子模块的处理流程图；图4是本实用新型水下光谱观测数据处理子模块的处理流程图；图5是本实用新型水体吸收衰减及散射观测数据子模块的处理流程图；图6是本实用新型水体组份观测光谱数据处理子模块的处理流程图；图7是应用本实用新型获得的水体吸收系数曲线图；图8是应用本实用新型获得的水体遥感反射率光谱曲线图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详述:实施方式一:请一并参阅图1、图2所示的本实用新型基于水体光学特性的综合采集处理系统的实施方式，包括数据模块、处理模块、水体光学数据的采集模块，数据模块存储管理系统的文件数据，处理模块调取数据模块的文件数据，并反馈处理结果给数据模块。采集模块连接数据模块。所述采集模块包括光谱辐射仪、水下光谱仪、水体吸收/衰减测量仪、水体后向散射测量仪以及紫外可见分光光度计。该所述光谱辐射仪为野外使用的高光谱辐射仪。所述数据模块包括地物波谱辐射计测量数据、水下光谱仪测量数据、水体吸收衰减测量数据、后向散射测量数据、紫外可见分光光度测量数据。所述处理模块包括水面光谱观测数据处理子模块、水下光谱观测数据处理子模块、水体吸收衰减及散射观测数据子模块、水体组份观测光谱数据处理子模块。请参阅图3、图4、图5、图6所示采用本实用新型所述的基于水体光学特性的综合采集处理系统，包括以下步骤:S1:利用光谱辐射仪，通过实验观测获得水面光谱数据，包括仪器对着水面测量获得的测量值、仪器对着天空测量获得的测量值、仪器正对着遮挡太阳直射光前后的漫反射参考板测量获得的测量值；S2:利用SI获取的数据，计算导出水面总入射辐照度、离水辐亮度、遥感反射率R(0-)、刚好位于水面以下的辐照度比；S3:利用水下光谱仪观测获取水表面和水表面以下不同深度的上行辐亮度、下行辐照度；S4:利用S3获取的数据，计算导出漫衰减系数、归一化离水辐亮度、水表面以下辐照度比、以及水表面以下遥感反射率；S5:利用S3计算的结果，与S2计算的R(0_)进行校核，优化确定S2中的参数r、Q，达到利用水面光谱准确提取R(O-)的目的；S6:利用水体吸收衰减仪测量水体吸收系数和衰减系数，并对所测数据进行温度、盐度校正，以及散射校正；S7:利用后向散射仪测量后向散射系数，并将仪器获取的信号值转化为具有光学意义的参数值，进而计算水体颗粒物的后向散射系数和总后向散射系数；S8:利用S6、S7的计算结果，与S4的结果进行校核，优化生物光学模型参数，以准确模拟水面遥感反射率；S9:利用紫外可见分光光度计测量水体组分的吸收光学特性，包括悬浮颗粒物吸光度、非藻类悬浮颗粒物吸光度、有色可溶性有机物吸光度以及叶绿素a吸光度，并对原始数据进行校正处理；SlO:S9处理的数据与S8处理的数据结合，利用著名的QAA模型，进行光学闭合检验，优化S9中的参数，输出更加准确的参数值，并最终模拟输出水面遥感反射率。所述SI中需要测量获取包括水面、天空、漫反射参考板、遮挡太阳光后的漫反射参考板的光谱数据。所述S2中的参数需要经过S5校核优化。所述S4和S3导出的数据，应用于S5步骤，可以计算出优化的r值、Q值，提高遥感反射率计算的精度。所述S6中具体包括:S61:通过纯水校正，导出水体总的吸收、衰减系数；[0046]S62:通过温度和盐度校正，剔除温度和盐度影响；S63:通过散射校正，减少微粒散射的影响；S64:通过上述步骤所计算的吸收、衰减系数，求算水体散射系数。所述S7中具体包括:S71:利用Scale Factor和Dark Counts两个参数,将仪器信号值换算为体散射函数；S72:利用S71计算的数据，再结合S6计算的结果，进行吸收纠正，消除颗粒物吸收对散射的影响；S73:利用S72的计算结果，求算颗粒物后向散射系数和总后向散射系数。所述S6、S7的计算结果，与S4的结果进行校核，模拟水面遥感反射率，将所求算参数输入生物光学模型中，通过光学闭合检验，优化模型参数，提高模拟的精度。所述S9的具体步骤如下:S91:利用750nm处的吸光度进行吸光度的放大因子校正；S92:根据过滤水样的体积以及滤膜的有效面积，计算悬浮颗粒物和非藻类悬浮颗粒物吸收系数；S93:根据光程路径，计算⑶OM吸收系数；S94:利用750nm处的吸收系数，对⑶OM吸收系数进行散射校正。所述S9处理的数据与S8处理的数据结合，利用著名的QAA模型，进行光学闭合检验，优化吸收系数参数化模型，输出参数校正后的吸收系数、后向散射系数。以下结合在太湖进行实验，来说明本实用新型的应用，本实验共观测了 7个样本点的数据。 S1:利用ASD野外光谱辐射仪，通过实验观测获得水面光谱数据，包括Lsw (仪器对着水面测量获得的测量值)、Lsky (仪器对着天空测量获得的测量值)、Lp (仪器正对着漫反射参考板测量获得的测量值)；S2:利用SI获取的数据，计算导出水面总入射辐照度(Ed(0+))、离水辐亮度Lw、遥感反射率Rrs、刚好位于水面以下的辐照度比R(0_),其中，Ed (0+) = Lp* π /p, p为参考板的反射率。Lw = Lsw_r*Lsky, r为气-水界面对天空光的反射率，r = 2.1% -5%。Rrs =Lw/Ed(0+)R(O-) = Eu (O-)/Ed (O-)，Eu (0_)、Ed (0_)分别为刚好位于水面下方的向上、向下辐照度。R(0_)可通过以下计算获得:Eu(0_) = QLu(O-)，其中Q为光场分布参数，受不同的水体、太阳角度、观测角度影响而不同，Q可由太阳高度角计算，通常在1.7-7之间变化，Lu (O-)为刚好位于水面下方的向上福亮度，Lu (O-) = (n2/t)Lw,其中，t是气-水界面的Fresnel透射系数,通常取t = 0.98, η是水的折射指数,通常取η = 1.34 ；Ed(0-)=(1-paw) Ed (0+)，paw为气水表面的辐照度反射率，在0.04-0.06之间，Ed (0+)为水面入射辐照度；S3:利用TriOS水下光谱仪观测获取水表面和水表面以下不同深度的上行辐亮度、下行辐照度；S4:利用S3获取的数据，计算导出漫衰减系数K、归一化离水辐亮度Lwn、水表面以下辐照度比R (O-)、以及水表面以下遥感反射率Rrs (O-)。其中，Kd(z) =Kln(Ed(Z2))-1n(Ed(Z1))V(Z2-Z1)S5:利用S3计算的结果，与S2计算的R(0_)进行校核，优化确定S2中的参数r，达到利用水面光谱准确提取R(O-)的目的；S6:利用AC-S吸收衰减仪测量水体吸收系数和衰减系数。由于仪器自身和水体环境的影响，所测数据不能直接估算水体基本光学量，必须首先进行温度、盐度校正，以及散射校正。具体处理方法如下:S61:总吸收、衰减系数计算。Bni = Bfawrcm = Ct-Cwr式中，am为仪器测量的原始吸收系数，at为总吸收系数，awr为纯水的吸收系数，Cffl为仪器测量的原始衰减系数，Ct为总衰减系数，Cwr为纯水的衰减系数。S62:温度和盐度校正。amts = am- [ Ψ i* (t~tr) + Ψ s* (s-sr)]cmts = Cm- [ Ψ i* (t-tr) + Ψ s* (s-sr)]式中，amts, Cmts分别为温度盐度校正后的吸收系数和衰减系数，am, Cm为仪器测量的原始吸收系数和衰减系数，Ψτ, ￥s为仪器已知参数。t为实测温度，tr为仪器参考温度，s为实测盐度，Sr为仪器参考盐度。S63:散射校正。at ( λ ) -aw ( λ ) = amts ( λ ) -a— ( λ ref)ct ( λ ) -cw ( λ ) = Cmts ( λ ) -Cnits ( λ ref)其中，Bt(A)-Bw(A), ct(A)-cw(A)分别为散射校正后的吸收系数和衰减系数，amts> Cmts为温度盐度校正后的吸收系数和衰减系数，amts( λ ref)、cmts (λ ref)为温度盐度校正后715nm处的吸收系数和衰减系数。S64:散射系数的计算。b ( λ ) = c ( λ ) _a ( λ )其中，b(A)为散射系数，c(A )、a(A )为S63中校正后衰减系数和吸收系数。S7:利用BB9散射仪测量后向散射系数。由于原始获取的数据是不具备任何光学意义的信号值，因此，必须经过校正赋予其光学意义，进而计算水体颗粒物的后向散射系数和总后向散射系数。具体处理方法如下:S71:体散射函数值的计算。BB9原始数据是范围在0-4120的数字，不具备任何光学意义，因此，首先必须对其进行传感器校准，求取水体的体散射函数β ( θ，λ),单位是m-1 sr-1，其中Θ是角度(117° )，λ是波长。计算公式如下:β ( θ , λ) = Scale Factor*(Output-Dark Counts)式中，Output为仪器输出的原始值,Scale Factor和Dark Counts都为已知量,可
由生产厂家给出。S72:吸收纠正。对于每个观测点，体散射函数值有多组，求取平均后得到beta_meas,对beta_meas进行吸收纠 正,纠正方法如下:β ( λ ) = beta_meas*exp (0.0391a)[0091]式中，β (λ)是吸收纠正后的总体散射；betajneas是多组测量数据的平均值；a是具体测量样点及深度处的吸收系数，由AC-S数据校正后得到(S63)。S73:颗粒物后向散射系数和总后向散射系数的计算。微粒的后向散射系数bbp ( λ )，单位是m-1，可以通过微粒体散射值β P ( λ )值和一个X因子估算出来:bbp ( λ ) = 2* π *Χ* β ρ ( λ )βρ(λ) = β (λ)-βψ(λ)式中，β (λ)为纯水的体散射值，X= 1.1。总后向散射系数bb(λ)，单位是m-l，定义为颗粒物后向散射系数bbp( λ)与纯水的后向散射bbw ( λ )的和:bb ( λ ) = bbp ( λ ) +bbw ( λ )S8:利用S6、S7的计算结果，与S4的结果进行校核，优化生物光学模型参数，以准确模拟水面遥感反射率。S9:利用紫外可见分光光度计UV2501PC测量水体组分的吸收光学特性，包括悬浮颗粒物吸光度、非藻类悬浮颗粒物吸光度、有色可溶性有机物CDOM吸光度以及叶绿素a吸光度。获取原始数据后，需进行一系列的校正处理，具体如下:S91:吸光度的放大因子校正。 ODs = 0.3780D, + 0.5230/))其中，ODs为校正后的吸光度，是仪器测量的吸光度减去750nm处的吸光度。
权利要求1.一种基于水体光学特性的综合采集处理系统，其特征在于:包括数据模块和处理模块，数据模块存储管理系统的文件数据，处理模块调取数据模块的文件数据，并反馈处理结果给数据模块。
2.如权利要求1所述的基于水体光学特性的综合采集处理系统，其特征在于:所述系统还包括水体光学数据的采集模块，采集模块连接数据模块。
3.如权利要求2所述的基于水体光学特性的综合采集处理系统，其特征在于:所述采集模块包括光谱辐射仪、水下光谱仪、水体吸收/衰减测量仪、水体后向散射测量仪以及紫外可见分光光度计。
4.如权利要求3所述的基于水体光学特性的综合采集处理系统，其特征在于:所述光谱辐射仪为高光谱辐射仪。
专利摘要本实用新型涉及一种基于水体光学特性的综合采集处理系统，包括数据模块和处理模块，数据模块存储管理系统的文件数据，处理模块调取数据模块的文件数据，并反馈处理结果给数据模块。将原始数据存储在数据模块，由处理模块自动调取处理，提高数据处理效率的同时提升了系统的准确率。另外所述系统还包括水体光学数据的采集模块，采集模块连接数据模块。如此，采集模块采集的数据直接传递给数据模块，进一步组提升了系统的准确率。
文档编号G01N21/25GK202939121SQ20122044264
公开日2013年5月15日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者李云梅, 魏亚东 申请人:李云梅