海洋水质三维遥感探测方法与流程

本发明涉及一种海洋光学探测技术，特别涉及海洋水质三维遥感探测方法。

背景技术：
对海洋水质的监测，一般使用取样法对某一特定海域的海水进行取样，然后再由化验室进行化验分析。不管是采用繁琐的化学分析法，还是采用分析较快的光谱分析法，都不能做到对海洋水质的实时监测。中国专利(公开号：CN201589748U)提出一种海水水质检测装置，设有支撑座，支撑座内安装有转盘，转盘内卡合有右偏光镜，支撑座一侧设有与右偏光镜平行的左偏光镜，左偏光镜的固定座与支撑座支间连接有弹簧，左偏光镜左侧安装有照明灯，右偏光镜右侧设有光线传感器，光电转换器的输出端与喇叭相连，电源为照明灯及光电转换器供电。分析速度快、所需设备成本低。但该检测装置依然局限于海洋水质的取样检测上，并不能实现海洋水质的大范围监测。中国专利(公开号：CN101587115B)提出一种异常水质检测装置，异常水质检测装置具备水温调整装置，其在将被检测水保持为预先设定的温度范围的状态下检测其水质异常的有无，该水温调整装置向被检测水的导入管路的周围供给控制为接近所述温度范围的温度的温度调整水，利用通过所述导入管路的传热，使被检测水的温度接近所述温度调整水的温度。其结果是，由于可以防止测定槽内的气泡的产生，而且将被检测水的温度保持为规定范围，因此可以防止由气泡或低温等引起的“水质异常”的错误警报。但该装置同样不能适用于海洋水质的遥感监测。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种海洋水质三维遥感探测法，其可对远距离海洋水体质量作预先评估，再对超出预定值的水域进行详细的取样分析，以实现对海洋水质的实时监测。本发明采用以下技术方案实现上述目的。海水水质三维遥感探测方法，包括三维遥感探测装置，所述三维遥感探测装置有计算机，所述计算机通过数据线分别连接激光器、信号采集器ICCD、数控转轴、第一导轨和第二导轨，凹透镜与第一导轨连接，第一凸透镜与第二导轨连接，凹透镜和第一凸透镜同轴，轨道臂呈“L”形，其一端连接数控转轴，另一端臂杆上分别连接有第一导轨和第二导轨，数控转轴装有第二反射镜，第二反射镜一侧45°处设置有凹透镜，另一侧45°处设置有第一反射镜；激光器至第一反射镜之间依次设置有半波片、偏振片和四分之一波片，偏振片的一侧45°处依次设置有第二凸透镜、狭缝、第三凸透镜、F-P标准具和长焦镜头，长焦镜头与信号采集器ICCD连接；其探测步骤如下：1)将三维遥感探测装置安装在监测船上，启动计算机、激光器、信号采集器ICCD与数控转轴，第一导轨与第二导轨在导轨臂上移动；2)第一导轨与第二导轨在导轨臂上移动，同时带动凹透镜与第一凸透镜移动，调节凹透镜与第一凸透镜的位置使激光会聚到浅海水域，计算机采集此时最强的受激布里渊散射信号；3)进一步调节凹透镜与第一凸透镜的位置，使激光会聚的深度依次增加，计算机分别采集在各个层次上最强的受激布里渊散射信号；4)数控转轴逆时针转动，带动第二反射镜、轨道臂、第一导轨、第二导轨、凹透镜及第一凸透镜一起转动；5)重复步骤2)和步骤3)；6)数控转轴顺时针转动，数控转轴旋转时连带第二反射镜、轨道臂、第一导轨、第二导轨、凹透镜及第一凸透镜一起转动；7)重复步骤2)和步骤3)；8)计算机将采集的受激布里渊散射信号汇总，并绘制出二维空间内的受激布里渊散射信号分布图，进而标定出不同位置的受激布里渊散射信噪比；9)监测船在海域内游走同时重复上述步骤2)至步骤8)，最终可完成大范围海域内受激布里渊散射信号信噪比的分析，从而实现海洋水质的三维遥感探测。进一步地，所述最强的受激布里渊散射信号，是通过凹透镜与第一凸透镜使激光会聚到该测量水域并激发的受激布里渊散射信号。进一步地，所述步骤3)，其原理是记录单位深度的受激布里渊散射信号并以此单位深度逐次递加探测深度，绘制出不同深度的布里渊散射信号数据。进一步地，在分析受激布里渊散射信号的数据时，可通过分析受激布里渊散射信号的信噪比来探测海水深度，其原理是海洋水质良好时产生的受激布里渊散射信号的信噪比高，而海洋水质较差时产生的受激布里渊散射信号的信噪比低。本发明的优点在于，避免了传统取样的盲目性和检测水域范围小的局限性，在进行海洋水质的遥感探测时，可对远距离海洋水体质量作预先评估，再对超出预定值的水域进行详细的取样分析，能对海洋水质的实时监测。附图说明图1为本发明中三维遥感探测装置的示意图。图2为本发明数控转轴未旋转时激光束会聚的光路图。图3为本发明数控转轴逆时针旋转时激光束会聚的光路图。图4为本发明数控转轴顺时针旋转时激光束会聚的光路图。图5为竖直方向上不同深度产生的受激布里渊散射信号的信噪比与探测深度关系图。图中：1.计算机，2.激光器，3.半波片，4.偏振片，5.四分之一波片，6.第一反射镜，7.第二反射镜，8.数控转轴，9.导轨臂，10.第一导轨，11.第二导轨，12.第一凸透镜，13.凹透镜，14.第二凸透镜，15.狭缝，16.第三凸透镜，17.F-P标准具，18.长焦镜头，19.信号采集器ICCD。具体实施方式现根据附图对本发明作进一步说明。参见图1，海水水质三维遥感探测方法，包括三维遥感探测装置，其特征在于，所述三维遥感探测装置有计算机1，所述计算机1通过数据线分别连接激光器2、信号采集器ICCD19、数控转轴8、第一导轨10和第二导轨11，凹透镜13与第一导轨10连接，第一凸透镜12与第二导轨11连接，凹透镜13和第一凸透镜12同轴，轨道臂9呈“L”形，其一端连接数控转轴8，另一端臂杆上分别连接有第一导轨10和第二导轨11，数控转轴8装有第二反射镜7，第二反射镜7一侧45°处设置有凹透镜13，另一侧45°处设置有第一反射镜6；激光器2至第一反射镜6之间依次设置有半波片3、偏振片4和四分之一波片5，偏振片4的一侧45°处依次设置有第二凸透镜14、狭缝15、第三凸透镜16、F-P标准具17和长焦镜头18，长焦镜头18与信号采集器ICCD19连接；其探测步骤如下：1)将三维遥感探测装置安装在监测船上，将监测船停泊在某一海域，启动计算机1、激光器2、信号采集器ICCD19与数控转轴8，第一导轨10与第二导轨11在导轨臂9上移动；2)第一导轨10与第二导轨11在导轨臂9上移动，同时带动凹透镜13与第一凸透镜12移动，调节凹透镜13与第一凸透镜12的位置使激光竖直射入并会聚到浅海水域，计算机采集此时最强的受激布里渊散射信号，该散射信号就是该水域产生的受激布里渊散射信号；3)进一步调节凹透镜13与第一凸透镜12的位置，使激光会聚的深度依次增加，计算机分别采集在各个层次上最强的受激布里渊散射信号；4)数控转轴8逆时针转动，带动第二反射镜7、轨道臂9、第一导轨10、第二导轨11、凹透镜13及第一凸透镜12一起转动；5)重复步骤2)与步骤3)；6)数控转轴8顺时针转动，数控转轴8旋转时连带第二反射镜7、轨道臂9、第一导轨10、第二导轨11、凹透镜13及第一凸透镜12一起转动；7)重复步骤2)与步骤3)；8)计算机将采集的受激布里渊散射信号汇总，并绘制出二维空间内的受激布里渊散射信号分布图，进而标定出不同位置的受激布里渊散射信噪比；9)监测船在海域内游走同时重复上述步骤，最终可完成大范围海域内受激布里渊散射信号信噪比的分析，从而实现海洋水质的三维遥感探测。所述通过受激布里渊散射信号信噪比的方法探测海洋水质，其原理：不同水质对光的衰减是不同的，对于标准的海水水质而言，受激布里渊散射信号的信噪比随探测深度的增加而降低，但不同水质产生受激布里渊散射信号的信噪比同探测深度的变化有有各自的特征曲线，通过辨别不同的特征曲线实现对远距离海洋水体质量的预先评估，再对超出预定值的水域进行详细的取样分析，从而避免了传统取样的盲目性和随机性。实施例：图2为本发明数控转轴未旋转时激光束会聚的光路图。数控转轴8未旋转时，激光束竖直射入海水中，通过第一导轨10带动的凹透镜13与第二导轨11带动的第一凸透镜12之间距离的调节，实现在竖直方向上激光束的不同深度海域会聚，同时测量不同深度下激发的受激布里渊散射信号并绘制出该方向受激布里渊散射信号信噪比与探测深度的曲线关系图。图3为本发明数控转轴逆时针旋转时激光束会聚的光路图。数控转轴8逆时针旋转时，激光束以不同的角度射入海水中，通过第一导轨10带动的凹透镜13与第二导轨11带动的第一凸透镜12之间距离的调节，实现在不同角度方向上激光束的不同深度海域会聚，同时测量各个角度不同深度下激发的受激布里渊散射信号并绘制出该方向受激布里渊散射信号信噪比与探测深度的曲线关系图。图4为本发明数控转轴顺时针旋转时激光束会聚的光路图。数控转轴8顺时针旋转时，激光束以不同的角度射入海水中，通过第一导轨10带动的凹透镜13与第二导轨11带动的第一凸透镜12之间距离的调节，实现在不同角度方向上激光束的不同深度海域会聚，同时测量各个角度不同深度下激发的受激布里渊散射信号并绘制出该方向受激布里渊散射信号信噪比与探测深度的曲线关系图。图5为竖直方向上不同深度产生的受激布里渊散射信号的信噪比与探测深度关系图。图中的点是采集对应海水深度产生的受激布里渊散射信号的信噪比，竖直方向上探测海水的深度与入射激光在海水中的光程相同，即图5也可表述为竖直方向上入射激光在海水中不同光程上产生的受激布里渊散射信号的信噪比与探测深度关系图。当数控转轴8旋转α角度时，探测深度与入射激光在海水中的光程不相同，满足关系式为：h＝Lcosα(h：探测深度，L：入射激光在海水中的光程，α：旋转角度)。因此，当旋转α角度时，图5就仅是入射激光在海水中的光程与受激布里渊散射信号信噪比的关系图，要转换成探测深度与受激布里渊散射信噪比的关系图时，曲线将向左平移，即在竖直方向上的探测深度要乘以旋转角度的余弦：h＝Lcosα。