基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法

本发明属于海水透明度测量，尤其涉及一种基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法。

背景技术：

1、海水透明度，是指海水的透明程度，反映的是海水的消光特性，是目前海洋探测中海水光学特性测量的基本内容之一。

2、传统定义上，海水透明度指人的肉眼在海水中所能看到的最大深度，常用的测量方法有铅字法、十字法、塞氏盘法；由于现代海洋人都是用光波、声波等形式来探测水下情况，且不同频率的波所探测的深度不同，因此人们对海水透明度数值的需求早已不仅仅是肉眼所能看到的深度，而是各个频率的波在各个水域中所能探测的具体深度，国际上出现了新定义的透明度，即为透明度的光度学定义：一平行光束在水中传播一定距离后其光能流i与原来光能流i0之比，故测量得到海水各个深度的光能流时便可以计算出各个深度的透明度。光度学定义的透明度不仅对于普通船只的航行安全具有重要意义，而且对于蓝绿光通信、布雷扫雷及隐没反潜、军事海床测绘等军事活动具有重大意义。同时由于透明度随深度和季节是不断变化的，故需要实时的对任务海区的透明度进行测量。

3、目前，海水透明度测量方法中存在以下问题：

4、(1)在部分含有悬浮物较多的水体中容易产生测量误差；

5、(2)部分水中可能有存在溶解性固体，需要针对这些溶解性固体有采取特定的预处理措施；

6、(3)塞氏盘和黑、白圆盘表面光泽度影响容易影响观测；

7、(4)光线灰色、阴天等恶劣天气，以及观测者的视力，会影响观测结果；

8、(5)背景差异过大，会对观测造成不良影响。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，包括：

3、获取非均匀水体在不同深度处的太阳光辐射数据；

4、基于所述太阳光辐射数据，计算得到上涌光相对量和衰减系数，构建非均匀水体的对比度传输方程；

5、基于所述上涌光相对量，计算在不同深度处的固有对比度；

6、将固有对比度、衰减系数分别带入所述对比度传输方程，计算得到相对对比度；

7、设置人眼阈值，将所述相对对比度与所述人眼阈值比较，得到比较结果，基于比较结果，得到海水透明度。

8、优选地，获取非均匀水体在不同深度处的太阳光辐射数据的过程包括：

9、通过高光谱海水透明度测量仪，测量出非均匀水体在不同深度处的太阳光辐射值，其中所述太阳光辐射值包括：向上辐照度和向下辐照度。

10、优选地，计算得到上涌光相对量的公式：

11、

12、其中，ud上涌光相对量，eup为深度d处的向上辐照度，edown为深度d处的向下辐照度。

13、优选地，计算得到衰减系数的公式：

14、e(λ，z)＝e(λ，0)e-σ(λ，z)*z

15、

16、其中，e(λ，z)为波长为λ的光波在深度z处的向下辐照度，e(λ，0)为波长为λ的光波的水面起始向下辐照度，z为水深，σ(λ，z)为波长为λ的光波在深度z处的衰减系数。

17、优选地，计算在不同深度处的固有对比度的公式：

18、

19、

20、

21、其中，bd为透明度盘在位置深度d处的亮度，bb为透明度盘所在位置深度d处的背景亮度，ud为深度d处的上涌光相对量，ρ透明度盘反射率，e为到达透明度盘所在位置的太阳光辐照度，cd0为透明度盘在深度d处的固有对比度。

22、优选地，非均匀水体的对比度传输方程：

23、

24、其中cri为第i层的相对对比度，cd0为深度d处的固有对比度，σj为第j层的衰减系数，dj为第j层的厚度。

25、优选地，基于比较结果，得到海水透明度的过程包括：

26、将相对对比度与人眼阈值进行对比，若相对对比度小于人眼阈值，则直接输出海水深度，即为海水透明度；若相对对比度大于人眼阈值，则将海水深度增加0.1m，重复执行海水透明度测量方法，直至计算出来的相对对比度小于人眼阈值。

27、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

28、本发明基于海水在垂直放向上非均匀的假设，利用高光谱海水透明度测量仪测量出海水在不同深度上接收到的不同频率的太阳光辐射值，利用光在海水中的衰减规律计算得到不同频率的光波在海水中各个深度上衰减系数；利用非均匀水体对比度传输方程求出各个深度层的对比度数值，并将此数值与用塞氏盘法所测量出的透明度值进行对比，通过多次试验确定人眼阈值，进而计算传统定义上的透明度数值，并将其再次与塞氏盘法所测量出的透明度值进行对比分析。利用所求出的各个频率光波的衰减系数，求出新定义的透明度数值。

技术特征：

1.基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，其特征在于，获取非均匀水体在不同深度处的太阳光辐射数据的过程包括：

3.根据权利要求1所述的基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，其特征在于，计算得到上涌光相对量的公式：

4.根据权利要求1所述的基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，其特征在于，计算得到衰减系数的公式：

5.根据权利要求1所述的基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，其特征在于，计算在不同深度处的固有对比度的公式：

6.根据权利要求1所述的基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，其特征在于，非均匀水体的对比度传输方程：

7.根据权利要求1所述的基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，其特征在于，基于比较结果，得到海水透明度的过程包括：

技术总结
本发明公开了一种基于非均匀水体对比度传输方程的海水透明度测量方法，本发明属于海水透明度测量领域，包括：获取非均匀水体在不同深度处的太阳光辐射数据；基于所述太阳光辐射数据，计算得到上涌光相对量和衰减系数，构建非均匀水体的对比度传输方程；基于所述上涌光相对量，计算在不同深度处的固有对比度；将固有对比度、衰减系数分别带入所述对比度传输方程，计算得到相对对比度；设置人眼阈值，将所述相对对比度与所述人眼阈值比较，得到比较结果，基于比较结果，得到海水透明度。本发明能够测量传统定义的海水透明度，同时还能测量新定义的透明度数值。

技术研发人员：单雨龙,赵世军,姬文明,刘西川,刘磊,胡帅,李书磊,曾庆伟
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15