CN108917854A - 一种用于海洋水色走航的光学测量方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于海洋水色走航的光学测量方法、设备、计算机设备和计算机可读存储介质，该光学测量方法包括：获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数；以所述第一辐亮度、所述第二辐亮度以及所述入射辐照度为依据，计算遥感反射比；以所述遥感反射比和所述大气光学参数为依据，计算遥感现场信息。本发明提供的光学测量方法，能够剔除大气气溶胶的影响，并且提高水环境监测的效率，从而实时性和准确性，进而提高水环境的监控效率和效果。

Description

一种用于海洋水色走航的光学测量方法及设备

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体而言，涉及一种用于海洋水色走航的光学测量方法及设备。

背景技术

目前，高光谱观测系统是近年来国际海洋观测计划的重要内容，该观测系统在新型水色遥感产品校验中发挥的作用越来越大。然而，针对海区水体环境多变、气溶胶类型复杂等特点，覆盖多海域、多季节的水色遥感产品校验工作面临很多问题。一方面，仅采用传统的航次调查或定点锚定浮标等手段获取的数据量远不能满足水色校验要求；另一方面，依据传统观测方法获取到的水色遥感数据，会因为观测数据的不同步、不全面而影响水色遥感大气的校正精度。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种用于海洋水色走航的光学测量方法及设备，能够获取更多的数据，并且还能够提高水环境检测数据获取的实时性、准确性以及检测效率。

另一方面，本发明提供的测量方法及设备还能够智能地调节观测几何，以实现对水色遥感数据和气溶胶的走航观测，为全面完善水色卫星产品校验和提高水色校正精度提供高质量现场观测的大数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

第一方面，本发明提供了一种用于海洋水色走航的光学测量方法，包括：

获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数；

以所述第一辐亮度、所述第二辐亮度以及所述入射辐照度为依据，计算遥感反射比；

以所述遥感反射比和所述大气光学参数为依据，计算遥感现场信息。

作为一种可选的实施方式，在所述获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数之前，所述方法还包括：

通过重力调整装置调整所述入射辐照度与水平面之间的倾斜角度为九十度。

作为一种可选的实施方式，所述获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，包括：

控制第一光学探头获取第一辐亮度，控制第二光学探头获取第二辐亮度，控制第三光学探头获取入射辐照度；

控制大气光学探头获取太阳直射辐亮度，并以所述太阳直射辐亮度和大气层入射辐亮度为依据，计算得到大气光学参数。

作为一种可选的实施方式，所述控制大气光学探头获取太阳直射辐亮度，并以所述太阳直射辐亮度和大气层入射辐亮度为依据，计算得到大气光学参数，包括：

控制大气光学探头对准太阳，以使太阳光直射所述大气光学探头；

控制所述大气光学探头获取太阳直射辐亮度，并以所述太阳直射辐亮度和大气层入射辐亮度为依据，计算得到大气光学参数。

作为一种可选的实施方式，所述以所述第一辐亮度、所述第二辐亮度以及所述入射辐照度为依据，计算遥感反射比，包括：

获取水面与空气之间的的水气反射率；所述水气反射率为所述水面对光的反射率；

计算所述水气反射率与所述第二辐亮度的乘积，得到水气反射辐亮度；其中，所述第二辐亮度为天空方向的辐亮度；

计算所述第一辐亮度和所述水气反射辐亮度的差值绝对值，得到离水辐亮度；其中，所述第一辐亮度为海面方向的辐亮度；

计算所述离水辐亮度和所述入射辐照度的比值，得到遥感反射比。

第二方面，本发明提供了一种用于海洋水色走航的光学测量设备，包括：

获取单元，用于获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数；

遥感反射计算单元，用于以所述第一辐亮度、所述第二辐亮度以及所述入射辐照度为依据，计算遥感反射比；

遥感信息计算单元，用于以所述遥感反射比和所述大气光学参数为依据，计算遥感现场信息。

作为一种可选的实施方式，所述光学测量设备还包括：

调整单元，用于通过重力调整装置调整所述入射辐照度与水平面之间的倾斜角度为九十度。

作为一种可选的实施方式，所述光学测量设备还包括：

工控单元，用于控制所述光学测量设备包括的多个光学探头与数据的收发；所述数据是所述多个光学探头测量得到的。

第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行上述的光学测量方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有上述计算机设备中所使用的计算机程序。

根据本发明提供的用于海洋水色走航的光学测量方法、设备、计算机设备和计算机可读存储介质，当光学测量设备处于海面上时，光学测量设备获取基于当前位置的两个方向的辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，并根据两个辐亮度和入射辐照度计算出遥感反射比，该遥感反射比可以为含水体信息的辐亮度与海面入射辐照度的比值，该光学测量设备根据上述遥感反射比和大气光学参数计算得到遥感现场信息。可见，实施本发明的技术方案能够同时获取多个数据，并根据多个数据进行计算得出遥感现场信息，从而避免了多次获取数据的时间，进而提高水环境检测数据获取的实时性、准确性以及检测效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。

图1是本发明实施例一提供的用于海洋水色走航的光学测量方法的流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的用于海洋水色走航的光学测量方法的流程示意图；

图3是本发明实施例三提供的用于海洋水色走航的光学测量设备的结构示意图；

图4是本发明实施例四提供的用于海洋水色走航的光学测量设备的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种观测几何的几何示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种用于海洋水色走航的光学测量方法、设备、计算机设备和计算机可读存储介质；该技术可以根据当前位置的两个方向的辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数计算出遥感反射比，再进一步根据上述遥感反射比和大气光学参数计算得到遥感现场信息。可见，实施本发明的技术方案能够同时获取多个数据，并根据多个数据进行计算得出遥感现场信息，从而避免了多次获取数据的时间，进而提高水环境检测数据获取的实时性、准确性以及检测效率。并且，该技术可以采用相关的软件或硬件实现，下面通过实施例进行描述。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

实施例1

请参阅图1，图1是本实施例提供的用于海洋水色走航的光学测量方法的流程示意图。如图1所示，该光学测量方法包括以下步骤：

S101、获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数。

本实施例中，获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，具体可以为光学测量设备获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数；或者可以为光学检测装置获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，其中，当使用光学检测装置时，该光学检测装置可以为光学测量设备的一部分。

在本实施例中，光学测量设备包括光学测量设备主体和光学测量设备的检测装置，其中光学测量设备主体与光学测量设备的检测装置相连接，其中，光学测量设备的检测装置可以为一个整体，也可以为多个设备，对此，本发明实施中不作任何限定。

本实施例中，光学测量设备的主体与光学测量设备的检测装置之间存在各种连接关系，对该连接关系，本发明实施例中不作任何限定。

本实施例中，第一辐亮度为海面方向的辐亮度，第二辐亮度为天空方向的辐亮度，入射辐照度为海面入射辐照度。

本实施例中，大气光学参数至少包括气溶胶光学厚度；大气光学参数在包括气溶胶光学厚度的同时，还可以包括水平气象视距，当前的气压值以及当前的大气温湿度数据等；该大气光学参数可以包括所有与大气相关的数据，对此本发明实施例中不作过多叙述。

本实施例中，第一辐亮度和第二辐亮度分别由不同的光学探头进行采集，其中，上述不同的光学探头的设置都满足观测几何的要求；其中，该观测几何中，观测方向与太阳入射平面的夹角为135°，且与海面法线方向的夹角为40°。

本实施例中，当光学探头的设置满足上述的观测几何时，光学探头可以避免大部分的太阳直射与反射，并且还可以减少船舶阴影对光学探头测量的影响。

作为一种可选的实施方式，获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，包括：

通过第一辐亮度探头获取第一辐亮度，第二辐亮度探头获取第二辐亮度，第三光学探头获取入射辐照度，大气辐亮度探头获取大气光学参数。

实施这种实施方式，使用四个光学探头同时获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，同时获取上述四个数据可以大幅减少获取数据的时间，从而提高效率。

作为一种进一步可选的实施方式，第一辐亮度探头、第二辐亮度探头与第三光学探头同时固定在一个球形转动轴上，并且上述三种光学探头之间的位置关系相对固定。

实施这种实施方式，可以避免对每个探头的调整，减少了探头调整的时间，使得探头更快地对准检测方位进行检测，从而提高了探头调整的效率。

作为一种进一步可选的实施方式，第三光学探头上设置有GPS模块和倾角仪。

实施这种实施方式，可以获取当前的空间信息，使得用于测量大气光学参数的大气光学探头可以根据该空间信息进行位置的粗调。

作为一种可选的实施方式，在获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数之前，还可以包括：

以内置时钟为依据获取当前时间，以定位系统为依据获取当前经纬度信息，并以当前时间和当前经纬度信息计算出理论辐亮度，再以理论辐亮度和模拟干扰数据为依据，计算得到辐亮度的合理范围，其中模拟干扰数据由内置计算机模拟当前经纬度信息和当前时间的大气情况得到的数据。

实施这种实施方式，可以在检测到第二辐亮度的时候，将第二辐亮度与上述辐亮度的合理范围(该辐亮度的合理范围为理论辐亮度值加上理论允许存在的误差计算得到的)进行比对，若相符合，则执行后续步骤，若不符合，则结束本流程。这样可以提供一种体验矫正方法，避免错误数据参与后续计算，从而提高检测的准确程度。

本实施例中，光学测量设备主体和光学测量设备的检测装置之间可以设置固定用的卡合件，避免两者相互脱离。

本实施例中，获取第一辐亮度、第二辐亮度以及入射辐照度的光学探头可以为一个探头，也可以是多个探头，对此，本发明实施例中不作任何限定。

其中，如果是单通道仪器(即单个光学探头)，需要根据预设的调整方法调整上述单个光学探头，使之获取多个参数，并根据多个参数进行后续的步骤，实施这种实施方式，可以有效减少光学探头的使用个数，从而节省设备资源，并且节约成本。

另一方面，如果是多通道仪器(即多个光学探头)，此时多个光学探头可以同时对水体和天空光进行观测，从而提高检测效率，并且因为每个光学探头测量指定的光学参数，从而还提高了测量的准确性。

S102、以第一辐亮度、第二辐亮度以及入射辐照度为依据，计算遥感反射比。

本实施例中，该步骤具体为，以海面辐亮度、天空辐亮度以及海面入射辐照度为依据，计算遥感反射比。

作为一种可选的实施方式，以第一辐亮度、第二辐亮度以及入射辐照度为依据，计算遥感反射比包括：

获取外界干扰参数，该外界干扰参数由耀斑和白帽影响；在获取到外界干扰参数之后，以海面辐亮度、天空辐亮度、海面入射辐照度以及外界干扰参数计算得到遥感反射比。

实施这种实施方式，可以避免耀斑和白帽带来的误差，从而提高遥感反射比的计算准确度。

本实施例中，遥感反射比可以等同于遥感反射率，该遥感反射率是指如果假定卫星处于天顶，并且不考虑大气的散射和吸收作用，卫星上的传感器接收到被遥感物体的反射辐亮度，与被遥感物体本身接收的太阳辐亮度的比值。

本实施例中，计算遥感反射比的装置可以为光学测量设备内置的控制装置，该控制装置用于计算上述遥感反射比并根据该遥感反射比初步检测海体的状况信息。

本实施例中，遥感反射比为含海水信息的辐亮度与垂直入射海面的辐照度之间的比值，通过该比值可以得知水体信息，其中，该水体信息可以包括海水的浑浊程度。

本实施例中，光学探头在检测到辐照度之外，还可以检测到水体反射出的光参数信息，该光参数信息包括光的波长与频段，同时，控制装置可以根据光参数信息判断出水体中存在的生物信息，从而进行更进一步的分析。

S103、以遥感反射比和大气光学参数为依据，计算遥感现场信息。

本实施例中，光学测量设备可以以遥感反射比和大气光学参数为依据进行计算得到遥感现场信息，其中，大气光学参数为大气对光的影响，该大气对光的影响可以由计算模块计算出遥感反射比的误差区间，并根据该误差区间对遥感反射比进行加权计算调整，最终得到遥感现场信息；该遥感现场信息包括当时测量环境下的大气信息、大气光信息、水面光信息以及以上述多种信息结合计算得到的水体信息等。

本实施例中，举例来说，该光学检测方法包括大气光学参量的测量，该大气光学参量的测量可以通过一个辐亮度探头实现；同时，为了保证探头对准太阳，还可以给上述辐亮度探头配备角度仪器、四象限探测器以及摄像头等一起。该光学检测方法还包括对海水遥感反射比的测量，该遥感反射比的测量需要三个光学探头(一个用于测量第一辐亮度的辐亮度探头、一个用于测量第二辐亮度的辐亮度探头以及一个用于测量海面入射辐照度探头)。

本实施例中，实施上述的实施方式可以在更多的时间进行数据采集，可见，实施这种实施方式可以有效地增加数据获取的数量，进而可以将获取到的数据汇总形成大数据。其中，上述的数据还具有准确、全面的特点。

实施这种实施方式，可以针对海区水体环境多变、气溶胶类型复杂等问题，提供一种可以覆盖多海域、多季节的海洋水色走航的光学检测方法及设备，从而解决校验工作面临一些问题。其中，实施这种实施方式，还可以获取更多的数据量以满足水色校验要求，并且还可以联合大气光学参数地同步观测，从而避免大气数据影响水色遥感大气的校正精度。

在图1所描述的方法中，根据获取到的第一辐亮度、第二辐亮度以及入射辐照度，计算海面的遥感反射比，并以该遥感反射比和大气光学参数为依据计算遥感现场信息。可见，实施图1所描述的方法，能够简单快速地计算得到遥感现场信息，从而提高了检测效率。另一方面，获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数可以为同时获取到的，这就避免了多次测量而消耗的时间，从而可以有效地提高实时性；并且以上述四种参数为依据可以减少遥感现场信息的计算误差，从而提高了测量的准确度。

实施例2

请参阅图2，图2是本发明实施例二提供的用于海洋水色走航的光学测量方法的流程示意图。如图2所示，该光学测量方法可以包括以下步骤：

S201、通过重力调整装置调整入射辐照度与水平面之间的倾斜角度为九十度。

本实施例中，重力调整装置为重力锤等机械重力装置，光学测量设备通过该重力调整装置自动调整垂直方向，使得光学测量设备可以随时随地准确地与地面保持垂直的关系。

本实施例中，第三光学探头固定于光学测量设备上，并且当光学测量设备垂直于水平面时，可以保证第三光学探头垂直于水平面。

本实施例中，第一光学探头和第二光学探头同样固定于光学测量设备上，并且第一光学探头、第二光学探头以及第三光学探头相对位置固定。

实施这种实施方式，可以避免电控，实现简单、快速、敏感以及无损耗地控制光学测量设备与水平面垂直。

本实施例中，入射辐照度为第三光学探头检测到的，故入射辐照度的方向即第三光学探头的方向。其中，入射辐照度理论上为垂直于水平面入射的，但会因为第三光学探头的偏置使得入射辐照度的角度存在偏差，使得测量结果也出现偏差。

实施这种实施方式，可以有效降低误算率。

S202、控制第一光学探头获取第一辐亮度，控制第二光学探头获取第二辐亮度，控制第三光学探头获取入射辐照度。

本实施例中，光学测量设备可以包括第一光学探头、第二光学探头以及第三光学探头。

本实施例中，第一光学探头、第二光学探头以及第三光学探头相对位置固定，并且统一控制。

在本实施例中，第一光学探头、第二光学探头以及第三光学探头按照观测几何固定相应的位置；其中，请参阅图5，图5是本实施例提供的一种观测几何的几何示意图。如图5所示，θ_v为40度，该角度用于避免绝大部分的太阳直射反射，并减少船舶阴影的影响；仪器观测平面与太阳入射平面的夹角φ_v为135度，该角度是仪器40与海面法线方向的夹角。

本实施例中，第一辐亮度和第二辐亮度需要设置特定的方向，举例来说，第一光头探头和太阳成135度方位角，观测天顶角为40度指向水面；第二光学探头和太阳成135度方位角，观测天顶角为40度指向天空。

S203、控制大气光学探头对准太阳，以使太阳光直射大气光学探头。

本实施例中，光学测量设备还包括大气光学探头，并且当大气光学探头对准太阳时获取的太阳直射辐照度可以避免非太阳直射所带来的误差。

S204、控制大气光学探头获取太阳直射辐亮度，并以太阳直射辐亮度和大气层入射辐亮度为依据，计算得到大气光学参数。

本实施例中，根据预设的计算公式，可以计算出大气光学参数，其中，具体原理是通过辐照度的减少量为依据，计算大气对太阳光的作用，该作用的体现即为大气光学参数。

本实施例中，大气光学参数可以为第一辐照度和第二辐照度的差值乘以预设系数得到的值。

本实施例中，大气光学参数可以为气溶胶光学厚度，还可以为包括气溶胶光学厚度的多种大气参数。

本实施例中，大气层入射辐亮度是平均日地距离大气层顶平均太阳辐亮度，该辐亮度可以视为常数。

本实施例中，大气光学参数是做为噪声存在，并且需要在计算遥感反射比时进行扣除的。

本实施例中，气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)，为介质的消光系数在垂直方向上的积分，是描述气溶胶对光的削减作用的。是气溶胶最重要的参数之一，表征大气浑浊程度的关键的物理量，也是确定气溶胶气候效应的重要因素。通常高的AOD值预示着气溶胶纵向积累的增长，因此导致了大气能见度的降低。

作为一种可选的实施方式，在控制大气光学探头获取太阳直射辐照度，并以太阳直射辐照度和大气层入射辐照度依据，计算得到大气光学参数之前，该光学测量方法还可以包括：

在通过内置摄像头检测出内置摄像头的拍摄范围内不存在遮挡物体时，控制大气光学探头获取太阳直射辐照度。

本实施例中，遮挡物体可以包括镜头盖、纸板以及遮光板等物体，也可以包括云层、动物以及植物，对此本发明实施例中不作任何限定。

作为一种可选的实施方式，当检测出遮挡物体为镜头盖、遮光板等物体时，输出报警提示，该报警提示用于提示用户镜头被人为遮挡。

实施这种实施方式，光学测量设备可以避免自身的无效工作，避免了不必要的耗能产生。

作为另一种可选的实施方式，当检测出遮挡物体为动物时，判断该动物是否位于镜头之上，若该动物位于镜头之上，则控制光学测量设备发出预设的声啸。

实施这种实施方式，光学测量设备可以通过声啸的方式，惊走动物，从而避免动物落于镜头上干扰检测

作为一种进一步可选的实施方式，检测该动物位于空中时，在预设时间内暂停工作。

实施这种实施方式，光学测量设备可以更加智能地控制检测的时机，从而减少了长时间不间断检测所产生的功耗。

作为一种进一步可选的实施方式，检测该动物是否仍位于镜头之上，若仍位于镜头之上，控制光学测量设备进行顺时针旋转。

实施这种实施方式，光学测量设备可以通过调整镜头的方式，来促使动物离开，从而避免动物干扰检测。

作为另一种可选的实施方式，当检测出正当物体为云层时，检测云层的边缘位置并暂停工作；根据风信息获取云层离开的时刻，并在上述云层离开的时刻重新开始工作。

实施这种实施方式，光学测量设备可以避免运行对检测的干扰，同时节约能源。

S205、获取水面与空气之间的水气反射率；该水气反射率为水面对光的反射率。

本实施例中，水气反射率为气与水之间的界面对天空光的反射率，该天空光为太阳光。

水气反射率，又可以成为标准板反射率，该标准版反射率要求在10％～35％之间；标准板反射率可以具有角度修正系数。

S206、计算水气反射率与第二辐亮度的乘积，得到水气反射辐亮度；其中，第二辐亮度为天空方向的辐亮度。

本实施例中，水气反射辐亮度为太阳光直接被反射出的辐亮度，并且在计算算法中，第一辐亮度包括水气反射辐亮度和离水辐亮度，此处为计算离水辐亮度提供计算参数，该离水辐亮度为水体离水辐亮度。

S207、计算第一辐亮度和水气反射辐亮度的差值绝对值，得到离水辐亮度；其中，上述第一辐亮度为海面方向的辐亮度。

本实施例中，离水辐亮度为水体吸收的辐亮度，该离水辐亮度为携带水体信息的辐亮度。

S208、计算离水辐亮度和入射辐照度的比值，得到遥感反射比。

本实施例中，遥感反射比为含带水体信息的离水辐亮度与入射辐亮度之间的比值，可以认为是水体信息的有效程度。

S209、以遥感反射比和大气光学参数为依据，计算遥感现场信息。

本实施例中，根据遥感反射比和大气光学参数共同计算可以有效地避免遥感现场信息受到大气对光的影响产生的辐照度误差。

举例来说，获取水气反射率ρ，第一辐亮度(海面测量的总辐亮度L_u)和第二辐亮度(天空光辐亮度L_sky)；由此可得离水辐亮度为L_w＝L_u-ρ·L_sky；计算离水辐亮度和入射辐照度的比值，得到归一化离水辐亮度遥感反射比。

在本实施例中，执行主体可以为光学测量设备，也可以为其他的控制设备或电子设备，对此本发明实施例中不作任何限定，本实施例中出现的执行主体均以举例的形式展现，是一种优选的方案；并且，本文中的“在本实施例中”指的是通篇的具体实施方式，并不单独指代实施例1或实施例2。

举例来说，该光学测量方法可表述为：L_u＝L_w+ρ·L_s+Δ，该式中：

L_u是第一辐亮度(海面方向的辐亮度)，L_w是离水辐亮度，L_s是第二辐亮度(天空方向的辐亮度)，ρ是水气界面对天空光的反射率，Δ是外界干扰参数，该外界干扰参数包括由耀斑和白帽影响生成的参数。

其中，外界干扰参数是随机量，可以采用合理的观测几何，尽可能避免，并且可以通过多次测量排除，使其达到可忽略的程度。

本实施例中，如果光学测量设备是双通道仪器，则可以同时对水体和天空光进行观测；如果光学测量设备是单通道仪器，则可以在光学测量设备面向水体进行观测后，立即将仪器在观测平面内向上旋转一个角度，使得观测方向的天顶角为40度，测量天空光辐亮度L_s。

本实施例中，测量大气光学参数和计算遥感反射比几乎是同步进行。

本实施例中，水气反射率在2.5％～3.5％之间，在平静海况下，宜采用2.8％。

本实施例中，大气测量参数中的气溶胶光学厚度计算步骤可以包括：

分析数据；判断云干扰的影响；剔除云干扰等因素造成的异常数据；

以为依据，计算大气分子光学厚度τ_R(λ)；式中：

A是海拔高度，单位是米；k_Ray(λ)是大气分子消光系数，可以由下式计算，

以为依据，计算臭氧光学厚度式中：

——光谱吸收系数，无量纲；

以Bouguer-Lambert-Beer定律以及公式为依据，计算气溶胶光学厚度；式中：

η是日地距离校正因子，无量纲；

m是大气光学质量，该大气光学质量以为依据进行计算；式中：θ——太阳天顶角，单位为度。

其中，气溶胶光学厚度计算步骤中计算的参量环环相扣，举例来说，气溶胶光学厚度的计算是基于臭氧光学厚度的。

本实施例中，遥感反射比的计算方法可以包括：利用太阳和卫星探测器的几何形状作为由太阳组成的反向散射系统，并以该反射散射系统作为辐射源，海洋作为采样量，卫星海洋颜色传感器作为来自海洋背散射通量的探测器，获取分散的海洋像素，并将它们排列在扫描线上，穿过卫星有效载荷并到达卫星传感器CCD阵列检测器上的相应像素；可以看出来自检测器的每个电子像素的输出信号与固定散射角处的体散射函数有关，该散射角与太阳入射角和反射角的余弦直接相关，海面上向上通量，遥感反射率和漫散射衰减系数，从而得到固定后向散射角下的体积散射函数的结果。

可见，实施这种实施方式，可以采用智能调节观测几何的方式，实现水色遥感数据和大气光学参数的走航观测，为全面完善水色卫星校验和提高水色校正精度提供高质量现场观测的大数据。

在图2所描述的方法中，光学测量设备可以通过重力锤调整光学测量设备处于水平状态，可以提高检测的精准度，也避免了水平面与检测水平面不同的情况出现；在确定好光学测量设备处于水平状态时，获取太阳直射辐照度和大气层入射辐照度计算大气光学参数；同时，获取水气反射率，根据具体算法计算水气反射辐亮度、离水辐亮度、遥感反射比以及遥感现场信息。可见，实施图2所描述的方法，能够自动校准检测方位，提高检测的准确度；能够提高光学测量设备的可靠性，并可以简单快速地计算得到遥感现场信息，从而提高了检测效率。

实施例3

请参阅图3，图3是本发明实施例三提供的用于海洋水色走航的光学测量设备的结构示意图。如图3所示，该光学测量设备包括：

获取单元301，用于获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数。

本实施例中，获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，具体可以为光学测量设备获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数；或者可以为光学检测装置获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，其中当使用光学检测装置时，该光学检测装置可以为光学测量设备的一部分。

在本实施例中，光学测量设备包括光学测量设备主体和光学测量设备的检测装置，其中光学测量设备主体与光学测量设备的检测装置相连接，其中，光学测量设备的检测装置可以为一个整体，也可以为多个设备，对此，本发明实施中不作任何限定。

本实施例中，光学测量设备的主体与光学测量设备的检测装置之间存在各种连接关系，对该连接关系，本发明实施例中不作任何限定。

本实施例中，第一辐亮度为海面方向的辐亮度，第二辐亮度为天空方向的辐亮度，入射辐照度为海面入射辐照度。

本实施例中，大气光学参数包括气溶胶光学厚度、臭氧总量和水汽柱总量；大气光学参数在包括气溶胶光学厚度的同时，还可以包括水平气象视距，当前的气压值以及当前的大气温湿度数据等；该大气光学参数可以包括所有与大气相关的数据，对此本发明实施例中不作过多叙述。

作为一种可选的实施方式，当根据平衡参数判断出光学测量设备处于非平衡状态的时候，通过内置的磁悬浮系统，将光学测量设备的光学测量设备的检测装置和光学测量设备的光学测量设备主体分离，并以上述光学测量设备主体提供磁悬浮的动力使得光学测量设备的检测装置磁悬浮与光学测量设备主体的上方。

实施这种实施方式，可以避免晃动对光学测量设备的影响，提高了光学检测的抗干扰性。

本实施例中，光学测量设备主体和光学测量设备的检测装置之间可以设置固定用的卡合件，避免两者相互脱离。

本实施例中，获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数的光学探头可以为一个探头，也可以是多个探头，对此，本发明实施例中不作任何限定。

其中，如果是单通道仪器(即单个光学探头)，需要根据预设的调整方法调整上述单个光学探头，使之获取多个参数，并根据多个参数进行后续的步骤，实施这种实施方式，可以有效减少光学探头的使用个数，从而节省设备资源，并且节约成本。

另一方面，如果是多通道仪器(即多个光学探头)，此时多个光学探头可以同时对水体和天空光进行观测，从而提高检测效率，并且因为每个光学探头测量指定的光学参数，从而还提高了测量的准确性。

遥感反射计算单元302，用于以第一辐亮度、第二辐亮度以及入射辐照度为依据，计算遥感反射比。

本实施例中，该步骤具体为，以海面辐亮度、天空辐亮度以及海面入射辐照度为依据，计算遥感反射比。

本实施例中，遥感反射比可以等同于遥感反射率，该遥感反射率是指如果假定卫星处于天顶，并且不考虑大气的散射和吸收作用，卫星上的传感器接收到被遥感物体的反射辐亮度，与被遥感物体本身接收的太阳辐亮度的比值。

本实施例中，计算遥感反射比的装置可以为光学测量设备内置的控制装置，该控制装置用于计算上述遥感反射比并根据该遥感反射比初步检测海体的状况信息。

本实施例中，遥感反射比为含海水信息的辐亮度与垂直入射海面的辐照度之间的比值，通过该比值可以得知水体信息，其中，该水体信息可以包括海水的浑浊程度、悬浮泥沙、浮游植物、有色溶解物质和水体其他环境参量等。

本实施例中，光学探头在检测到辐照度之外，还可以检测到水体反射出的光参数信息，该光参数信息包括光的波长与频段，同时，控制装置可以根据光参数信息判断出水体中存在的生物信息，从而进行更进一步的分析。

遥感信息计算单元303，用于以遥感反射比和大气光学参数为依据，计算遥感现场信息。

本实施例中，光学测量设备可以以遥感反射比和大气光学参数为依据进行计算得到遥感现场信息，其中，大气光学参数为大气对光的影响，该大气对光的影响可以由计算模块计算出遥感反射比的误差区间，并根据该误差区间对遥感反射比进行加权计算调整，最终得到遥感现场信息；该遥感现场信息包括当时测量环境下的大气信息、大气光信息、水面光信息以及以上述多种信息结合计算得到的水体信息等。

举例来说，该光学测量设备可以包括重力锤、常平架、总方位角马达、子方位角马达、天顶角马达、大气探头倾角仪、四象限探测器、大气探头、视频探头、第一光学探头、第二光学探头、第三光学探头、控制器以及固定架，其中，第一光学探头、第二光学探头、第三光学探头以及大气探头为获取单元301内的设备，控制器包括遥感反射计算单元302和遥感信息计算单元303。

具体来说，第一光学探头、第二光学探头、第三光学探头、总方位角马达以及在方位角马达与固定架相连，其中固定架可以为“T”形架，且第一光学探头、第二光学探头、第三光学探头三者位置相对固定，并共同固定在固定架的坐上方；子方位角马达固定于固定架的右上方，总方位角马达固定在固定架的下方；天顶角马达连接于子方位角马达，大气探头通过连接杆连接于天顶角马达，倾角仪位于连接杆上，视频探头和四象限探测器与大气探头固定连接；常平架连接于总方位角马达，并位于总方位角马达的下方，重力锤固定设置于常平架的下方；其中，控制器连接于常平架，本设备中，各个部件中皆可设置有数据传输线。

可见，在本实施例中，水面的遥感发射能量，通过被大气光学吸收散射后，到达卫星，因此，利用卫星获得水面遥感反射率时，需要剔除大气的影响，所以需要测量大气光学参量。

可见，实施图3所描述的光学测量设备，能够简单快速地计算得到遥感现场信息，从而提高了检测效率；另一方面，获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数可以为同时获取到的，这就避免了多次测量而消耗的时间，从而可以有效地提高实时性；并且以上述四种参数为依据可以减少遥感现场信息的计算误差，从而提高了测量的准确度。

实施例4

请参阅图4，图4是本发明实施例四提供的用于海洋水色走航的光学测量设备的结构示意图。图4所示的光学测量设备是由图3所示的光学测量设备进行优化得到的，图4所示的光学测量设备还可以包括：

调整单元304，用于通过重力调整装置调整入射辐照度与水平面之间的倾斜角度为九十度。

作为一种可选的实施方式，光学测量设备还包括：

工控单元305，用于控制光学测量设备包括的多个光学探头与数据的收发。

本实施例中，工控单元305还可以控制光学测量设备中任何一个部件，对此本实施例中不再多加赘述。

作为一种可选的实施方式，遥感反射计算单元302包括：

获取子单元，用于获取水面与空气之间的水气反射率。

本实施例中，水气反射率为气与水之间的界面对天空光的反射率，该天空光为太阳光。

第一计算子单元，用于计算水气反射率与第二辐亮度的乘积，得到水气反射辐亮度；其中，第二辐亮度为天空方向的辐亮度，第一辐亮度为海面方向的辐亮度。

本实施例中，水气反射辐亮度为太阳光直接被反射出的辐亮度，并且在计算算法中，第一辐亮度包括水气反射辐亮度和离水辐亮度，此处为计算离水辐亮度提供计算参数，该离水辐亮度为水体离水辐亮度。

第二计算子单元，用于计算第一辐亮度和水气反射辐亮度的差值，得到离水辐亮度。

本实施例中，离水辐亮度为水体吸收的辐亮度，该离水辐亮度为携带水体信息的辐亮度。

第三计算子单元，用于计算离水辐亮度和入射辐照度的比值，得到遥感反射比。

本实施例中，遥感反射比为含带水体信息的离水辐亮度与入射辐亮度之间的比值，可以认为是水体信息的有效程度。

可见，实施图4所描述的光学测量设备，能够自动校准检测方位，提高检测的准确度；另外，该光学测量设备还能够避免检测被物体干扰的情况出现，提高光学测量设备的可靠性；该光学测量设备还能够简单快速地计算得到遥感现场信息，从而提高了检测效率。

此外，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以包括智能电话、平板电脑、车载电脑、智能穿戴设备等。该计算机设备包括存储器和处理器，存储器可用于存储计算机程序，处理器通过运行所述计算机程序，从而使计算机设备执行上述方法或者上述光学测量设备中的各个模块的功能。

存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本实施例还提供了一种计算机存储介质，用于储存上述计算机设备中使用的计算机程序。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于海洋水色走航的光学测量方法，其特征在于，包括：

获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数；

以所述第一辐亮度、所述第二辐亮度以及所述入射辐照度为依据，计算遥感反射比；

以所述遥感反射比和所述大气光学参数为依据，计算遥感现场信息。

2.根据权利要求1所述的光学测量方法，其特征在于，在所述获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数之前，所述方法还包括：

通过重力调整装置调整所述入射辐照度与水平面之间的倾斜角度为九十度。

3.根据权利要求1所述的光学测量方法，其特征在于，所述获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数，包括：

控制第一光学探头获取第一辐亮度，控制第二光学探头获取第二辐亮度，控制第三光学探头获取入射辐照度；

控制大气光学探头获取太阳直射辐亮度，并以所述太阳直射辐亮度和大气层入射辐亮度为依据，计算得到大气光学参数。

4.根据权利要求3所述的光学测量方法，其特征在于，所述控制大气光学探头获取太阳直射辐亮度，并以所述太阳直射辐亮度和大气层入射辐亮度为依据，计算得到大气光学参数，包括：

控制大气光学探头对准太阳，以使太阳光直射所述大气光学探头；

控制所述大气光学探头获取太阳直射辐亮度，并以所述太阳直射辐亮度和大气层入射辐亮度为依据，计算得到大气光学参数。

5.根据权利要求1所述的光学测量方法，其特征在于，所述以所述第一辐亮度、所述第二辐亮度以及所述入射辐照度为依据，计算遥感反射比，包括：

获取水面与空气之间的的水气反射率；所述水气反射率为所述水面对光的反射率；

计算所述水气反射率与所述第二辐亮度的乘积，得到水气反射辐亮度；其中，所述第二辐亮度为天空方向的辐亮度；

计算所述第一辐亮度和所述水气反射辐亮度的差值绝对值，得到离水辐亮度；其中，所述第一辐亮度为海面方向的辐亮度；

计算所述离水辐亮度和所述入射辐照度的比值，得到遥感反射比。

6.一种用于海洋水色走航的光学测量设备，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取第一辐亮度、第二辐亮度、入射辐照度以及大气光学参数；

遥感反射计算单元，用于以所述第一辐亮度、所述第二辐亮度以及所述入射辐照度为依据，计算遥感反射比；

遥感信息计算单元，用于以所述遥感反射比和所述大气光学参数为依据，计算遥感现场信息。

7.根据权利要求6所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备还包括：

调整单元，用于通过重力调整装置调整所述入射辐照度与水平面之间的倾斜角度为九十度。

8.根据权利要求6所述的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备还包括：

工控单元，用于控制所述光学测量设备包括的多个光学探头与数据的收发；所述数据是所述多个光学探头测量得到的。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行根据权利要求1至5中任一项所述的光学测量方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有权利要求9所述的计算机设备中所使用的计算机程序。