本发明专利技术公开了一种浅水湖泊水面成像光谱自动监测系统同步自动监测方法，该系统包括支撑平台、供电系统、数据采集器系统、数据传输系统、数据中心，所述支撑平台包括由若干桩支撑的平台及建于平台上的仪器房；所述供电系统为数据采集器系统、数据传输系统供电；所述数据采集器系统包括成像光谱仪及其配套观测塔架，所述数据传输系统与数据采集数据采集器系统连接，并将数据采集器系统采集的水面成像光谱遥感信息传输给数据中心。本发明专利技术的系统和方法适合对富营养化湖泊藻华发生地点相对固定，频次高的区域开展空间尺度转换下的湖泊水色及藻华的遥感野外监测与研究。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境遥感监测领域，涉及一种浅水湖泊水面成像光谱采集系统及其监测方法。
技术介绍
水体光谱特性是水体物质组成的外在特征，利用野外实测的水体遥感反射率可以对水体物质的种类及含量进行分析。水体从可见光至近红外波段的水体光谱特性主要表现为:412nm左右可以反映出黄色物质和碎屑，443nm可以反映出中低浓度叶绿素的吸收峰，490nm左右可以反映出中高浓度叶绿素的吸收峰，510nm处可以反映出悬浮泥沙及赤潮，560nm左右可以反映出悬浮泥沙浓度，及叶绿素吸收最小值，620nm处可以反映出悬浮泥沙，665nm左右可以反映出叶绿素吸收，681nm左右可以反映出叶绿素荧光峰，780nm以后可以用于大气校正，水汽含量计笪o进行水体光谱特性测量不是一件简单的工作，它要考虑各种情况，包括船的阴影的影响，仪器的精度及标定，测量结果的处理等等。就大尺度区域研究而言，卫星遥感在水体光谱特性研究中起到较好的作用。由1978年发射成功的CZCS资料绘制的全球性海区色素的时空分布和变化图，验证了从空间进行海洋水色遥感的可行性，1996年日本发射了 ADE0S-1卫星，其上装有海洋水色水温扫描仪0CTS，该卫星虽然只运行了 10个月，但得到了较好的水色图像。1997年9月美国发射了配置有SeaWiFS的专门的 海洋水色卫星SeaStar，它具有低噪声，高灵敏度，合理波段配置和倾斜扫描等功能，是当今世界上最先进的海洋水色卫星之一(张兆瑛，1996;韦钧等2002)。随后在1999年发射的TERRA和2002年发射的AQUA卫星携带的MODIS传感器，也设计有海洋研究相关的波段，可以进行海洋水体研究。欧洲空间局(ESA)在2002年发射了迄今为止最大的综合性环境卫星ENVISA-1上配置的中等分辨率成像频谱仪(MERIS)，由法国和荷兰共同研制，是目前水色传感器中最有优势的传感器之一(沈宏，2012)。而对于较小尺度区域的研究则是大多是通过停船定点的方式借助不同仪器测量水体光谱信息。孙章丽等(2013)用ASD FieldSpec Pro野外地物光谱仪(光谱覆盖范围为350~2500_，波长精度±lnm，光谱分辨率35(Tl050nm间为3nm，1400^2100间为IOnm)通过停船定点测量方式测量了达里诺尔湖水体遥感反射率，并分析其光谱信息；李铜基等人(2001)用PIS-B型瞬态光谱仪(由中国科学院上海技术物理研究所研制生产，光谱范围为0.4—1.04微米，光谱分辨率为2.5nm)在东海实验站位测量了该的离水辐射亮度、归一化离水辐射亮度和遥感反射比；陈利雄等(2010)用GER-1500型便携式地物光谱仪(工作波长范围为30(Tl050nm，有512个波段，通道带宽约为1.5nm，光谱分辨率为3nm)通过垂直测量与倾斜测量方法测量了太湖区域的遥感反射比，并用于叶绿素浓度的反演。刘剋等(2006)运用ASD FieldSpec Pro地物谱辐射计(光谱覆盖范围为282~1090mm，512个波段，光谱采样间隔为1.41nm，光谱分辨率为3nm，有效波段范围为36(T860nm)测量了水体遥感反射率并用其反演叶绿素浓度；陈清莲(1999)运用多光谱剖面/表面辐射仪(SPMR/SMSR),(波宽范围为40(T800nm，光谱带宽为IOnm,含有9个通道，分立的波长为412，443，490，510，520，555，565，670，782)测量了东海区域九个波段的向上光谱辐亮度、向下光谱辐照度和表面的入射光谱辐照度；隋晓飞(2007)等利用GER1500型地物高光谱仪以及基于GER1500型地物高光谱仪研发的光纤式剖面光谱测量系统(光谱分辨率为1.5nm，光谱范围为35(Tl050nm，有512个波段)，在台湾海峡南部海域、福建沿岸水域和两个陆地平静湖泊同步测量了表面光谱数据和剖面光谱数据，对分别由水面之上法和剖面法得到的遥感反射比结果进行比较，并分析其影响因素。汪小勇等(汪小勇，2003)等利用双通道高光谱地物波谱仪FieldSpec (波谱范围为350~1050nm，光谱分辨率为1.4nm,在700nm附近其分辨率大约为3nm)测量了南海、渤海区域遥感反射率用于水体类别的判定，结合卫星数据得到悬浮泥沙的分布。水体水面光谱信息是开展水体表面定量遥感和空间尺度变换研究的基础，分析目前获取水体水面光谱信息的方法，现有的水面光谱获取方法存在以下问题: 1.传统获取水体表面光谱信息的仪器为非成像光谱仪，光谱仪实际获取的是水面上某点的信息，但该点具体位置无法准确判断仅能给出大致范围，对于复杂多变的富营养化水体而言，不利于准确获取与光谱信息同步的水质、水文、水下光场等信息； 2.传统开展遥感信息空间尺度转换的研究方法，是基于不同空间分辨率不同的卫星影像，然而不同卫星过境时间并不一致，而且卫星影像的空间分辨率过于粗糙(几米至几百米)，此外，尚不成熟的二类水体的大气矫正技术，造成卫星数据的大气矫正存在着显著误差，对信号本身较弱的水体信息产生剧烈干扰，直接影响到最终监测结果准确性。3.成像光谱仪的特点不仅可以得到光谱的空间分布图像，也可以同步得到每个像元内的波谱信息，可以实现光 谱信息的准确定位。成像光谱仪可以搭载在无人机等空基平台上，但是其运行成本较高，难以在较短的时间间隔内获取不同高度上的同一研究区域的不同空间分辨的遥感信息。参考文献: 文献1:陈利雄，胡勇，巩彩兰.内陆水体水面以上光谱测量方法对比分析[J].遥感信息，2012，Ol:42-47 ； 文献2:陈清莲，唐军武，王项南，任洪启.东海试验区水体光谱特性现场测量与数据分析[J] ?海洋技术，1999，03:25-37 ； 文献3:李铜基，唐军武，陈清莲，任洪啟.光谱仪测量离水辐射亮度的方法[J].热带海洋学报，2001，04:56-60 ； 文献4:刘剋.内陆水体反射波谱测量方法研究[J].重庆师范大学学报(自然科学版)，2006,04:71-75 ； 文献5:隋晓飞，商少平，马晓鑫，商少凌.剖面法与水面之上法测量水面下遥感反射率的比较[J].厦门大学学报(自然科学版)，2007，S1:6-11 ； 文献6:孙章丽，郑文锋，谢勇，余涛，韦春竹，余新宇.达里诺尔湖水体光谱测量与分析[J].安徽农业科学，2013，09:4182-4186 ； 文献7:汪小勇，李铜基.双通道高光谱地物波谱仪测量水体的遥感反射率[J].海洋技术，2003，03:20-24 ； 文献8:韦钧，陈楚群，施平.一种实用的二类水体SeaWiFS资料大气校正方法[J].海洋学报.2002(4):118-126 ； 文献9:张兆瑛.卫星海洋资料的归档技术研宄一Sea_WiFS资料库简介[J].海洋技术.1996(1):15-22 ； 文献10:沈宏.多源卫星数据的光谱带宽和空间尺度对水色参数遥感的影响[D].华东师范大学，2012。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种浅水湖泊水面成像光谱采集系统，解决目前缺乏对富营养化大型浅水湖泊开展不同空间尺度湖泊水色光谱信息转换研究的野外实验场，以及现场数据实时获取传输问题，是同步开展“空中传感器一水面光谱一水下光谱一水体水环境参数”本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种浅水湖泊水面成像光谱自动监测系统，其特征在于，该系统包括支撑平台、供电系统、数据采集器系统、数据传输系统和数据中心，其中所述支撑平台包括由若干桩支撑的平台，所述平台上面设置有用于放置设备的仪器房；所述供电系统为数据采集器系统和数据传输系统供电；所述数据采集器系统包括观测塔架、电控升降导轨、成像光谱仪和太阳辐照度计，其中，所述观测塔架安装固定在所述平台之上，其上安装有带有云台的电控升降导轨；所述成像光谱仪安装固定在所述观测塔架的云台底座上，所述成像光谱仪通过观测塔架上的所述电控升降导轨上下移动，在所述云台辅助下实现所述成像光谱仪的水平180度转动；所述太阳辐照度计安装在所述仪器房顶无遮挡处；所述数据传输系统与数据采集器系统连接，并将数据采集器系统采集的不同高度和角度的湖泊水面光谱信息传输给数据中心。
【技术特征摘要】
1.一种浅水湖泊水面成像光谱自动监测系统，其特征在于，该系统包括支撑平台、供电系统、数据采集器系统、数据传输系统和数据中心，其中 所述支撑平台包括由若干桩支撑的平台，所述平台上面设置有用于放置设备的仪器房; 所述供电系统为数据采集器系统和数据传输系统供电； 所述数据采集器系统包括观测塔架、电控升降导轨、成像光谱仪和太阳辐照度计，其中，所述观测塔架安装固定在所述平台之上，其上安装有带有云台的电控升降导轨；所述成像光谱仪安装固定在所述观测塔架的云台底座上，所述成像光谱仪通过观测塔架上的所述电控升降导轨上下移动，在所述云台辅助下实现所述成像光谱仪的水平180度转动；所述太阳辐照度计安装在所述仪器房顶无遮挡处； 所述数据传输系统与数据采集器系统连接，并将数据采集器系统采集的不同高度和角度的湖泊水面光谱信息传输给数据中心。2.根据权利要求1所述的浅水湖泊水面成像光谱自动监测系统，其特征在于，所述供电系统的蓄电池、数据采集器系统的数据收集控制器以及数据传输系统设置于仪器房内。3.根据权利要求1所述的浅水湖泊水面成像光谱自动监测系统，其中，所述观测塔架安装固定在所述平台的一侧； 所述电控升降导轨安装在观测塔架上，其包括导轨、滑车、驱动装置及控制装置， 所述太阳辐照度计安装在平台仪器房顶，其包括余弦修整器、辐射光谱采集单元、二维云台及通信控制装置。`4.根据权利要求1所述的浅水湖泊水面成像光谱自动监测系统，其特征在于，所述供电系统包括太阳能电池板、光伏控制器、蓄电池组、逆变器，其中，太阳能电池板安装于所述仪器房顶部，蓄电池组安装在所述仪器房内部，太阳能电池板与蓄电池组相连...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉超，马荣华，王新雨，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，北京欧普特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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