海底反射率高光谱测量仪的研制及其观测实验
文献类型：学位论文
| 作者 | 曾凯 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 授予单位 | 南海海洋研究所 |
| 导师 | 杨跃忠,黄忠恒 |
| 关键词 | 光学浅水遥感，高光谱反射率，光谱可分性，珊瑚礁光谱特征，海草光谱特征 |
| 学位名称 | 专业学位硕士 |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 其他题名 | The development of hyperspectral measuring instrument of sea bottom reflectance and observation experiment |
| 英文摘要 | 近岸浅水海洋环境与人类生活息息相关，海洋遥感对大洋水体中海洋资源和环境监测的广泛应用推动了近岸光学浅水海洋遥感的发展，但浅海水体环境的复杂多变性掣肘了水体和底质信息的准确提取。海底光谱反射率是光学浅水中太阳辐射传输的重要组成部分，底质光谱反射率数据的准确获取是遥感应用中底栖物质分类和浅水水体信息反演的前提条件。诸如原位底质光谱反射率特征提取及其对水体辐射传输的贡献等先验知识的建立，对于光学浅水水域遥感反演模型的建立极其重要，且光学浅水遥感图像分类和专题图的生成最终依赖于海底不同底质之间光谱反射率的差异。因此，现场观测数据的便捷采集及其真实可靠性对于珊瑚、海草生态系统等近岸光学浅水海域的遥感监测研究至关重要。鉴于国际上对于原位海底光谱反射率测量并没有一个统一的规范或专门的仪器设备，本文在详细总结海底反射率不同测量方法的优缺点的基础上，基于原位水下同步辐射测量原理，对原位水下测量的误差来源、实施难题及其解决方案和关键技术做了详细介绍。进而设计了一套适用于现场海面背景辐射、海底珊瑚礁和水草等不同海洋界面光学特性测量的海底光谱反射率测量系统。系统可见光波段标准不确定度小于0.5%，最大标准偏差系数为3%，具有较高的稳定性和测量精密度。并顺利进行原位海底测试，验证仪器性能稳定性和数据结果准确性，获得了目前三亚、南沙附近海域海底反射率的最为可靠的数据资料。海底反射率数据采集方案设计的特点主要包括：采用可自由伸缩并可旋转角度的参考白板贴近目标物并行测量，以获取下行辐射，控制目标和参考白板两条光路环境条件相同，消除探头到目标物之间水体吸收衰减等因素带来的误差；两通道并行的微型光纤光谱仪和光学传感器探头组成双光路采集系统，搭配自主设计的自动采集软件实现双通道同步测量，避免水下光场迅速变化对辐射测量的影响。基于以上设计目标和反射率测量原理进行海底反射率测量仪的研制，主要包括光学系统和控制系统在内的各模块的设计、各元件的选取以及整体的集成与性能测试。开展原位海底反射率测量方法研究。于2018年9月3-8日，在三亚珊瑚礁保护区进行原位海底反射率测量试验，测量对象包括珊瑚、海草、泥沙、沙滩等多种底质。对测量数据的初步分析，确定了珊瑚和海草的光谱反射率特征、分析了珊瑚种间光谱区分的可能以及各底质类型之间的光谱可分性。形态结构相似的种间珊瑚具有极大的光谱相似性，通过导数光谱分析和波段比值法综合判定可对珊瑚种间反射率光谱进行区分。各底质类型光谱特征区分明显，具体表现为，在波长大于580nm的长波段，浅海沙子底质与岸上沙滩光谱反射率曲线特征差异明显，数据结果表明空气中测量的目标光谱不能用来反映水下原位测量的结果。海草与珊瑚的光谱反射率曲线变化特征相似，均是在400-500nm之间表现出相对较低的反射率，525-650nm之间有着较高的反射率，在675nm附近有叶绿素特征吸收峰，并且在波长大于680nm时反射率迅速增加。珊瑚和水草两者的主要区别在于海草光谱反射率曲线在540-600nm有一个宽反射峰，而珊瑚的典型特征是在575nm、600nm和650nm附近有三个特征反射峰。此外，珊瑚、沙子和沙滩三种碳酸盐质底质在395nm、430nm、490nm、520nm存在反射峰，485 nm 和585nm处有一个小型吸收峰，而海草则相反，在395nm、430nm、490nm、520nm存在吸收峰，485nm和585nm处显示反射峰。此外，将仪器应用于南沙美济岛附近海域的底质光谱反射率采集，获取了表面遥感反射率、不同水深上行光谱辐亮度、下行光谱辐照度以及水体固有光学参数等数据资料。以上数据内容为将来利用底质反射率提取海洋底质边界层的物质特性提供了可能，也为进一步开展光学浅水海域遥感工作的进行奠定了基础。 |
| 源URL | [http://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18071]  |
| 专题 | 南海海洋研究所_学位论文（硕士） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 曾凯. 海底反射率高光谱测量仪的研制及其观测实验[D]. 南海海洋研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：南海海洋研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。