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一種海冰監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海冰監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，所述的系統(tǒng)包括激光發(fā)射系統(tǒng)、激光熒光接收系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；激光發(fā)射系統(tǒng)向海面發(fā)射大功率、較高重復(fù)頻率的特定波長的激光；激光熒光接收系統(tǒng)收集海冰受激發(fā)射的熒光信號，并將接收到的熒光信號傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換系統(tǒng)中；信號采集系統(tǒng)將模擬的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并存儲(chǔ)到控制系統(tǒng)內(nèi)；控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理、對比和顯示。本發(fā)明可以使用不同溫度下海冰激發(fā)的熒光光譜數(shù)據(jù)庫，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析對比，所以可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的分辨海冰的存在。本發(fā)明通過測定熒光信號強(qiáng)度在海冰中的衰減度，可以準(zhǔn)確的反演出海冰的厚度。
【專利說明】一種海冰監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋環(huán)境檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種海冰監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]海冰作為全球海一氣系統(tǒng)的一員，與海洋和大氣環(huán)流相互作用影響著人類海上運(yùn)輸、海洋漁業(yè)和海洋油氣資源開發(fā)等活動(dòng)。海冰不僅能夠封鎖港口航道中斷海上運(yùn)輸，還能破壞港口工程設(shè)施和各種海上設(shè)施，而且在冰情嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響漁業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，海冰的漂移也會(huì)對海上油氣勘探和生產(chǎn)造成巨大的危害。
[0003]目前海冰監(jiān)測手段主要包括:現(xiàn)場人員觀測、長期冰站觀測和衛(wèi)星遙感觀測，現(xiàn)場人員監(jiān)測和長期冰站監(jiān)測耗費(fèi)大量的人力物力，并且監(jiān)測海域范圍較小。衛(wèi)星遙感監(jiān)測依據(jù)技術(shù)不同，又可分為可見光、熱紅外、微波等監(jiān)測。衛(wèi)星微波遙感觀測作為大尺度監(jiān)測手段，已經(jīng)不能很好的滿足海上運(yùn)輸對海洋環(huán)境信息精準(zhǔn)性的要求，而可見光、熱紅外監(jiān)測受天氣影響較大，不能實(shí)時(shí)性的監(jiān)測海冰的分布。為了保障海上生產(chǎn)活動(dòng)的安全，對海冰實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的監(jiān)測技術(shù)方法顯得非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崟r(shí)、高效、準(zhǔn)確的監(jiān)測海冰的分布，并判斷海冰的存在區(qū)域和海冰的厚度的海冰監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種海冰監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射系統(tǒng)、激光熒光接收系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述的激光發(fā)射系統(tǒng)與控制系統(tǒng)連接，所述的激光熒光接收系統(tǒng)與光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)連接，所述的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與信號采集系統(tǒng)連接，所述的信號采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)連接；所述的激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器、激光電源和冷卻系統(tǒng)，所述的激光熒光接收系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)鏡、濾光器和光纖，所述的控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。
[0007]一種海冰監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0008]A、激光發(fā)射系統(tǒng)向海面發(fā)射大功率、較高重復(fù)頻率的特定波長的激光；
[0009]B、激光熒光接收系統(tǒng)收集海冰受激發(fā)射的熒光信號，并將接收到的熒光信號傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換系統(tǒng)中；
[0010]C、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將激光熒光接收系統(tǒng)接收到的熒光信號轉(zhuǎn)換成模擬的電信號，并傳輸?shù)叫盘柌杉到y(tǒng)；
[0011]D、信號采集系統(tǒng)將模擬的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并存儲(chǔ)到控制系統(tǒng)內(nèi)；
[0012]E、控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理、對比和顯示，具體步驟如下:
[0013]El、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)運(yùn)用自適用濾波技術(shù)、平滑去噪技術(shù)和插值處理技術(shù)對激光熒光接收系統(tǒng)接收到的熒光信號進(jìn)行預(yù)處理，去除熒光信號中的雜波信號和背景信號；
[0014]E2、將預(yù)處理后的熒光數(shù)據(jù)運(yùn)用光譜匹配算法、波段選擇算法和海冰厚度反演算法反演海冰分布及海冰厚度；
[0015]E3、控制系統(tǒng)將最終處理后的熒光數(shù)據(jù)以波形圖的形式在計(jì)算機(jī)顯示器中顯示出來，并在控制系統(tǒng)面板中讀取海冰的分布以及海冰厚度相關(guān)參數(shù)。
[0016]本發(fā)明的工作原理如下:
[0017]本發(fā)明的激光發(fā)射系統(tǒng)向海面發(fā)射特定波長、能量的激光，通過激光與海面物質(zhì)的相互作用，海面物質(zhì)會(huì)激發(fā)特定的熒光光譜，熒光進(jìn)入到激光熒光接收系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡視場，并經(jīng)過光譜儀的分光系統(tǒng)選擇激光和熒光的反射信號，用光電倍增管放大熒光信號并將其轉(zhuǎn)化為電信號，電信號進(jìn)入信號采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計(jì)算機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行處理、分析；
[0018]當(dāng)用一種波長的光(如紫外光)照射某種物質(zhì)時(shí)，這個(gè)物質(zhì)會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)射出較照射光波長較長的光(如可見光)，這種光就稱為熒光。熒光并不是所有物質(zhì)受激都可以發(fā)射出來，熒光的產(chǎn)生同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、外部環(huán)境(如溶劑的極性、溫度、PH值、濃度等)有密切關(guān)系；
[0019]建立不同溫度下海冰激發(fā)的熒光光譜數(shù)據(jù)庫，將測得的熒光光譜與數(shù)據(jù)庫中的熒光光譜進(jìn)行光譜匹配，可以準(zhǔn)確的分辨出海冰的存在。海水在激光作用下會(huì)產(chǎn)生特定的熒光光譜，海水和海冰的化學(xué)組成基本相同，但分子結(jié)構(gòu)(分子之間距離和排列方式)有很大的區(qū)別，所以二者產(chǎn)生的熒光光譜會(huì)有很大的區(qū)別，可以準(zhǔn)確的測量出海冰在海水中的覆蓋范圍；通過測定熒光信號強(qiáng)度在海冰中的衰減度，可以準(zhǔn)確的反演出海冰的厚度。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1、本發(fā)明可以使用不同溫度下海冰激發(fā)的熒光光譜數(shù)據(jù)庫，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析對t匕，所以可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的分辨海冰的存在。
[0022]2、本發(fā)明根據(jù)海水和海冰激發(fā)的熒光光譜的不同，可以準(zhǔn)確的測量出海冰在海水中的覆蓋范圍。通過測定熒光信號強(qiáng)度在海冰中的衰減度，可以準(zhǔn)確的反演出海冰的厚度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明共有附圖2張，其中:
[0024]圖1為激光突光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0025]圖2為數(shù)據(jù)分析處理過程示意圖。
[0026]圖中:1、激光發(fā)射系統(tǒng)，2、激光熒光接收系統(tǒng)，3、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，4、信號采集系統(tǒng)，
5、控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。
[0028]如圖1所示的激光熒光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括向海面發(fā)射激光的激光發(fā)射系統(tǒng)1，用于接收海面受激物質(zhì)發(fā)射的熒光信號的激光熒光接收系統(tǒng)2，將熒光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3，將模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的信號采集系統(tǒng)4，用于將數(shù)據(jù)分析、處理、對比和顯示等操作的控制系統(tǒng)5。
[0029]如圖2所示的數(shù)據(jù)分析處理過程，首先將接收到的熒光數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)5中的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)中的預(yù)處理模塊，主要運(yùn)用自適用濾波技術(shù)、平滑去噪技術(shù)和插值處理等技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除熒光數(shù)據(jù)中的雜波信號、背景信號等問題；將預(yù)處理后的熒光數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)5中的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理和分析模塊，運(yùn)用光譜匹配算法、波段選擇算法和海冰厚度反演算法等技術(shù)反演海冰分布及海冰厚度。
【權(quán)利要求】
1.一種海冰監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括激光發(fā)射系統(tǒng)(I)、激光熒光接收系統(tǒng)(2)、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(3)、信號采集系統(tǒng)(4)和控制系統(tǒng)(5)，所述的激光發(fā)射系統(tǒng)(I)與控制系統(tǒng)(5)連接，所述的激光熒光接收系統(tǒng)(2)與光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(3)連接，所述的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(3)與信號采集系統(tǒng)(4)連接，所述的信號采集系統(tǒng)(4)與控制系統(tǒng)(5)連接；所述的激光發(fā)射系統(tǒng)(I)包括激光器、激光電源和冷卻系統(tǒng)，所述的激光熒光接收系統(tǒng)(2)包括望遠(yuǎn)鏡、濾光器和光纖，所述的控制系統(tǒng)(5)包括計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。
2.—種海冰監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于:包括以下步驟: A、激光發(fā)射系統(tǒng)(I)向海面發(fā)射大功率、較高重復(fù)頻率的特定波長的激光； B、激光熒光接收系統(tǒng)(2)收集海冰受激發(fā)射的熒光信號，并將接收到的熒光信號傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換系統(tǒng)(3)中； C、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(3)將激光熒光接收系統(tǒng)(2)接收到的熒光信號轉(zhuǎn)換成模擬的電信號，并傳輸?shù)叫盘柌杉到y(tǒng)(4); D、信號采集系統(tǒng)(4)將模擬的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并存儲(chǔ)到控制系統(tǒng)(5)內(nèi)； E、控制系統(tǒng)(5)通過數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理、對比和顯示，具體步驟如下: El、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)運(yùn)用自適用濾波技術(shù)、平滑去噪技術(shù)和插值處理技術(shù)對激光熒光接收系統(tǒng)(2)接收到的熒光信號進(jìn)行預(yù)處理，去除熒光信號中的雜波信號和背景信號；E2、將預(yù)處理后的熒光數(shù)據(jù)運(yùn)用光譜匹配算法、波段選擇算法和海冰厚度反演算法反演海冰分布及海冰厚度； E3、控制系統(tǒng)(5)將最終處理后的熒光數(shù)據(jù)以波形圖的形式在計(jì)算機(jī)顯示器中顯示出來，并在控制系統(tǒng)(5)面板中讀取海冰的分布以及海冰厚度相關(guān)參數(shù)。
【文檔編號】G01C13/00GK103712606SQ201310737974
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】李穎, 王巍, 劉瑀, 劉丙新, 陳澎 申請人:大連海事大學(xué)