一種海冰監測系統及其監測方法
【專利摘要】本發明公開了一種海冰監測系統及其監測方法，所述的系統包括激光發射系統、激光熒光接收系統、光電轉換系統、信號采集系統和控制系統；激光發射系統向海面發射大功率、較高重復頻率的特定波長的激光；激光熒光接收系統收集海冰受激發射的熒光信號，并將接收到的熒光信號傳輸到光電轉換系統中；信號采集系統將模擬的電信號轉換為數字信號，并存儲到控制系統內；控制系統通過數據分析處理系統進行數據分析、處理、對比和顯示。本發明可以使用不同溫度下海冰激發的熒光光譜數據庫，由計算機進行分析對比，所以可以實現實時、高效、準確的分辨海冰的存在。本發明通過測定熒光信號強度在海冰中的衰減度，可以準確的反演出海冰的厚度。
【專利說明】一種海冰監測系統及其監測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于海洋環境檢測【技術領域】，尤其涉及一種海冰監測系統及其監測方法。【背景技術】
[0002]海冰作為全球海一氣系統的一員，與海洋和大氣環流相互作用影響著人類海上運輸、海洋漁業和海洋油氣資源開發等活動。海冰不僅能夠封鎖港口航道中斷海上運輸，還能破壞港口工程設施和各種海上設施，而且在冰情嚴重時還會影響漁業生產活動，海冰的漂移也會對海上油氣勘探和生產造成巨大的危害。
[0003]目前海冰監測手段主要包括:現場人員觀測、長期冰站觀測和衛星遙感觀測，現場人員監測和長期冰站監測耗費大量的人力物力，并且監測海域范圍較小。衛星遙感監測依據技術不同，又可分為可見光、熱紅外、微波等監測。衛星微波遙感觀測作為大尺度監測手段，已經不能很好的滿足海上運輸對海洋環境信息精準性的要求，而可見光、熱紅外監測受天氣影響較大，不能實時性的監測海冰的分布。為了保障海上生產活動的安全，對海冰實時、高效、準確的監測技術方法顯得非常重要。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種能夠實時、高效、準確的監測海冰的分布，并判斷海冰的存在區域和海冰的厚度的海冰監測系統及其監測方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0006]一種海冰監測系統，包括激光發射系統、激光熒光接收系統、光電轉換系統、信號采集系統和控制系統，所述的激光發射系統與控制系統連接，所述的激光熒光接收系統與光電轉換系統連接，所述的光電轉換系統與信號采集系統連接，所述的信號采集系統與控制系統連接；所述的激光發射系統包括激光器、激光電源和冷卻系統，所述的激光熒光接收系統包括望遠鏡、濾光器和光纖，所述的控制系統包括計算機和數據分析處理系統。
[0007]一種海冰監測系統的監測方法，包括以下步驟:
[0008]A、激光發射系統向海面發射大功率、較高重復頻率的特定波長的激光；
[0009]B、激光熒光接收系統收集海冰受激發射的熒光信號，并將接收到的熒光信號傳輸到光電轉換系統中；
[0010]C、光電轉換系統將激光熒光接收系統接收到的熒光信號轉換成模擬的電信號，并傳輸到信號采集系統；
[0011]D、信號采集系統將模擬的電信號轉換為數字信號，并存儲到控制系統內；
[0012]E、控制系統通過數據分析處理系統進行數據分析、處理、對比和顯示，具體步驟如下:
[0013]El、數據分析處理系統運用自適用濾波技術、平滑去噪技術和插值處理技術對激光熒光接收系統接收到的熒光信號進行預處理，去除熒光信號中的雜波信號和背景信號；
[0014]E2、將預處理后的熒光數據運用光譜匹配算法、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、控制系統將最終處理后的熒光數據以波形圖的形式在計算機顯示器中顯示出來，并在控制系統面板中讀取海冰的分布以及海冰厚度相關參數。
[0016]本發明的工作原理如下:
[0017]本發明的激光發射系統向海面發射特定波長、能量的激光，通過激光與海面物質的相互作用，海面物質會激發特定的熒光光譜，熒光進入到激光熒光接收系統的望遠鏡視場，并經過光譜儀的分光系統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化為電信號，電信號進入信號采集系統轉換為數字信號，計算機對數字信號進行處理、分析；
[0018]當用一種波長的光(如紫外光)照射某種物質時，這個物質會在極短的時間內發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受激都可以發射出來，熒光的產生同物質的分子結構、外部環境(如溶劑的極性、溫度、PH值、濃度等)有密切關系；
[0019]建立不同溫度下海冰激發的熒光光譜數據庫，將測得的熒光光譜與數據庫中的熒光光譜進行光譜匹配，可以準確的分辨出海冰的存在。海水在激光作用下會產生特定的熒光光譜，海水和海冰的化學組成基本相同，但分子結構(分子之間距離和排列方式)有很大的區別，所以二者產生的熒光光譜會有很大的區別，可以準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度在海冰中的衰減度，可以準確的反演出海冰的厚度。
[0020]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0021]1、本發明可以使用不同溫度下海冰激發的熒光光譜數據庫，由計算機進行分析對t匕，所以可以實現實時、高效、準確的分辨海冰的存在。
[0022]2、本發明根據海水和海冰激發的熒光光譜的不同，可以準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度在海冰中的衰減度，可以準確的反演出海冰的厚度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]本發明共有附圖2張，其中:
[0024]圖1為激光突光系統結構不意圖；
[0025]圖2為數據分析處理過程示意圖。
[0026]圖中:1、激光發射系統，2、激光熒光接收系統，3、光電轉換系統，4、信號采集系統，
5、控制系統。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明進行進一步地描述。
[0028]如圖1所示的激光熒光系統結構，包括向海面發射激光的激光發射系統1，用于接收海面受激物質發射的熒光信號的激光熒光接收系統2，將熒光信號轉換成模擬電信號的光電轉換系統3，將模擬電信號轉換成數字信號的信號采集系統4，用于將數據分析、處理、對比和顯示等操作的控制系統5。
[0029]如圖2所示的數據分析處理過程，首先將接收到的熒光數據傳輸到控制系統5中的數據分析處理系統中的預處理模塊，主要運用自適用濾波技術、平滑去噪技術和插值處理等技術對數據進行預處理，去除熒光數據中的雜波信號、背景信號等問題；將預處理后的熒光數據傳輸到控制系統5中的數據分析處理系統中的數據處理和分析模塊，運用光譜匹配算法、波段選擇算法和海冰厚度反演算法等技術反演海冰分布及海冰厚度。
【權利要求】
1.一種海冰監測系統，其特征在于:包括激光發射系統(I)、激光熒光接收系統(2)、光電轉換系統(3)、信號采集系統(4)和控制系統(5)，所述的激光發射系統(I)與控制系統(5)連接，所述的激光熒光接收系統(2)與光電轉換系統(3)連接，所述的光電轉換系統(3)與信號采集系統(4)連接，所述的信號采集系統(4)與控制系統(5)連接；所述的激光發射系統(I)包括激光器、激光電源和冷卻系統，所述的激光熒光接收系統(2)包括望遠鏡、濾光器和光纖，所述的控制系統(5)包括計算機和數據分析處理系統。
2.—種海冰監測系統的監測方法，其特征在于:包括以下步驟: A、激光發射系統(I)向海面發射大功率、較高重復頻率的特定波長的激光； B、激光熒光接收系統(2)收集海冰受激發射的熒光信號，并將接收到的熒光信號傳輸到光電轉換系統(3)中； C、光電轉換系統(3)將激光熒光接收系統(2)接收到的熒光信號轉換成模擬的電信號，并傳輸到信號采集系統(4); D、信號采集系統(4)將模擬的電信號轉換為數字信號，并存儲到控制系統(5)內； E、控制系統(5)通過數據分析處理系統進行數據分析、處理、對比和顯示，具體步驟如下: El、數據分析處理系統運用自適用濾波技術、平滑去噪技術和插值處理技術對激光熒光接收系統(2)接收到的熒光信號進行預處理，去除熒光信號中的雜波信號和背景信號；E2、將預處理后的熒光數據運用光譜匹配算法、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(5)將最終處理后的熒光數據以波形圖的形式在計算機顯示器中顯示出來，并在控制系統(5)面板中讀取海冰的分布以及海冰厚度相關參數。
【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 優先權日:2013年12月27日
【發明者】李穎, 王巍, 劉瑀, 劉丙新, 陳澎 申請人:大連海事大學
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