Дистанционный способ определения относительной прозрачности воды Советский патент 1987 года по МПК G01N21/41 G01C11/00 

Изобретение относится к области исследования гидрофизических характеристик водоемов дистанционными методами в оптическом диапазоне длин волн с различных летательных аппара- тон.

Целью изобретения является повьппе ние оперативности и удешевление стоимости измерений.

На фиг,1 представлена схема прове дения измерений; на фиг.2 - зависимость для определения относительной прозрачности среды.

На схеме (фиг.1) использованы следующие обозначения: О,, 0 - два по- ложения объектива аэрофотоаппарата (АФА) при вьшолнении маршрутной съемки; Р,, Р - два последовательных аэроснимка; f - фокусное расстояние АФА; А - положение поплавка на по- верхности воды; А - фотографируемый подводный объект (пятно красителя); h - глубина погружения красителя; а,, а. - точки изображения красителя на аэрофотоснимках; г - радиус-вектор точки 1 - длина хода луча в толще воды; , - угол падения и преломпения оптического луча.

Фотографируемый объект на первом снимке изображается в главной точке снимка О, .

От угла (агс ) (фиг.1) зависит длина пути 1, который луч, идущий от яркого объекта, проходит в толще воды.

г-

1 h

I .««.

Cosp

угол преломпения находится закона преломления

Sin р i Sin,|

n f2+r|

(2)

где n - показатель преломпения воды, В толще воды интенсивность параллельного пучка света ослабляется по закону

т - щ- Т 1и ,

где Т - коэффициент направленного пропускания; г - толщина слоя воды; с - общий показатель ослабления, рав ньй сумме показателей поглощения и рассеяния и связанный с относительно прозрачностью 0 воды соотношением

с -InG.

Поэтому при наблюдении с самолета под углом 1 к вертикали яркость подводного объекта (1) меньше, чем

яркость этого же объекта наблюдении в надирз

В 05(1) 10

вТ(ь)

oS

5

0

2030

35

40

25

или

В„5(1)В„б(Ь)- . (3) .На яркость подводного объекта накладывается яркость Bg, т.е. яркость света, отраженного поверхностью моря и рассеянного в толще воды.

По аэронегативам можно измерить разность оптических плотностей uD изображений подводного объекта D и поверхности моря D (вблизи объекта) - D.

На линейном участке характеристики аэропленки

Mill

(Г BB

где J - коэффициент контрастности. С учетом формулы (3) получаем

5.( - . (4)

в этой формуле предполагается, что Вр не зависит от Р.

По аэронегативам можно определить зависимость яркости поверхности воды от Р .

Сравним оптические плотности изображения поверхности моря в центре кадра и в интересующей нас точке

D.(p)-D.(o,.Jl.).

Множитель Cos /3 учитьшает ослабление света в объективе АФА. Отсюда

45

50

г

lgK()MebDe(oU3/lgCos/3/ . (5) В этой формуле

К (ft) 5ii§I

Р B.fo)

Ве(о)

Введем этот коэффициент в формулу (4), тогда

или

to . (6)

у Be(h).K((i) Из уравнения (б) получим после логарифмирования

lg(10-5-1)+lgK(p)const-cl. (7)

AD

Обозначим IgdO y-1)+lgK(|) через у, тогда

у const - cl. (8)

Если построить график зависимости Y от S, то по тангенсу угла наклона прямой можно определить с, а следовательно, и относительную прозрачность воды 0 .

Пример. В качестве подводного объекта использовалось окрашенное раствором флюоресцеина пятно воды. Для чего с самолета сбрасывались

поплавки, состоящие из поверхностного 15 аппарата сбрасьшают поплавок с подпенопластового поплавка и подвешенных к ним на нитях известной длины грузиков с пакетами уранина (натриевой соли флюоресцеина). Пакеты с уранином крепились как к пенопласту, так и к гру-2о измеряют на полученньк негативах зику. Таким образом, поплавком соз- . плотность изображения подводного объПоказатель ослабления морской воды в данном случае ,28 м (в зеленой области спектра) и .

Формула изобретения

Дистанционный способ определения относительной прозрачности воды в водоемах, включающий аэрофотосъемку, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и удешевления стоимости измерений, перед азрофотосъемкой с летательного

вешенным к нему на шнуре длиной h пакетом люминисцирующего красителя, осуществляют аэрофотосъемку пакета не менее чем с двух различных точек.

екта со слоем воды D, плотность изображения поверхности воды Dg вблизи объекта и в центре кадра Dg ,, вы- 25 числяют на каждом аэрофотоснимке длину пути 1 луча от пакета к поверхности водоема по формуле

1 ЬЛ130

п2()

давались два окрашенных пятна: одно - на поверхности, другое - в толще воды. Первое помогало самолету выйти в точку съемки, а также нахождению в дальнейшем поплавка на аэроснимках, второе - непосредственно для решения задачи.

Крепление пакетов с красителем к верхней и нижней частям поплавков не всегда удачно, так как при изображении поплавков в центре кадра обе точки отдачи красителя могут совпасть. Поэтому удобнее применять рабочие поплавки только с подводными пакетами красителя, а вспомогательные - только для маркировки водной поверхности. При сбросе их можно чередовать.

Конструкция пакетов с красителем аналогична конструкции известных поплавков для съемок морских течений. После сброса с самолета поплавки фо- тографировались вне зоны блика через фильтр ЗС-1 на пленку АС-2. При измерениях на негативах в качестве подir2+f2

коэффициент контрастности проявленной аэрофотопленкио

водного объекта принималась наиболее по полученным не менее чем двум зна- яркая (плотная) часть шлейфа красите- чениям величин у,, у и l, 1 строят ля, которая соответствовала точке график зависимости у от 1, по танген- отдачи красителя.су угла наклона которого определяют

где - расстояние от изображения

до центра негатива f - фокусное расстояние аэрофотоаппарата;

п - показатель преломления .воды, 35 и вспомогательную функцию у по формуле

,.,,,оТ -.).,-.5..р..

40

относительную прозрачность воды 9 по 50 отношению

Плотности аэронегативов D, Одб+а измерялись на микрофотометре МФ-4, Расстояния 1 вычислялись по формуле .(1) с использованием f и г, измеренных по аэронегативам. Результаты обработки сведены в таблицу.

Из фиг.2 видно, что экспериментальные точки хорошо ложатся на прямую.

екта со слоем воды D, плотность изображения поверхности воды Dg вблизи объекта и в центре кадра Dg ,, вы- 25 числяют на каждом аэрофотоснимке длину пути 1 луча от пакета к поверхности водоема по формуле

п2()

де - расстояние от изображения

до центра негатива f - фокусное расстояние аэрофотоаппарата;

п - показатель преломления .воды, и вспомогательную функцию у по формуле

,.,,,оТ -.).,-.5..р..

по полученным не менее чем двум зна- чениям величин у,, у и l, 1 строят график зависимости у от 1, по танген- су угла наклона которого определяют

относительную прозрачность воды 9 по 50 отношению

0 10

-с

где с

Xi.ZY2. 1,-1г

тангенс угла наклона зависимости у от 1 и одновременно величина показателя ослабления воды. .

1350562

7Г 2

::iizi::ii

Кадр

0,156 0,493 0,388 0,068

1) -0,71 -0,12-0,25-1,09

0,27 0,00 0,06 0,43

-0,44 -0,12-0,19-0,66

11,6 10,410,7 .12,2

Pi

oioi

4

PZ О г Гд Ог

Oi

A

02

ЛоВержносгг ь

фиг i

-ОА-0.6-0.8-to

ГО

-T/;

г

г.м

фие.2

Изобретение относится к области исследования гидрофизических характеристик водоемов. Цель изобретения - повьппение оперативности и удешевление стоимости измерений. Для этого в водоем сбрасьшают с летательного аппарата поплавки с. подвешенными к ним на заданной глубине объектами, осуществляют маршрутную аэрофотосъемку, измеряют на негативах плотности изоб- ражения объектов и поверхности воды, вычисляют на каждом снимке ход лучей в толще воды от объекта к поверхности водоема и по полученным данным находят прозрачность воды, 2 ил., 1 табл.о