太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置及方法

本发明涉及潮滩观测，特别是一种太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，还涉及一种太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测方法。

背景技术：

1、潮滩是海岸带的重要组成部分，是人类活动最为活跃的地区之一。由于潮汐作用，潮滩反复经历淹没-暴露状态的变化，潮滩-海水-大气之间持续进行能量交换，潮滩区域水动力、温度复杂多变。潮滩干湿状态及潮滩/海水反照率的确定对于进一步研究潮滩动力环境至关重要，目前海水反照率观测计算拥有较为成熟的方法，但由于潮滩的空间可变性，潮滩随时发生淹没-暴露状态的变化，潮滩/海水的反照率确定较为复杂，还没有观测装置进行这方面的研究。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有潮滩干湿状态记录判断、潮滩反照率计算功能且太阳能供电的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置。

2、本发明所要解决的另一个技术问题是提供了一种太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测方法。

3、本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，包括通过连接绳相互连接的上部数据采集装置和下部潮滩防陷装置，上部数据采集装置包括浮体，在浮体上安装有数据采集盒、gps定位球和太阳能电池板；所述下部潮滩防陷装置包括用于稳定安装于潮滩的防陷板，在防陷板的底部安装有若干用于插入潮滩的脚管；该装置还包括干湿状态探测传感器，干湿状态探测传感器包括用于相互配合的上感应磁体垫片和下感应磁体垫片，干湿状态探测传感器的上感应磁体垫片安装在浮体的下表面，干湿状态探测传感器的下感应磁体垫片安装在防陷板的上表面；在浮体的侧部还安装有向上设置用于探测太阳向下的短波辐射的上辐射感应器和向下设置用于探测潮滩或海水向上的反射的下辐射感应器。

4、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，在数据采集盒内还安装有太阳能发电电能存储装置和数据存储传输装置。

5、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，所述太阳能发电电能存储装置包括电源控制器和储能电池，太阳能电池板倾斜设置于数据采集盒的四周、并与储能电池连接。

6、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，所述连接绳为高强度轻质可伸缩细绳，浮体为浮板，gps定位球包括塑料浮球和安装在塑料浮球内部的gps定位芯片。

7、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，所述防陷板为采用无磁硬质塑料制成的两层结构，在防陷板下层有设置有用于脚管固定的螺纹、孔洞结构。

8、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，所述脚管采用铝合金制成，脚管整体呈现细长圆柱状，脚管的下部呈尖钉状。

9、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，所述上辐射感应器和下辐射感应器均采用cnr4短波辐射表。

10、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，一种太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测方法，其步骤如下：

11、（1）结合观测区域潮滩特征及环境特点，对探测装置进行组装

12、查阅观测区域海图等资料，并现场调查，了解潮滩淤泥大体深度，确定细线长度、装置布置高度及脚管的长度，通过脚管将下部潮滩防陷装置固定于潮滩上，布置好防陷板，并将连接绳固定于防陷板中央，重点将脚管及连接绳一端固定牢固；

13、组装上部数据采集盒，并检查干湿状态探测传感器、太阳电池板、储能电池、数据存储传输装置及它们之间的连接，检查gps定位球与储电电池、太阳能板的连接，通过不锈钢螺丝布置在数据采集盒顶端，检查数据实时传输效果；

14、最后将探测装置放置于目标海域，对传感器精度、数据传输效果、太阳能电池发电效果等功能进行调试；

15、（2）将探测装置布放至目标潮滩，取下中轴与脚管上的脚垫，将组装的脚管及以下部分插入潮滩中；

16、（3）数据采集、存储、传输，太阳电池板展开、连接，gps定位球的数据获取

17、数据采集盒包括外部防水结构与数据采集系统，外部防水结构采用紧密螺纹及胶水密封处理，太阳电池板倾斜布置于数据存储、传输装置侧面，并与储能电池进行有效连接；其中，数据的探测、存储、传输功能均为储能电池驱动下的自动装置，通过太阳能电池板持续供电，并持续稳定记录、传输数据，实时对数据进行观测；

18、（4）维护及回收探测装置

19、定期对探测装置的传感器、稳定性进行维护，并根据gps坐标于预定时间回收探测装置。

20、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测方法，在该方法中，数据采集方法为：

21、在潮滩暴露状态时，干湿状态探测传感器的上感应磁体垫片和下感应磁体垫片结合，上辐射感应器测量向上的太阳辐射强度，下辐射感应器测量向下的潮滩表面反射辐射强度，再计算滩涂区域潮滩表面太阳辐射反照率；

22、在潮滩淹没状态时，干湿状态探测传感器的上感应磁体垫片和下感应磁体垫片分离，上辐射感应器测量向上的太阳辐射强度，下辐射感应器测量向下的海水表面反射辐射强度，再计算滩涂区域海水表面太阳辐射反照率。

23、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测方法，在该方法中，潮滩/海水反照率计算方法为：

24、

25、其中，潮滩干湿状态探测值用字母ζ表示，干状态时记录为1，湿状态时记录为0；向上的辐射探测器用于测量入射太阳辐射强度,用字母ei表示；向下的辐射探测器用于测量潮滩或海水表面反射的辐射强度er，er1表示海水表面的反射值，er2表示潮滩表面的反射值；α1表示滩涂区域海水表面反照率，α2表示滩涂区域潮滩表面反照率。

26、与现有技术相比，本发明提供的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置及方法，能够合理自动区分潮滩干湿状态，并自动分别对两种状态的辐射情况进行观测，进一步计算潮滩及海水的反照率，而观测得到的潮滩/海水反照率可以为遥感反演、数值模拟等提供模拟及验证基础，深入了潮滩变化，有助于科学指导渔业养殖、防灾减灾，生态保护等领域，具有一定的理论和工程意义。

技术特征：

1.一种太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，其特征在于：包括通过连接绳相互连接的上部数据采集装置和下部潮滩防陷装置，上部数据采集装置包括浮体，在浮体上安装有数据采集盒、gps定位球和太阳能电池板；所述下部潮滩防陷装置包括用于稳定安装于潮滩的防陷板，在防陷板的底部安装有若干用于插入潮滩的脚管；该装置还包括干湿状态探测传感器，干湿状态探测传感器包括用于相互配合的上感应磁体垫片和下感应磁体垫片，干湿状态探测传感器的上感应磁体垫片安装在浮体的下表面，干湿状态探测传感器的下感应磁体垫片安装在防陷板的上表面；在浮体的侧部还安装有向上设置用于探测太阳向下的短波辐射的上辐射感应器和向下设置用于探测潮滩或海水向上的反射的下辐射感应器。

2.根据权利要求1所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，其特征在于：在数据采集盒内还安装有太阳能发电电能存储装置和数据存储传输装置。

3.根据权利要求2所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，其特征在于：所述太阳能发电电能存储装置包括电源控制器和储能电池，太阳能电池板倾斜设置于数据采集盒的四周、并与储能电池连接。

4.根据权利要求1所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，其特征在于：所述连接绳为高强度轻质可伸缩细绳，浮体为浮板，gps定位球包括塑料浮球和安装在塑料浮球内部的gps定位芯片。

5.根据权利要求1所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，其特征在于：所述防陷板为采用无磁硬质塑料制成的两层结构，在防陷板下层有设置有用于脚管固定的螺纹、孔洞结构。

6.根据权利要求1或5所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，其特征在于：所述脚管采用铝合金制成，脚管整体呈现细长圆柱状，脚管的下部呈尖钉状。

7.根据权利要求1所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，其特征在于：所述上辐射感应器和下辐射感应器均采用cnr4短波辐射表。

8.一种太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测方法，其特征在于：该方法使用权利要求1-7任意一项所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，其步骤如下：

9.根据权利要求8所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测方法，其特征在于：在该方法中，数据采集方法为：

10.根据权利要求9所述的太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测方法，其特征在于：在该方法中，潮滩/海水反照率计算方法为：

技术总结一种太阳能驱动的滩涂区域潮滩海水反照率的探测装置，包括通过连接绳相互连接的上部数据采集装置和下部潮滩防陷装置，上部数据采集装置包括浮体，在浮体上安装有数据采集盒、GPS定位球和太阳能电池板；所述下部潮滩防陷装置包括用于稳定安装于潮滩的防陷板，在防陷板的底部安装有若干脚管；该装置还包括干湿状态探测传感器，干湿状态探测传感器包括用于相互配合的上感应磁体垫片和下感应磁体垫片，干湿状态探测传感器的上感应磁体垫片安装在浮体的下表面，干湿状态探测传感器的下感应磁体垫片安装在防陷板的上表面；在浮体的侧部还安装有上辐射感应器和下辐射感应器。本发明具有潮滩干湿状态记录判断、潮滩反照率计算功能。技术研发人员：孔高强,倪伟晋,俞万里,汤兆烈,程晗,严进进,孙雨晴,田希冉,杨悦妍受保护的技术使用者：江苏海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9