Дистанционный способ определения относительной прозрачности воды

 

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 изображения 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11}

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3880118/24-25 (22) 01.04.85 (46) 07. 11.87. Бюл. У 41 (71) Лаборатория аэрометодов Объединения "Аэрогеология" (72) 10.Д.Шариков, С.Г.Слуцкая и И.В.Семенченко (53) 535.024 (088.8),(56) Авторское свидетельство СССР

Р 1133509, кл. G 01 N 21/41, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 1121584, кл. G 01 С 11/00, 1982. (54) ДИСТАНЦИОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ-

НИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПРОЗРАЧНОСТИ ВОДЫ (5D 4 G 01 N 21 41 G 01 С 11 00 (57) Изобретение относится к области исследования гидрофизических характеристик водоемов. Цель изобретения— повышение оперативности и удешевление стоимости измерений. Для этого в водоем сбрасывают с летательного аппарата поплавки с.подвешенными к ним на заданной глубине объектами, осуществляют маршрутную аэрофотосъемку, измеряют на негативах плотности изображения 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., табл.

1 13505

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

Целью изобретения является повышение оперативности и удешевление стоимости измерений.

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

На схеме (фиг.1) использованы следующие обозначения: О,, Π— два положения объектива аэрофотоаппарата (АФА) при выполнении маршрутной съемки; Р<, P — два последовательных аэроснимка; f — фокусное расстояние

АФА; А — положение поплавка на по- 20 верхности воды, ) А — фотографируемый подводный объект (пятно красителя);

h — глубина погружения красителя; а,, а — точки изображения красителя на аэрофотоснимках; r — радиус-вектор точки а „ 1 — длина хода луча в

I толще воды; P, P — угол падения и преломления оптического луча.

Фотографируемый объект на первом снимке изображается в главной точке снимка О, . (В этой формуле предполагается, что В не зависит от .

По аэронегативам можно определить

ЗО зависимость яркости поверхности воды от Ре

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

35 (В) ° СозЗ/

В (>) -D (o) = ()l g (-" — — — -) °

От угла P (3=are tg- ) (фиг. 1) заf висит длина пути 1, который луч, идущий от яркого объекта, проходит в толще воды, 62 2 яркость этого же объекта В (h) при наблюдении в надир;, В ьs (1) 10 %

В„(1) 10Bos (1) =В., (h) 10 " " . (3)

На яркость подводного объекта накладывается яркость В, т.е. яркость света, отраженного поверхностью моря и рассеянного в толще воды.

По аэронегативам можно измерить разность оптических плотностей дЭ изображений подводного объекта D u поверхности моря Ds (вблизи объекта)

Дд=в — Рь °

На линейном участке характеристики аэропленки дП В +В уЕ

Вв где — коэффициент контрастности, С учетом формулы (3) получаем — =1g 1+- - 10 . (4) 1

h (1)

Cos

I угол преломления Р находится из 10 закона преломления

1 °

Sin P =- Щ (2) и

Е

О где n - показатель преломления воды.

В толще воды интенсивность параллельного пучка света ослабляется по закону

10 где Т вЂ” коэффициент направленного пропускания; ). — толщина слоя воды; с — общий показатель ослабления, равный сумме показателей поглощения и рассеяния и связанный с относительной прозрачностью 8 воды соотношением с = -1п8, Поэтому при наблюдении с самолета под углом Р к вертикали яркость подводного объекта В,< (1) меньше, чем

Множитель Cos В учитывает ослабле- ние света в объективе АФА.

Отсюда

1КК())) = — — — — — -+3/1КСов))). (5) D() (Р)-Ds(o) 1

В этой формуле к (р) = ---B)) (8)

8b(O)

Введем этот коэффициент в формулу (4), тогда дП В, (h) c(h-г) — =1g(1+ — - — — — ° 10

В,(ь) к(р) дП В к(Ь) с())-с)

10 — -1= — - - — — 10, (6) в,(ь) к(р)

Из уравнения (6) получим после логарифмирования

1g(10 — -1) +1дК() =const-сl. (7) дП

1350562

Обозначим 1g (10 —,— -1) +1 дК ((3) ч еAD

55 рез у, тогда у = const — с1. (8)

Если построить график зависимости

5 (от 1„то по тангенсу угла наклона прямой можно определить с, а следовательно, и относительную прозрачность воды g .

П р и и е р. В качестве подводного объекта использовалось окрашенное раствором флюоресцеина пятно воды. Для чего с самолета сбрасывались поплавки, состоящие из поверхностного <5 пенопластового 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 зику. Таким образом, поплавком создавались два окрашенных пятна: одно — на поверхности, другое — в толще воды. Первое помогало самолету выйти в точку съемки, а также нахождению в 25 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

35 красителя, а вспомогательные — только для маркировки водной поверхности.

При сбросе их можно чередовать.

Конструкция пакетов с красителем аналогичиа конструкции известных поп 4О лавков для съемок морских течений.

После сброса с самолета поплавки фотографировались вне зоны блика через фильтр 3С-1 на пленку АС-2. При измерениях на негативах в качестве подводного объекта принималась наиболее

45 яркая (плотная) часть шлейфа красителя, которая соответствовала точке отдачи красителя.

Плотности аэронегативов D, D,s,s измерялись на микрофотометре ЙФ-4.

Расстояния 1 вычислялись по формуле .(1) с использованием f u r измеренных по аэронегативам. Результаты обработки сведены в таблицу.

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

Показатель ослабления морской води в данном случае с=0,28 м (в зеленой области спектра) и 9 =537..

Формула изобретения

Дистанционный способ определения относительной прозрачности воды в водоемах, .включающий аэрофотосъемку, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и удешевления стоимости измерений, перед аэрофотосъемкой с летательного аппарата сбрасывают поплавок с подвешенным к нему на шнуре длиной h пакетом люминисцирующего красителя, осуществляют аэрофотосъемку пакета не менее чем с двух различных точек, измеряют на полученных негативах плотность изображения подводного объекта со слоем воды D, плотность изображения поверхности воды D вблизи объекта и в центре кадра D выао числяют на каждом аэрофотоснимке длину пути 1 луча от пакета к поверхности водоема по формуле

1=h/ где г — расстояние от изображения до центра негатива;.

f — фокусное расстояние аэрофотоаппарата; п — показатель преломления .воды, и вспомогательную функцию у по формуле

— (D в) D П у= Р

=1g 10 в — в

+3 1g — — — -(, Д2. . 2 / где 1 — коэффициент контрастности проявленной аэрофотопленки. по полученным не менее чем двум значениям величин у,, у и 1<, 1 строят график зависимости у от 1, по тангенсу угла наклона которого определяют относительную прозрачность воды 8 по отношению

10 где с=-

1< -1, та нг е нс угла наклона зависимости у от

1 и одновременно величина показателя ослабления воды.

Кадр

Ь0

hD

1g (10 — — 1) -О, 71 -О, 12 -О, 25 -1,09

1. в

1gK(P) 1 1 I

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

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

-0,44 -О, 12 -О, 19 -0,66

11,6 10,4 10,7 . 12,2

1350562

-О, -0,4

7,м

Фие 3

Составитель С. Голубев

Редактор Л.Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска

Заказ 5278/43 Тирах 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ухгород, ул. Проектная, 4