本發(fā)明屬于水面溢油領(lǐng)域，具體的說是一種觀測水面溢油油膜粗糙度的方法。

背景技術(shù)：

海面粗糙度是表征海面空氣動力學(xué)粗糙程度的物理量，它描寫了海面微尺度起伏的程度，其變化規(guī)律在某種程度上反映了海洋和大氣之間動量輸送過程的主要特征。海面粗糙度通常是以空氣動力學(xué)粗糙長度Z₀來表示，它定義為風(fēng)速等于零的高度(Stull R B,趙長新.邊界層氣象學(xué)導(dǎo)論[J].青島:青島海洋大學(xué),1991:1-21.)。

物理海洋方面表征海面粗糙度的物理量有三：粗糙雷諾數(shù)R_r＝Z₀u*/γ、空氣動力學(xué)粗糙長度Z₀(Geernaert G L,Katsaros K B,Richter K.Variation of the drag coefficient and its dependence on sea state[J].Journal of Geophysical Research:Oceans,1986,91(C6):7667-7679.)和阻力系數(shù)C_z＝(u_*/U_z)²。其中，C_z和U_z分別為離海面Z高處的阻力系數(shù)和風(fēng)速(Donelan M A,Dobson F W,Smith S D,et al.On the dependence of sea surface roughness on wave development[J].Journal of Physical Oceanography,1993,23(9):2143-2149.)，γ≈1.62x10^-5m²/s為空氣運動學(xué)的粘滯系數(shù)。普遍認(rèn)為，R_r<0.13海面為光滑，0.13≤R_r≤2海面為粘性和粗糙海面的過渡區(qū)，R_r>2海面為粗糙海面。

海面粗糙度都是通過粗糙雷諾數(shù)、空氣動力學(xué)粗糙長度或阻力系數(shù)的近似計算來表征的。關(guān)于溢油海面粗糙度有通過蒙特卡羅仿真模擬獲得(李揚，基于實驗的海面溢油微波散射特性研究。碩士論文，2014，電子科技大學(xué))。目前還沒有通過儀器測得海面溢油粗糙度，我們實驗成功，第一次在水面獲得油膜粗糙度，這為研究海面溢油理論及微波遙感準(zhǔn)確觀測海面溢油提供了數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種觀測水面溢油油膜粗糙度的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為：

一種觀測水面溢油油膜粗糙度的方法，采用高分辨率的三維激光掃描儀，將其固定于待測油面上，且在油面與掃描儀掃描入射角保持垂直條件下進行掃描，進而獲得測距數(shù)據(jù)，而后再利用均方根誤差公式計算獲得油膜粗糙度。

所述掃描過程中油面與掃描儀掃描入射角保持垂直；且，不能產(chǎn)生任何震動。

所述掃描過程中采用的三維激光掃描儀分辨率為毫米級，根據(jù)所采用的掃描儀自身設(shè)置，根據(jù)此比例，計算獲得實際測定相應(yīng)的掃描儀與油面高度計算光斑行、列間距；以及相應(yīng)的光斑大小以及掃描速率。

所述均方根誤差公式為其中x是實測數(shù)據(jù)，是實測數(shù)據(jù)均值，n實測數(shù)據(jù)個數(shù)。

一種三維激光掃描儀的應(yīng)用，所述三維激光掃描儀在觀測水面溢油油膜粗糙度中的應(yīng)用。其中，三維激光掃描儀為高分辨率的三維激光掃描儀，例如徠卡激光掃描儀。

采用分辨率高的三維激光掃描儀，將其固定于待測油面上，且在油面與掃描儀掃描入射角保持垂直條件下進行掃描，觀測水面溢油油膜粗糙度并獲取測距數(shù)據(jù)，而后再利用均方根誤差計算獲得油膜粗糙度。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點：

本發(fā)明方法實現(xiàn)了對油膜粗糙度的觀測，采用該方法在溢油狀態(tài)下，油膜粗糙度對后向散射的影響提供了精度和數(shù)據(jù)支持。

采用本發(fā)明方法可以直接測量液體粗糙度,尤其是水面油膜粗糙度,其對溢油水面不同乳化程度油膜粗糙度是強有力的支持,進而為不同乳化程度油膜粗糙度對后向散射的影響提供了數(shù)據(jù)支持,為海洋遙感溢油監(jiān)測精度提供技術(shù)支持。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的垂直掃描獲得的測距數(shù)據(jù)，其余區(qū)域在沒有達到垂直掃描狀態(tài)，測距數(shù)據(jù)誤差大，其余黑色區(qū)域沒有測距數(shù)據(jù)。

圖2為本發(fā)明實施例提供的原油入水乳化粗糙度與含水率的變化趨勢圖。

具體實施方式

下面的實施例中將本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明不限于此。

實施例

以觀測水面溢油乳化為例：

采用分別率高的三維徠卡激光掃描儀，其為緊湊、脈沖式，擁有測量毫米精度，具有高速、廣視場角，整合了視頻數(shù)碼相機和激光對中器。機載面板控制，筆記本或臺式機點控制；集成的固態(tài)硬盤，外部點鳥或外部USB設(shè)備。掃描速率25000點/秒～50000點/秒。集成高分辨率視頻數(shù)碼相機，可自動調(diào)節(jié)曝光。電源：15V直流輸入或90-260V交流輸入，功率〈50W。電池類型：內(nèi)電池，鋰電池，外電池，鋰電池。環(huán)境指標(biāo)：工作溫度0℃～40℃，存儲溫度-25℃～+65℃，白天晚上均可工作，濕度無冷凝即可；防塵/防水等級IP54(IEC 60529)。同時，根據(jù)掃描儀自身設(shè)定的間距以及光斑行、列間距，即與油面高度為100米，光斑行、列間距0.05米；根據(jù)此比例，計算獲得實際測定相應(yīng)的掃描儀與油面高度計算光斑行、列間距；以及相應(yīng)的光斑大小以及掃描速率。

將上述激光掃描儀通過輔助手段(如，固定架、吊車長臂等)非常穩(wěn)固的固定與待測油面上方，不能有任何振動；待測油面與機器掃描入射角必須垂直，即視角90°垂直掃描，掃描時機器與油面高度可以根據(jù)高為1.3米，光斑行、列間距0.65毫米，光斑大小:4.5mm/0-50m,(全寬半高基準(zhǔn))7mm(基于高斯面).掃描速率為25000點/秒。機器掃描分辨率是毫米精度；根據(jù)獲得測距數(shù)據(jù)利用均方根誤差公式計算油膜粗糙度，

其中x是實測數(shù)據(jù)，是實測數(shù)據(jù)均值，n實測數(shù)據(jù)個數(shù)。通過上述的觀測方式，獲得油膜測距數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)公式進而計算出水面油膜粗糙度；根據(jù)原油入水發(fā)生乳化，油膜粗糙度會發(fā)生變化，通過測試油膜的含水率知道原油乳化程度，從而觀測溢油乳化油膜粗糙度的變化(見圖2)。

由上述圖2中記載的變化可見油膜粗糙度隨乳化程度升高而減小。本發(fā)明的油膜粗糙度的測量方法可為建立油膜粗糙度與后向散射之間的關(guān)系提供了實測數(shù)據(jù)支持；對于海面溢油遙感監(jiān)測精度提高，提供了強有力的技術(shù)支持。其同時，開發(fā)了三維激光掃描儀的一個新功能，原有的三維激光掃描儀主要用于固體的測距和掃描，用于液體的測距掃描很少，尤其是原油油膜粗糙度掃描，沒有先例。該發(fā)明實現(xiàn)了儀器掃描油膜粗糙度的突破，為研究水面溢油油膜及油膜乳化程度對后向散射的影響提供了數(shù)據(jù)支持。