一种高坝水库水环境垂向监测方法、系统及设备

摘要

本申请涉及水环境探测技术领域，具体而言，涉及一种高坝水库水环境垂向监测方法系统及设备，一定程度上有助于便捷且准确地进行高坝水库水环境垂向监测。所述的水环境垂向监测方法包括：通过水体第一位置处的第一辐照度和第二位置处的第二辐照度，获取第一位置与第二位置之间水层的漫衰减系数；第一辐照度和第二辐照度均通过光谱仪接收水体中第一波段的光线获得；获取包括数据对的建模数据集，数据对包括第一位置与第二位置之间水层的水体参数和该水层的漫衰减系数；基于建模数据集，获取水体参数与漫衰减系数之间的关系函数；获取目标水层的漫衰减系数，基于关系函数，反演目标水层所对应的实时水体参数。

权利要求

1.一种高坝水库水环境垂向监测方法，其特征在于，包括：

通过水体第一位置处的第一辐照度和第二位置处的第二辐照度，获取所述第一位置与所述第二位置之间水层的漫衰减系数；所述第一辐照度和所述第二辐照度均通过光谱仪接收水体中第一波段的光线获得，所述第一波段中每个波长对应一个第一辐照度和一个第二辐照度；

获取包括数据对的建模数据集，所述数据对包括所述第一位置与所述第二位置之间水层的水体参数和该水层的漫衰减系数，所述第一波段中每个波长对应一个漫衰减系数；

基于所述建模数据集，获取所述水体参数与所述漫衰减系数之间的关系函数，包括：确定第一波长对应的漫衰减系数，所述第一波段包括所述第一波长，待建模水体参数在所述第一波长处呈现强吸收；

基于所述待建模水体参数和第一波长对应的漫衰减系数，获取初始关系函数及其对应的相关系数；

基于所述相关系数，调整所述初始关系函数，直至相关系数大于第一数值，此时相关系数对应的初始关系函数即为所述水体参数与所述漫衰减系数之间的关系函数；

获取目标水层的漫衰减系数，基于所述关系函数，反演目标水层所对应的实时水体参数；

所述水体参数包括总悬浮物浓度、叶绿素浓度、有机悬浮物浓度、有色可溶有机物吸收系数中的一项或者多项。

2.如权利要求1所述的高坝水库水环境垂向监测方法，其特征在于，所述第一波段为

320 950nm；所述第一波长的数量大于等于1。

~

3.如权利要求2所述的高坝水库水环境垂向监测方法，其特征在于，当水体参数为总悬浮物浓度时，所述第一波长的数量为1，所述第一波长为 ，所述函数关系为： ， 表示所述水体水层 的总悬浮物浓度，表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数；

当水体参数为叶绿素浓度时，所述第一波长的数量为3，所述第一波长分别为 ，和 ，所述关系函数为： ，表示所述水体水层 的叶绿素浓度， 表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数； 表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数； 表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数；

当水体参数为有机悬浮物浓度时，所述第一波长的数量为1，所述第一波长为 ， 所述函数关系为： ， 表示所述水体水层 的有机悬浮物浓度，表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数；

当水体参数为有色可溶有机物吸收系数时，所述第一波长的数量为2，所述第一波长分别为 和 ，所述关系函数为：aCDOM ，表示所述水体水层x在波长为440nm的光线照射下的有色可溶有机物吸收系数， 表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数， 表示波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数。

4.如权利要求3所述的高坝水库水环境垂向监测方法，其特征在于，当水体参数为总悬浮物浓度时，所述关系函数为： ；当水体参数为叶绿素浓度时，所述关系函数为：

；当水体参数

为有机悬浮物浓度时，所述关系函数为： ；当水体参数为

有色可溶有机物吸收系数时，所述关系函数为：

。

5.如权利要求1所述的高坝水库水环境垂向监测方法，其特征在于，所述第一数值大于等于0.85。

6.一种高坝水库水环境垂向监测系统，其特征在于，包括：

漫衰减系数获取模块，用于通过水体第一位置处的第一辐照度和第二位置处的第二辐照度，获取所述第一位置与所述第二位置之间水层的漫衰减系数；所述第一辐照度和所述第二辐照度均通过光谱仪接收水体中第一波段的光线获得，所述第一波段中每个波长对应一个第一辐照度和一个第二辐照度；

数据集确定模块，用于获取包括数据对的建模数据集，所述数据对包括所述第一位置与所述第二位置之间水层的水体参数和该水层的漫衰减系数，所述第一波段中每个波长对应一个漫衰减系数；

关系函数确定模块，用于基于所述建模数据集，获取所述水体参数与所述漫衰减系数之间的关系函数，所述关系函数确定模块包括漫衰减系数确定单元、数据回归单元和函数确定单元：所述漫衰减系数确定单元用于确定第一波长对应的漫衰减系数，所述第一波段包括所述第一波长，待建模水体参数在所述第一波长处呈现强吸收；

所述数据回归单元用于基于所述待建模水体参数和第一波长对应的漫衰减系数，获取初始关系函数及其对应的相关系数；

所述函数确定单元用于基于所述相关系数，调整所述初始关系函数，直至相关系数大于第一数值，此时相关系数对应的初始关系函数即为所述水体参数与所述漫衰减系数之间的关系函数；

实时水体参数确定模块，用于获取目标水层的漫衰减系数，基于所述关系函数，反演目标水层所对应的实时水体参数；

所述水体参数包括总悬浮物浓度、叶绿素浓度、有机悬浮物浓度、有色可溶有机物吸收系数中的一项或者多项。

7.一种高坝水库水环境垂向监测设备，其特征在于，包括水下运载平台、光谱仪、存储器和处理器，所述水下运载平台与所述光谱仪连接，且所述水下运载平台带动所述光谱仪在水环境中垂向移动，所述存储器与所述光谱仪通过电信号连接，所述存储器与所述水下运载平台通过电信号连接，且所述存储器存储有计算机程序，所述处理器与所述存储器通过电信号连接，所述处理器从所述存储器中调用并执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。

8.如权利要求7所述的高坝水库水环境垂向监测设备，其特征在于，所述监测设备工作时，所述水下运载平台控制所述光谱仪以第一速度下降；所述光谱仪以第一频率采集辐照度。

说明书

一种高坝水库水环境垂向监测方法、系统及设备

技术领域

[0001] 本申请涉及水域探测领域，具体而言，涉及一种高坝水库水环境垂向监测方法、系统及设备。

背景技术

[0002] 水质垂向监测有助于全面了解高坝水库水体的水质状况和生态环境的变化情况，如蓝藻水华、富营养化等，从而有助于为水质改善、生态保护及水灾害防治提供决策支持。

[0003] 高坝水库水质监测的常规监测方法是采用水样采样器垂向逐层采集不同深度的水样，之后对采集的水样进行实验室分析，通过采用单一参数评价指数法或多参数的综合评价法进行水质评价。然而，由于湖库深浅不一，采样点多，导致采样工作较为繁琐和困难，且水样数据的同步处理过程比较复杂。

[0004] 因此，有必要优化上述常规水质监测方法，以便更加便捷且准确地进行高坝水库水环境垂向监测。

发明内容

[0005] 为了便捷且准确地进行高坝水库水环境垂向监测，本申请提供了一种高坝水库水环境垂向监测方法系统及设备。

[0006] 本申请的实施例是这样实现的：

[0007] 第一方面，本申请提供一种高坝水库水环境垂向监测方法，包括：

[0008] 通过水体第一位置处的第一辐照度和第二位置处的第二辐照度，获取所述第一位置与所述第二位置之间水层的漫衰减系数；所述第一辐照度和所述第二辐照度均通过光谱仪接收水体中第一波段的光线获得，所述第一波段中每个波长对应一个第一辐照度和一个第二辐照度；

[0009] 获取包括数据对的建模数据集，所述数据对包括所述第一位置与所述第二位置之间水层的水体参数和该水层的漫衰减系数，所述第一波段中每个波长对应一个漫衰减系数；

[0010] 基于所述建模数据集，获取所述水体参数与所述漫衰减系数之间的关系函数；

[0011] 获取目标水层的漫衰减系数，基于所述关系函数，反演目标水层所对应的实时水体参数。

[0012] 在一种可能的实现方式中，基于所述建模数据集，获取所述水体参数与所述漫衰减系数之间的关系函数，包括：

[0013] 确定第一波长对应的漫衰减系数，所述第一波段包括所述第一波长，待建模水体参数在所述第一波长处呈现强吸收；

[0014] 基于所述待建模水体参数和第一波长对应的漫衰减系数，获取初始关系函数及其对应的相关系数；

[0015] 基于所述相关系数，调整所述初始关系函数，直至相关系数大于第一数值，此时相关系数对应的初始关系函数即为所述水体参数与所述漫衰减系数之间的关系函数。

[0016] 在一种可能的实现方式中，所述第一波段为320 950nm；所述第一波长的数量大于~等于1。

[0017] 在一种可能的实现方式中，所述水体参数包括总悬浮物浓度、叶绿素浓度、有机悬浮物浓度、有色可溶有机物吸收系数中的一项或者多项。

[0018] 在一种可能的实现方式中，当水体参数为总悬浮物浓度时，所述第一波长的数量为1，所述第一波长为 ，所述关系函数为： ， 表示所述水体水层 的总悬浮物浓度， 表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰
减系数；

[0019] 当水体参数为叶绿素浓度时，所述第一波长的数量为3，所述第一波长分别为， 和 ，所述关系函数为：， 表示所述水体水层 的叶绿素
浓度， 表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数； 表
示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数； 表示 波长的光
线照射所述水体中水层x的漫衰减系数；

[0020] 当水体参数为有机悬浮物浓度时，所述第一波长的数量为1，所述第一波长为， 所述关系函数为： ， 表示所述水体水层 的有机悬浮物浓度， 表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数；

[0021] 当水体参数为有色可溶有机物吸收系数时，所述第一波长的数量为2，所述第一波长分别为 和 ，所述关系函数为：aCDOM ，表示所述水体水层x在波长为440nm的光线照射下的有色可溶有机物吸收系
数， 表示 波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数， 表示
波长的光线照射所述水体中水层x的漫衰减系数。

[0022] 在一种可能的实现方式中，当水体参数为总悬浮物浓度时，所述关系函数为：；当水体参数为叶绿素浓度时，所述关系函数为：
；当水体参
数为有机悬浮物浓度时，所述关系函数为： ；当水体参数
为有色可溶有机物吸收系数时，所述关系函数为：
。

[0023] 在一种可能的实现方式中，所述第一数值大于等于0.85。

[0024] 第二方面，本申请提供一种水环境垂向监测系统，包括：

[0025] 漫衰减系数获取模块，用于通过水体第一位置处的第一辐照度和第二位置处的第二辐照度，获取所述第一位置与所述第二位置之间水层的漫衰减系数；所述第一辐照度和所述第二辐照度均通过光谱仪接收水体中第一波段的光线获得，所述第一波段中每个波长对应一个第一辐照度和一个第二辐照度；

[0026] 数据集确定模块，用于获取包括数据对的建模数据集，所述数据对包括所述第一位置与所述第二位置之间水层的水体参数和该水层的漫衰减系数，所述第一波段中每个波长对应一个漫衰减系数；

[0027] 关系函数确定模块，用于基于所述建模数据集，获取所述水体参数与所述漫衰减系数之间的关系函数；

[0028] 实时水体参数确定模块，用于获取目标水层的漫衰减系数，基于所述关系函数，反演目标水层所对应的实时水体参数。

[0029] 第三方面，本申请提供一种水环境垂向监测设备，该设备包括水下运载平台、光谱仪、存储器和处理器，所述水下运载平台与所述光谱仪连接，且所述水下运载平台带动所述光谱仪在水环境中垂向移动，所述存储器与所述光谱仪通过电信号连接，所述存储器与所述水下运载平台通过电信号连接，且所述存储器存储有计算机程序，所述处理器与所述存储器通过电信号连接，所述处理器从所述存储器中调用并执行所述计算机程序时实现上述第一方面中任一项所示的水环境垂向监测方法的步骤。

[0030] 在一种可能的实现方式中，所述监测设备工作时，所述水下运载平台控制所述光谱仪以第一速度下降；所述光谱仪以第一频率采集辐照度。

[0031] 本申请提供的技术方案至少可以达到以下有益效果：

[0032] 本申请提供的水环境垂向监测方法通过先获取逐层漫射衰减系数及对应水层的水体参数组成的数据对，然后基于包含数据对的建模数据集，获取同层水体中各个水体参数与漫衰减系数之间关系函数，再基于获取的目标水层处的漫衰减系数和相应关系函数，通过反演的方式有效获得精确的实时水体参数，整个高坝水库水环境垂向监测过程操作便捷，且有助于提高水质检测的准确性。

附图说明

[0033] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0034] 图1是本申请一示例性实施例示出的一种高坝水库水环境垂向监测设备的结构示意图；

[0035] 图2是本申请一示例性实施例示出的一种光谱仪的结构示意图；

[0036] 图3是本申请一示例性实施例示出的一种高坝水库水环境垂向监测方法的流程示意图；

[0037] 图4是本申请一示例性实施例示出的高坝水库水环境垂向监测方法中步骤300的流程示意图；

[0038] 图5是本申请一示例性实施例示出的一种高坝水库水环境垂向监测系统的结构示意图。

具体实施方式

[0039] 为了使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚明白，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0040] 需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

[0041] 本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。

[0042] 术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

[0043] 水环境关系到人们的饮水安全、公众健康和疾病控制，水质状况甚至关系到整个生态环境，因此，需要对水环境进行水质垂向监测，尤其是对高坝水库水环境中水质的分析，以全面了解水体的水质状况和生态环境的变化情况，为后期水体利用提供理论指导。

[0044] 常规水质垂向监测方法是操作人员先通过水样采集器进行垂直逐层采集水样，然后对采集的水样进行实验室分析，通过采用单一参数评价指数法或多参数的综合评价法进行水质评价。该监测方法虽然操作相对简单，但是由于湖库深浅不一，采样点多，导致采样工作较为繁琐和困难，且由于采集和分析的数量有限，对整个河流湖泊而言，不具有典型的代表意义，数据同步处理的过程也较为复杂。

[0045] 本申请立足于上述技术的弊端，提出了一种高坝水库水环境垂向监测方法、系统及设备，其中，高坝水库水环境垂向监测方法为：通过水体第一位置处的第一辐照度和第二位置处的第二辐照度，获取所述第一位置与所述第二位置之间水层的漫衰减系数，按此方式依次获取逐层漫射衰减系数，同时获取逐层的水体参数，逐层的漫衰减系数及对应的水体参数组成数据对，然后基于包含数据对的建模数据集，确定各个水体参数与漫衰减系数之间的关系函数，之后再基于获取的目标水层处的漫衰减系数和相应关系函数，反演该目标水层对应的实时水体参数。基于关系函数，可有效获得精确的实时水体参数，达到了便捷且准确地进行高坝水库水环境垂向监测的目的，本申请提供的高坝水库水环境垂向监测方法、系统及设备具有广泛应用前景。

[0046] 在一个示例性实施例中，本申请中高坝水库水环境垂向监测方法可应用于图1所示的高坝水库水环境垂向监测设备，水环境垂向监测设备包括水下运载平台、光谱仪、存储器和处理器，水下运载平台与光谱仪连接，且水下运载平台带动光谱仪在水环境中垂向移动，存储器与光谱仪通过电信号连接，存储器与水下运载平台通过电信号连接，且存储器存储有计算机程序，处理器与存储器通过电信号连接，处理器从存储器中调用并执行计算机程序时实现本申请提供的水环境垂向监测方法的步骤。通信总线用于在各组件之间（比如处理器和存储器之间）传送信息，通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图1中仅用一条通信总线进行示意，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于供该水环境垂向监测设备与其它设备或通信网络进行通信。

[0047] 可以理解的是，光谱仪采用能够在水下适用的光谱仪，如图2所示，光谱仪的一端是探头，另一端是数据线电源线。光谱仪在水下运载平台的带动下从水面竖直穿透水体的过程中采集太阳光，进行辐照度的测量。为了使最终获得的水质信息结果更加精确，光谱仪的光谱分辨率为2.0‑3.5nm（例如，光谱分辨率为3.3nm）。光谱仪在工作时，采集波长范围为320 950nm的太阳光，此时，光谱仪探测的波段较宽，探测的波长范围广，不需要额外增加激~
光发射器及接收器，因此本申请的高坝水库水环境垂向监测设备的成本相对较低。水下运载平台可为自主水下航行器、升降机或者潜水无人机，作为一种示例，本申请选用升降机。

[0048] 高坝水库水环境垂向监测设备工作时，水下运载平台带动光谱仪从水体向阳的一侧上方以第一速度下降，直至到达距离水底0.5米处停止下降，在此过程中，光谱仪以第一频率采集下行辐照度。第一速度及第一频率的具体取值可根据实际情况进行设定，为了进一步提高最终获得水质信息的准确性，以下实施例中，第一速度为1cm/s，第一频率为1条/s，此时可获得逐厘米的辐照度，有助于后期基于较多数据对更加精准获取关系函数。另外，在野外原位测量时，水下运载平台及光谱仪一般水平伸出船沿外1.4‑1.6米，如1.5米，以避免船体阴影造成的影响，进而促进最终监测结果的准确性。

[0049] 需要说明的是，处理器可以是一个通用中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）、微处理器，或者可以是一个或多个用于实现本申请方案的集成电路，例如，专用集成电路（Application‑Specific Integrated Circuit，ASIC），可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD），现场可编程逻辑门阵列（Field‑Programmable Gate Array，FPGA），通用阵列逻辑（Generic Array Logic，GAL）或其任意组合。

[0050] 可选地，处理器可以包括一个或多个CPU。水环境垂向监测设备可以包括多个处理器。这些处理器中的每一个可以是一个单核处理器（single‑CPU），也可以是一个多核处理器（multi‑CPU）。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路和/或用于处理数据（如计算机程序指令）的处理核。

[0051] 存储器可以是只读存储器（Read‑Only Memory，ROM）或可存储静态信息和指令的其它类型的静态存储设备，也可以是随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或者可存储信息和指令的其它类型的动态存储设备，还可以是电可擦可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read‑Only Memory，EEPROM）、只读光盘（Compact Disc Read‑Only Memory，CD‑ROM）或其它光盘存储、光碟存储（包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等）、磁盘存储介质或者其它磁存储设备，或者是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其它介质，但不限于此。

[0052] 可选地，存储器可以是独立存在，并通过通信总线与处理器相连接；存储器也可以和处理器集成在一起。

[0053] 通信接口包括有线通信接口或无线通信接口。其中，有线通信接口例如可以为以太网接口。以太网接口可以是光接口，电接口或其组合。无线通信接口可以为无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）接口、蜂窝网络通信接口或其组合等。

[0054] 在一些实施例中，该水环境垂向监测设备还可以包括输出设备和输入设备。输出设备和处理器通信，可以以多种方式来显示信息。例如，输出设备可以是液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）、发光二极管（Light Emitting Diode，LED）显示设备、阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）显示设备或投影仪（projector）等。输入设备和处理器通信，可以以多种方式接收用户的输入。例如，输入设备可以是鼠标、键盘、触摸屏设备或传感设备等。

[0055] 该高坝水库水环境垂向监测设备可以通过处理器调用并执行存储在存储器中的计算机程序，以实现本申请实施例提供的下述高坝水库水环境垂向监测方法的步骤。

[0056] 如图3所示，水环境垂向监测方法的具体步骤如下：

[0057] 步骤100、通过水体第一位置处的第一辐照度和第二位置处的第二辐照度，获取第一位置与第二位置之间水层的漫衰减系数；第一辐照度和第二辐照度均通过光谱仪接收水体中第一波段的光线获得，第一波段中每个波长对应一个第一辐照度和一个第二辐照度。

[0058] 可以理解的是，第一波段具体取值可根据实际场景进行适应性选取，如，第一波段可为200‑1000nm，也可为320 950nm，还可为300‑800nm，作为一种示例，当第一波段为320~ ~950nm，此时，可以在不增加激光发射器和接收器数量的基础上，检测到较宽范围波长处的数据，有助于后续结果的准确性。

[0059] 具体的，漫衰减系数可用 表示， 为第一数值与第二数值的比值，其中，第一数值为第二辐照度与第一辐照度比值的对数值，第二数值为第一位置的深度与第二位置的深度的差值。即 可通过式（1）表示。

[0060]

[0061] 式中， 为波长λ对应的光线照射水下第一位置z1（z1为第一位置的深度）到第二位置z2（z2为第二位置的深度）之间水层(该水层的代号是x)的漫衰减系数，z1表示从水体表面到第一位置处的距离，z2表示从水体表面到第二位置处的距离，z1

[0062] 可以理解的是，每个第二位置均可获得第一波段中每个波长对应的漫衰减系数，更换第一位置也可获得第一波段中每个波长对应的不同的漫衰减系数。换言之，为了准确分析水质，需要获取不同水层的水体参数与该水层对应的漫衰减系数之间的关系函数，故需要测量不同水层对应的漫衰减系数及相应的水体参数。需要说明的是，漫衰减系数及相应的水体参数数据的获取量由本领域技术人员根据具体情况设定，此处不再赘述。

[0063] 步骤200、获取包括数据对的建模数据集，数据对包括第一位置与第二位置之间水层的水体参数和该水层的漫衰减系数，第一波段中每个波长对应一个漫衰减系数。

[0064] 可以理解的是，建模数据集中包含多个数据对，每个数据对对应一个待建模水体的水层，且每个数据对中包含第一波段中每个波长对应的漫衰减系数和第一位置与第二位置之间水层的各项水体参数。作为一种示例，若通过本申请的水环境垂向监测设备获取了待建模水体中10个水层的漫衰减系数和各个水层的水体参数，此时，光谱仪采集第一波段的光线，第一波段中每个波长的光线在每个水层对应一个漫衰减系数，则建模数据集中包含10个数据对，且每个数据对依次包括10个水层中某一水层每个波长光线对应的漫衰减系数和该水层对应的水体参数。

[0065] 需要说明的是，第一位置与第二位置之间水层的水体参数既可根据文献值获取，也可通过相应的传感器测得。其中，水体参数包括总悬浮物浓度、叶绿素浓度、有机悬浮物浓度、有色可溶有机物吸收系数中的一项或者多项。作为一种示例，此处，水体参数包括总悬浮物浓度、叶绿素浓度、有机悬浮物浓度和有色可溶有机物吸收系数。

[0066] 为了保证建模过程及后续实时检测过程的操作一致性，本申请实施例采用传感器进行各项水体参数检测。具体地，水下运载平台集成有声学导航传感器、GPS、压力传感器、姿态传感器、有色溶解有机物(CODM)传感器、叶绿素传感器等传感器，有机悬浮物浓度传感器及总悬浮物浓度传感器，传感器的类型可根据实际情况进行设定，此处不做具体限定。

[0067] 步骤300、基于建模数据集，获取各个水体参数与漫衰减系数之间的关系函数，如图4所示，该过程具体包括：

[0068] 步骤310，确定第一波长对应的漫衰减系数，第一波段包括第一波长，待建模水体参数在第一波长处呈现强吸收；

[0069] 步骤320，基于待建模水体参数和第一波长对应的漫衰减系数，获取初始关系函数及其对应的相关系数；

[0070] 步骤330，基于相关系数，调整初始关系函数，直至相关系数大于第一数值，此时相关系数对应的初始关系函数即为水体参数与漫衰减系数之间的关系函数。

[0071] 可以理解的是，需要测定几个待建模水体参数，就需要获取对应相同数量的关系函数。

[0072] 需要说明的是，在上述获取关系函数的过程中，需要进行迭代拟合，直至初始关系函数的相关系数大于第一数值，第一数值一般大于等于0.85，采用本申请的方法获得的最终关系函数的第一数值均在0.85以上，由此说明，本申请获得的关系函数可准确表示待建模水体参数与漫衰减系数之间的换算关系，有助于后期基于该关系函数准确确定目标水层处的各项水体参数，进而准确进行水质分析。

[0073] 具体的，当水体参数为总悬浮物浓度时，第一波长的数量为1，第一波长为 ，关系函数为： ， 表示水体水层 的总悬浮物浓度， 表示 波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数。

[0074] 当水体参数为叶绿素浓度时，第一波长的数量为3，第一波长分别为 ，和 ，关系函数为： ，表示水体水层 的叶绿素浓度， 表示 波长的光线照射水体中水层x
的漫衰减系数； 表示 波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数；
表示 波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数。

[0075] 当水体参数为有机悬浮物浓度时，第一波长的数量为1，第一波长为 ， 关系函数为： ， 表示水体水层 的有机悬浮物浓度， 表示波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数。

[0076] 当水体参数为有色可溶有机物吸收系数时，第一波长的数量为2，第一波长分别为和 ，关系函数为：aCDOM ， 表示水体水层x在波长为440nm的光线照射下的有色可溶有机物吸收系数， 表示波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数， 表示 波长的光线照射
水体中水层x的漫衰减系数。作为一种示例，本申请意外发现当各个水体参数与漫衰减系数的关系函数为如下关系时，二者的换算关系准确，有助于达到便捷且准确地进行水环境垂向监测的目的：

[0077] ；；
；
。

[0078] 步骤400、获取目标水层的漫衰减系数，基于关系函数，反演目标水层所对应的实时水体参数。

[0079] 具体地，当获取关系函数后，测定目标水层的漫衰减系数，然后将目标水层的漫衰减系数代入对应的关系函数中，获取目标水层处的水体参数，根据上述关系函数，能够获取不同目标水层的水体参数，尤其是不易通过水样采样器采集水样的位置的水体参数，以便后期基于一项或者多项目标水层处的水体参数进行水质分析，该过程中，只需要获取目标水层的漫衰减系数，并依靠关系函数确定目标水层的水体参数即可，简单便捷，且准确性较高。

[0080] 另外，如图5所示，本申请还公开一种水环境垂向监测系统，具体包括漫衰减系数获取模块、数据集确定模块、关系函数确定模块和实时水体参数确定模块，具体地：

[0081] 漫衰减系数获取模块用于通过水体第一位置处的第一辐照度和第二位置处的第二辐照度，获取第一位置与第二位置之间水层的漫衰减系数；第一辐照度和第二辐照度均通过光谱仪接收水体中第一波段的光线获得，第一波段中每个波长对应一个第一辐照度和一个第二辐照度。其中，第一波段可为320 950nm；光谱仪的光谱分辨率可为1.0‑3.5nm。~

[0082] 数据集确定模块用于获取包括数据对的建模数据集，数据对包括第一位置与第二位置之间水层的水体参数和漫衰减系数，第一波段中每个波长对应一个漫衰减系数。

[0083] 水体参数包括总悬浮物浓度、叶绿素浓度、有机悬浮物浓度、有色可溶有机物吸收系数中的一项或者多项。

[0084] 关系函数确定模块用于基于建模数据集，获取各个水体参数与漫衰减系数之间的关系函数。具体地，关系函数确定模块包括漫衰减系数确定单元、数据回归单元和函数确定单元，漫衰减系数确定单元用于确定第一波长对应的漫衰减系数，第一波段包括第一波长，待建模水体参数在第一波长处呈现强吸收。回归单元用于基于待建模水体参数和第一波长对应的漫衰减系数，获取初始关系函数及其对应的相关系数。函数确定单元用于基于相关系数，调整初始关系函数，直至相关系数大于第一数值，此时相关系数对应的初始关系函数即为水体参数与漫衰减系数之间的关系函数。

[0085] 当关系函数用于表征总悬浮物浓度与漫衰减系数之间的关系时，关系函数为：

[0086] ， 表示水体中水层x的总悬浮物浓度；

[0087] 当关系函数用于表征叶绿素浓度与漫衰减系数之间的关系时，关系函数为：

[0088] ，表示水体中水层x的叶绿素浓度；

[0089] 当关系函数用于表征有机悬浮物浓度与漫衰减系数之间的关系时，关系函数为：

[0090] ， 表示水体中水层x的有机悬浮物浓度；

[0091] 当关系函数用于表征有色可溶有机物吸收系数与漫衰减系数之间的关系时，关系函数为：

[0092] ， 表示水体中水层x的有色可溶有机物吸收系数；

[0093] 其中， 表示623nm波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数；表示445nm波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数； 表示532nm波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数； 表示673nm波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数； 表示710nm波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数； 表示
740nm波长的光线照射水体中水层x的漫衰减系数。

[0094] 实时水体参数确定模块用于获取目标水层的漫衰减系数，基于关系函数，反演目标水层所对应的实时水体参数。

[0095] 本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有至少一项计算机程序，该计算机程序被处理器调用并运行时，实现上述各方法实施例水环境垂向监测方法中的部分或者全部步骤。

[0096] 作为一个示例，该计算机可读存储介质可以为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。应该理解的是，本申请实施例中的技术方案可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。因此，本申请实施例中的技术方案本质上或者对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在计算机可读存储介质中。

[0097] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0098] 以上所述的实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。