地面照度

地面照度是指空间地面上直接辐射到地面上的光能量。现场的建筑物的墙壁大多是水泥毛坯墙面，对大功率节能灯辐射到水泥毛坯墙面上的光能量，绝大部分是全部吸收，反射和折射的到地面的光能量极少，在这个空间中，大功率节能灯辐射到地面上的光能量只是直接辐射到地面上的部分。

地面照度详细介绍

地面照度是指空间地面上直接辐射到地面上的光能量。现场的建筑物的墙壁大多是水泥毛坯墙面，对大功率节能灯辐射到水泥毛坯墙面上的光能量，绝大部分是全部吸收，反射和折射的到地面的光能量极少，在这个空间中，大功率节能灯辐射到地面上的光能量只是直接辐射到地面上的部分。

地面照度概念

地面照度是指太阳光达到地面的光照强度。太阳光透过大气层直接投射到地面的部分，称“直射照度”；被大气层乱反射后投射到地面部分，称“散射照度”。地面照度是直射照度与散射照度的总和。一天之内中午前后直射照度最大，散射照度最小。散射照度影响物景的反差，在航空摄影中多选择在中午前后进行。

地面照度矢量法在计算空间目标地面照度中的应用

空间目标的地面照度计算是很有实际意义的，它是研究目标的光电探测辐射特性等过程中不可缺少的一个环节。本文从基本辐射理论出发，推导了空间漫反射表面的地面照度计算公式，并且介绍了如何采用矢量法对该公式中积分

进行计算，此方法可以应用于所有外形能写出函数关系的目标。

地面照度空间漫反射表面的地面照度

对空间目标，我们可以认为它是漫反射体，由于目标与太阳的距离相对目标的几何尺寸来说非常大，因此对目标来说，太阳光可以认为是平行光。设太阳的光谱辐照度为E(γ)，目标微面元dA的法线与太阳光方向的夹角为q₁，则dA上接收到的太阳辐射为

如目标表面的漫反射系数为σ(γ)，则dA发射出的光通量为

由于目标辐射通过的路程是大气，部分辐射由于大气的散射和吸收而损失，设目标与测站之间的距离为R，大气透过率为T_a，根据距离平方反比定律， dA产生的地面照度为：

对目标的整个表面积分，即得到目标的地面照度：

由于θ₁， θ₂是目标表面微元dA的法线与太阳方向、观测方向的夹角，因此对不同形状的目标，积分

不同，下面将阐述对任意形状的目标，如何用矢量法计算积分

。

地面照度矢量法计算目标地面照度

设目标外形曲面Σ的函数为f(x,y,z)= c（如图1所示）。对图1中太阳方向矢量n_s，规定其方向为远离目标；对观测方向矢量n_o，也规定其方向为远离目标；对曲面Σ，规定其上任一点的法向量指向朝外。

dA为在Σ上任取的微面元，（x,y,z）为dA中心点坐标，由于dA面积非常小，可以认为其法线为曲面在(x,y,z)处的法线，令其法向量为n，有n= {fx,fy,fz}。则dA的法向量与太阳方向的夹角为：

值得注意的是，q ₁,q ₂不可能对任何的角度都成立，只有当q₁,q ₂均≤π/2，即cosq₁,cosq₂均≥0时，目标照射部分才能被观测到，当cosq ₁,cosq ₂两者之一或两者都<0时，可令积分式中被积表达式为0，即可求出E。

地面照度矢量法的优点

从上面的实际计算过程可看出，采用矢量法计算积分òòcosq₁cosq ₂dA简单、方便，由于积分是在直角坐标下进行的，因而可以不受曲面形状的限制，任何复杂的空间曲面，只要能写出函数关系，均可计算出。计算过程中需注意：选取坐标系时应以有利于积分为原则，坐标系选定以后，根据曲面的具体形状，可以选取在xoy或xoz或yoz内积分，在不同的坐标面内积分，dA的表达式将会有所不同。实际计算可通过MATLAB编程来实现，程序简单，计算时间大约有几分钟。

地面照度不同倾角的秋刀鱼集鱼灯箱照度实验比较研究

地面照度研究背景

秋刀鱼(Cololabissaira)属颌针鱼目(Beloniformes)，竹刀鱼科(Scomberesocidae)，秋刀鱼属，又称竹刀鱼。秋刀鱼广泛分布于西北太平洋及其沿海海域。体内营养物质丰富，味道鲜美，且价格便宜，深受消费者欢迎，是日本、俄罗斯、韩国和我国台湾省等地的重要捕捞鱼种之一。秋刀鱼资源丰富，渔具渔法简单，渔获效率较高，具有较高的经济效益。现今从事秋刀鱼渔业的国家和地区大部分采用光诱舷提网作业，由于其操作简便、渔获效率高，从而得以迅速推广，我国大陆于2004年开始利用远洋鱿钓船在西南大西洋生产的间隙赴西北太平洋从事秋刀鱼舷提网渔业生产，至2013年年底，我国大陆有近30艘秋刀鱼船从事生产，年捕捞产量超过2万吨。国内外对秋刀鱼的生物学特性、资源渔场、秋刀鱼捕捞技术、视觉及趋光特性等进行了较为广泛的研究，但有关秋刀鱼集鱼灯灯光配置方面的研究较少。为此，本文根据集鱼灯灯箱的平面照度分布实验结果，利用Matlab7.0软件建立秋刀鱼集鱼灯照度分布模型，对不同倾角的秋刀鱼集鱼灯箱照明效果进行比较研究，希望为海上诱集捕捞实践提供参考。

地面照度实验过程和分析方法

（1）秋刀鱼集鱼灯灯箱装配

本文以“沪渔910”秋刀鱼舷提网船灯箱中长条形集鱼灯为研究对象，进行灯光测试实验，灯箱分布如图2所示。右舷共有37组长条灯箱，其中3组装配绿灯，船舯部一长条灯箱的延伸处装配有3组装有红灯圆形灯箱；左舷也有37组长条灯箱，其中6组装配绿灯；船体前部共装配有6组导鱼用圆形灯箱；尾部装配有5组长条灯。在海上实际生产中，集鱼灯箱的装配高度(以海平面为基准)为3.95m。

（2）实验的假设条件

在进行灯箱光学特性实验前，假设有以下理想条件：

①灯箱内集鱼灯具有相同的配光特性，集鱼灯在灯箱内等间距装配。

②灯箱内壁反射率相同，上、下挡板及左、右挡板的反光特性分别相同。

③不考虑光线遇实验系统外物品(如测量仪器和测量者、远处物品等)后反射对地面照度的影响。

地面照度实验结论

西德尔科尼夫在海上试验发现，秋刀鱼处在0.01～0.1 lx照度范围内时开始向光源移动，长期停留在150～200 lx的照度区域内，在600～800 lx照度区内只停留几秒，超过800lx时秋刀鱼即离开。本文研究发现，秋刀鱼集鱼灯箱的地面照度在其直射方向上呈现出随地面距离(L)的增加而减少的趋势，各倾角所形成的光场最大照度值在89～196 lx之间，与上述研究基本相符。秋刀鱼集鱼灯箱在不同倾角时的照度分布之间存在显著差异。通过照度分布实验，在30°倾角时的灯光照度光场波动变化大于45°和60°倾角时的照度光场波动变化，说明倾角越小，其海面光场的波动越大，其有效诱集区域也越小，不利于鱼群的聚集；但不是倾角越大越好，当倾角角度增大到一定程度时，其有效诱集区域也会随之减小，而且部分光线还会被反射到天空中，造成灯光浪费。通过灯光照度分布实验，我们发现，集鱼灯箱的倾角角度在50°～60°较为合适，对于某些诱鱼灯箱，其倾角可适当增加至70°。

集鱼灯光在传递到海面的过程中，主要存在两方面的能量衰减：一个是在灯箱内部，由于灯泡、灯具的相互干扰造成的灯光的散射和吸收。另一个是灯光从灯箱发出至海面点的传递过程中，由于空气吸收和散射以及船体对灯光的干扰造成的光通量的衰减。因此在实验过程中我们要考虑到这两点误差来源，进而进行计算，使结果更加精确。除此之外，海水对集鱼灯光的折射也是很明显的，而本次实验是在陆地上进行的，所测量的数据不可能与实际在海上操作的一致，故也可能会造成实验误差。由于受到实验条件的限制，只对不同倾角时的灯箱照度分布进行了研究，没有从多个角度和层次对秋刀鱼集鱼灯箱周围的光照度及其光强值变化分布进行研究，因此需要在今后进一步深入研究。