CN104197983A - 水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水体生态环境修复领域，水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统是预防蓝藻爆发的生态修复监测系统，通过对蓝藻发生、发展与水华预警的监测，为水体生态修复提供决策依据，本发明采用的技术方案包含，采用叶绿素传感器采集溶解在水体中蓝藻的成份、采用日照时数传感器、风速和风向传感器采集蓝藻生长的水文环境，采用水体鱼群探测器采集不同深度水体的鱼群数量，采用摄像传感器采集待测水域的水情，传感器采集的数据经过数据采集管理模块传送至监测系统平台，通过监测系统平台管理不同水域的水华预警的水体生态信息。

Description

水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统

技术领域

本发明属于在线水体生态修复监测领域，具体涉及水体中蓝藻引起的水体污染以及生态修复的监测。

背景技术

目前太湖、巢湖等内陆湖体蓝藻水华事件频发、在合适的温度下、蓝绿藻在在富营养化水体中疯长引起水体中氧份耗尽、水体中水生生物死亡、水生生物死亡后引起营养的近一步释放又加剧了富营养化，蓝藻群体上浮、聚集在水表面形成水华，而在以下水体中藻类的群体却明显减少，而在水华形成前后，同一水柱中的叶绿素总量可能并没有很大变化，在大多数情况下，这种突然出现的“水华”只不过是已存在、分散在水体中的藻类群体在适宜条件下的上浮、聚集、迁移至水面并为人们肉眼所见的过程，因此，实时监测水体中的叶绿素a的含量是能反映水华发生发展的程度。

目前国内各湖区采用叶绿素a、水中溶解氧、浊度、总磷、总氮、pH值等一系列水质参数推断水体的综合营养指数，采用合适的模型推断水体的营养状况，但多个水质参数一方面设备成本、维护成本投入高，在区、县地方很难普及；另一方面，水文、水质的监测参数反映水体的各层面特定情况，水质的各参数(如叶绿素、溶解氧、浊度、透明度、pH)相互关联，重复监测造成建设成本的浪费和分析数据的冗余。

蓝藻的生长发育主要是由水温、日照时数决定，风向和风速加速蓝藻聚集。

目前蓝藻监测的方法主要是对水体的水质、气象或水情进行监测，对水面水情用摄像头采集，采用一定的算法预测蓝藻的发生发展概率；如专利CN201569904U采用多参数水质传感器、气象传感器对所测水域进行监测，并通过GPRS方式或射频方式传送监控中心分析，监控中心将反馈结果通过执行器对蓝澡生长进行抑制；在专利CN103198325A和CN102592140A中都采用节点处理的方式对待测水域用监控摄像头拍摄水体，采用向量机的各种算法预测蓝藻的发生、发展；在专利CN201689088U中采用浮标方式安装监测点，对待测水域的水质、风向和风速传感器以及视频监控和数据采集相结合的方式对系统进行综合监控，在专利CN103063202A中采用遥感影像的方式对蓝藻生物量构建蓝藻归一化指数，提取蓝藻空间分布信息、检测蓝藻空间分布的变化。

本专利通过对水体植物含量的监测预测水体蓝藻的生长状况、对鱼群数目的监测反映水体生态活性，综合反映水体的生态环境，为生态修复提供有力的决策支持。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统。

本专利对蓝藻进行水质、水文、水面水情、以及水体的鱼群活性进行监测，多维度的反映了易于滋生蓝藻生长的水体生态系统状况，另外采用地理信息系统将各处待测点的水体与地理信息系统联系起来，可以直观观测不同水域的水体生态环境以及各参数的时空变化。

水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的技术方案中包含：

底层传感器模块、数据采集管理模块和水体生态监测系统模块。

底层传感器对待测水域的蓝藻含量以及蓝藻生长的气候环境进行监测，对不同水体深度的鱼群数目进行监测，以及对待测水域水面水情的监测。

数据采集管理模块对所监测的待测水域的底层传感器的数据进行采集并传输至水体生态监测系统模块。

水体生态监测系统模块，控制数据采集管理模块，并将其发送的数据保存、显示在相关界面上。

其上所述的水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的底层传感器模块，其特征在于：

包含检测溶解于水体的蓝藻含量的叶绿素传感器、容易滋生蓝藻生长的日照时数传感器、风向和风速传感器、监测水体不同深度鱼群数目的鱼群传感器，以及监测水面水情的摄像传感器。

其上所述的水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的数据采集管理模块，其特征在于：

包含叶绿素传感器的采集接口和温度、日照时数、风向、风速传感器的接口，以及高清晰图像传感器的接口，通过相应的接口将底层传感器传输至采集管理模块，采集管理模块存储相应的数据并将数据传输至水体生态监测系统模块。

其上所述的水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的水体生态监测系统模块，其特征在于：

包含存储叶绿素传感器的浓度、待测水域温度、日照时间、风向、风速、以及水面水情的图像数据库，以及与数据采集管理模块的交互接口，水体生态监测系统模块显示界面，以及基于地理信息系统的各处水域与其生态信息的对应列表，各处水域的同一参数的对应列表。

附图说明

图1为本发明水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的框架图；

图2为本发明水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的数据采集管理模块的原理框架图

图3为本发明水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的各种底层传感器的组成模块图；

图4为本发明水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的水体生态监测系统模块的各个监测点的生态信息对应列表主界面。

图5为本发明水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的水体生态监测系统模块的各处水域的同一参数对应列表。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的框架图，具体包括以下模块：

底层传感器模块，对待测点的蓝藻含量以及蓝藻生长的气候环境进行监测，待测水域不同水体深度的鱼群数目进行监测，以及待测水域水情的监测。

数据采集管理模块，对所监测的待测水域的底层传感器的数据进行采集并传输至水体生态监测系统模块。

水体生态监测系统模块，控制数据采集管理模块，并将其发送的数据保存、显示在相关界面上。

图2是水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的数据采集管理模块的原理框架图，微处理器通过RS485协议与水质传感器、水文传感器、生态活性传感器、云台通信，采集叶绿素浓度、温度、风力、风向、鱼群数目等参数，控制云台的俯仰、周向旋转角观测各处水情；

将待测水域的测量数据传输至上位机，并执行水体生态监测系统模块的相应指令；摄像传感器将高清晰图片发送至数据库服务器，并执行水体生态监测系统模块的相应指令，对摄像机进行相应的控制。

图3是水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的各种底层传感器的组成模块图，整个系统放置在水面上的浮体装置，外接电源满足各个传感器及设备的供电；摄像机安装在云台上，通过旋转云台观测四周水面水情、通过云台俯仰以及调节相机的焦距观察远景及近处的细节。

叶绿素传感器置于水体，探测该处水域的叶绿素含量；鱼群探测器置于水体观测该特定区域不同水深的鱼群数目；安装在浮体装置上的日照时间传感器、风速传感器、风向传感器、温度传感器测量该处的水文参数；数据采集单元采集各个传感器的数据并通过数据传输单元将采集到的数据发送至水体生态监测系统模块。

投入至水体的传感器通过超声波的方式对传感器的关键部件进行清洗。

图4是水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的水体生态监测系统模块的各个监测点的生态信息对应列表主界面，单击某一个监测点时，出现该处水域监测数据，包含水质参数、水文参数、水体生物活性参数、以及该处水域的视频系统。

图5是水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统的水体生态监测系统模块的各处水域的同一参数对应列表，我们选择相应的按钮可以得到同一个参数，在不同水域处的数值，以及该参数随时间的变化趋势，提醒相关执法部门该参数变化趋势的可能来源；形成特定维度的水体生态修复趋势分析图。

Claims (8)

1.水体蓝藻爆发预警的生态修复监测系统，其特征在于，包含：

底层传感器模块，对待测水域的蓝藻含量以及蓝藻生长的气候环境进行监测，待测水域的不同水体深度的鱼群数目进行监测，以及待测水域水情的监测。

数据采集管理模块，对待测监测水域的底层传感器的数据进行采集并传输至水体生态监测系统模块。

水体生态监测系统模块，控制数据采集管理模块，并将其发送的数据保存、显示在相关界面上。

2.根据权利要求1所述的底层传感器模块，其特征在于：

包含检测溶解于水体的蓝藻含量的叶绿素传感器、待测水域气候监测的日照时数传感器、温度传感器、风向和风速传感器、待测水域生态活性检测的鱼群探测器，以及监测水情的摄像传感器。

3.根据权利要求1所述的数据采集管理模块，其特征在于：

包含叶绿素传感器的采集接口和温度、日照时数、风向、风速传感器的接口，以及摄像传感器的接口，通过相应的接口将底层传感器传输至采集管理模块，采集管理模块存储相应的数据并将数据传输至水体生态监测系统模块。

4.根据权利要求1所述的蓝藻爆发预警的水体生态监测系统模块，其特征在于：

包含存储叶绿素传感器的浓度、待测水域温度、日照时数、风向、风速、以及水面水情图像的数据库，以及与数据采集管理模块的交互接口，水体生态监测系统模块显示界面。

5.根据权利要求2所述的底层传感器模块，其特征在于叶绿素传感器采用荧光法监测水体叶绿素；日照时数传感器收集波长在380nm-2000nm范围内的光能量；采用铂电阻温度传感器；采用尾翼式风力传感器；采用三杯式螺旋管式风速传感器；采用超声波鱼群探测器；摄像传感器安装在云台之上。

6.根据权利要求3所述的数据采集管理模块，其特征在于包含采集水质参数的叶绿素传感器接口，包含水文参数的温度、日照时数、风力、风向接口，包含水体生态的鱼群探测传感器接口，以及水面水情的视频接口，各个传感器相应的底层数据存储单元，以及与水体生态监测系统模块通信的相应接口。

7.根据权利要求4所述的蓝藻爆发预警的水体生态监测系统模块，其特征在于包含用户界面、功能模块、应用服务层、数据交互层和数据库，本发明基于蓝藻爆发预警的工程实施，检测内容包含而不限于以上的水质、水文、水体、水面参数。

8.根据权利要求1所述的蓝藻爆发预警的水体生态监测系统模块，其特征在于采用地理信息系统，各处水域与其生态信息相联系，同时各处水域的同一参数也相互联系。