CN107727077A - 一种绿潮定量观测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿潮定量观测装置和方法，包括观测箱，其包括前片、后片、左片、右片、上片和下片，其中，后片为不透明材质，中心处设有观察孔，而其他五片为透明材质；前片可作前后方向移动；观测箱的左片和右片与后片的交界的中点处各突出一个固定横轴，立杆从固定横轴中穿过，固定横轴可沿着立杆上下移动；立杆上有刻度；所有立杆均连接于横杆；观测箱的左片和右片分别附有量角器，量角器的中心点分别位于左片和右片与后片交界线的中点处，0°刻度线分别与左片、右片和后片的交界线重合；前片设有均分别穿过前片的中心点并相互垂直的刻度线。本发明突破现有绿潮灾害船舶监测技术中的空白，提供绿潮船舶定量观测装置及其对应的定量观测方法。

Description

一种绿潮定量观测装置和方法

技术领域

本发明涉及海洋环境生态灾害监测领域，尤其涉及漂浮绿潮(灾害)船舶定量观测装置及使用该装置的定量观测方法。

背景技术

2007-2017年，在黄海海域连续11年暴发大规模绿潮，对沿海地区造成了不容小觑的生态环境环境影响和经济损失，其中，对水产养殖、滨海旅游、海上交通运输及海上赛事等相关产业影响严重，给江苏及山东沿海城市带来巨大的经济损失和社会影响。

因此，开展关于黄海绿潮的溯源、发生机理、发生发展过程和规律及其预测预警等方面的研究，对于灾害防控以及沿岸经济稳定发展具有十分重要的意义，这些研究都离不开绿潮面积、生物量等定量基础数据的支撑。目前，绿潮的监测预警预测方法中涉及到的绿潮的覆盖面积和分布面积，主要采用MODIS等为主的卫星遥感数据解译的方法，首先利用归一化差值植被指数(NDVI)阈值法等方法提取绿潮信息，再进行目视解译，剔除由于岛屿、薄云等造成的误判，然后统计后计算绿潮覆盖面积。虽然卫星数据具有覆盖比较全面的优点，可以较为准确的获取绿潮分布及覆盖面积。但是，首先，由于MODIS空间分辨率较低，存在大量的混合像元，从而导致绿潮提取的覆盖面积显著偏大；研究表明，250m分辨率的MODIS数据提取的绿潮覆盖面积约为真实值的2-3倍，远不能达到绿潮精细化业务化监测的精度要求。因此该技术本身存在绿潮覆盖面积偏大的缺陷，无法获得更为精细的定量结果。第二，该方法受到时空分辨率、天气、云层厚度、斑块大小、水体浑浊程度等诸多等因素的限制和影响，关键时期的数据常常因受到这些因素的影响无法进行解译而缺失，对预警预测工作的影响不容忽视。第三，卫星遥感数据反演使用的是海面反射的数据，漂浮绿潮藻体厚度不一，但厚度和反射数据没有关系，因此，卫星遥感解译方法存在无法与和藻体厚度直接相关的藻体生物量建立联系的缺陷；即使和卫星时间对应，同时采用船舶采集藻体从而得到同步的绿潮生物量数据，从而尝试进行卫星数据与生物量换算关系的建立，但是由于漂浮藻体厚度和反射数据没有对应关系，误差也会非常大。综上可知，卫星遥感监测得到的覆盖面积和分布面积不够准确；受到诸多因素的影响和限制而经常缺失关键数据；无法换算得到绿潮藻体生物量；因此卫星遥感监测无法得到绿潮的准确数量结果(分布面积、覆盖面积、生物量等)，无法满足绿潮发生发展趋势精细化预测预警的要求，对绿潮灾害防控工作的支撑作用不够，远不能完全满足绿潮联防联控等灾害管理工作的需求。

目前，只能通过船舶监测才能直接采集藻体从而得到绿潮藻体生物量数据，而在船舶监测技术领域，关于绿潮的覆盖面积、分布面积等数据缺少定量监测的设备和方法，监测基本停留在半定量甚至定性阶段，只是对绿潮情况进行粗略观察和估计，监测结果误差大，人为影响因素过大，完全无法满足精细化防灾减灾技术和管理两方面的需求。

发明内容

针对现有绿潮船舶监测技术的不足，本发明旨在提供一种绿潮定量观测装置和方法，填补现有绿潮灾害船舶监测技术的空白，提供绿潮(灾害)船舶定量观测装置及其对应的定量观测方法(包括覆盖面积、分布面积的观测方法以及藻体生物量监测方法)。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种绿潮定量观测装置，包括定量观测箱、固定横轴、立杆、横杆；

所述定量观测箱包括前片、后片、左片、右片、上片和下片，其中，所述后片为不透明材质，中心处设有观察孔，而前片、左片、右片、上片和下片为透明材质，所述前片可作前后方向移动；所述左片和右片与后片的交界的中点处各设有突出的固定横轴，立杆从固定横轴穿过，所述固定横轴可沿着所述立杆上下移动；立杆上设有刻度；所有立杆均连接于所述横杆；

所述左片和右片分别附有量角器，量角器的中心点分别位于左片和右片与后片交界线的中点处，两个量角器的0°刻度线分别与左片和后片、右片和后片的交界线重合；

所述前片设有分别穿过前片的中心点并相互垂直的刻度线。

进一步地，所述观察孔处设有摄像头，所述摄像头的拍摄方向垂直于后片。

进一步地，所述上片设有沿前后方向延伸的刻度槽，所述刻度槽的两侧有刻度；前片的顶部设有穿过所述刻度槽伸出观测箱外部的移动柄，通过移动所述移动柄可带动所述前片沿着所述刻度槽前后移动。

进一步地，所述前片的左边缘和下边缘分别设有可沿着所述前片的左边缘和下边缘移动的指针，并且分别指向右方和上方。

进一步地，所述固定横轴为圆柱状，所述观测箱可作相对于所述固定横轴的转动，且可转动地连接于所述固定横轴。

进一步地，横杆中点有水平泡。

利用上述绿潮定量观测装置进行绿潮定量观测的方法，包括如下步骤：

S1船舶航行过程中，尽量固定航速行驶并记录航速SP；如果没有发现漂浮绿潮藻体，则根据航程长短，每间隔20-30分钟记录一次，记录内容包括在每个观测时刻绿潮覆盖面积CA_ti＝0，分布面积DA_ti＝0，绿潮藻体生物量M_ti＝0；

如果发现漂浮绿潮藻体，停船或者间隔停船观测，若视野范围内绿潮藻体分布面积较小，则停船观测一次；若漂浮藻体分布面积大于当前视野范围，则根据藻体分布均匀情况，固定航速间隔几分钟停船观测记录一次，并记录期间每次航行起止时间和必要的经纬度；

根据现场漂浮绿潮藻体分布情况判断进行每个观测时刻的绿潮分布面积DA_ti、覆盖面积CA_ti的定量观测，其中需要记录每次观测起止时间、经纬度，航次间隔时间；根据漂浮绿潮藻体分布情况采用如下方法：

1)当漂浮绿潮藻体为大块状分布绿潮时：

当观测到有漂浮绿潮藻体分布时，将所述绿藻定量观测装置放置在甲板靠近船舷处，选取合适的观测点位置，尽可能分别观测藻体分布区域的相对尺寸并记录，其中包括长L_i、宽W_i；

具体观测时，首先通过观察孔处观测漂浮绿潮藻体的中心点C，从而确定合适的观测高度A点；然后根据藻块的大小前后移动前片，藻块越大，前片越靠近后片；

所述合适的观测高度应当满足在前片观察到漂浮绿潮藻体的全部并且位置不聚集在角落；另外，观测距离船舶较远的漂浮绿潮藻体时观测高度高一些，距离船舶较近的漂浮绿潮藻体观测高度低一些；

前片的移动位置和当前视野里漂浮绿潮藻体的大小和位置有关，首先，被观测藻块要全部都落入视野；其次，前片尽可能靠近后片，这样，漂浮绿潮藻体所占刻度越多，测量的误差越小；这样的话，假如视野内，漂浮绿潮藻体分布越集中，前片就可以越靠近后片；

然后从观察孔观测漂浮绿潮藻体的边界点F、G，移动指针分别得到边界点F、G在前片上的对应的落点的刻度，两点的刻度差即为所观测的漂浮绿潮藻体的相对尺寸DE；当观测箱向下倾斜观察时，向下倾斜的角度c通过立杆在量角器上的位置读出；此外还需要读出前片与后片的垂直距离a；

如果漂浮绿潮藻体形状比较外凸，边界点F、G取两端最靠外的边界点，使用时移动指针到达最外的边界点，读出指针到达位置的刻度；假如漂浮绿潮藻体形状明显内凹，面积又比较大，则将漂浮绿潮藻体划分成几个外凸的藻块，分别进行观测，然后分别计算面积后再加和；

则FG＝DE*a/AC；

其中，AC为从观测高度点A出发的视线与漂浮绿潮藻体中点C的连线长度；AC＝AH/cos c＝(b+甲板高度)/cos c；b为观测高度点A到甲板的垂直距离；AH为观测高度点A与漂浮绿潮藻体的垂直距离，等于甲板高度与b之和；纵向测量时得到的FG即为L_i，横向测量时得到的FG即为W_i；

若当前视野下，漂浮绿潮藻体分散分布在视野范围的四处，基本没有大片空白海面，则当前观测时刻的藻体分布面积即为视野范围面积FV_ti，其中，为按时间加和计算航行总面积的需要，FV_ti＝4ES²，则DA_ti＝FV_ti＝4ES²；其中，ES为观测时刻人眼目力范围，由观测人员根据天气和船舷高度情况，参照船体尺寸进行估计；

若当前视野下，若藻体没有分散分布在视野范围的四处，存在大片空白海面，根据现场情况，估计藻体分布区域占视野范围的比例R或者估计空白海面占视野范围的比例RB并计算R＝1-RB，则当前观测时刻的藻体分布面积D_ti＝FV_ti×R＝4ES²×R；

观测时刻漂浮绿潮藻体的覆盖面积CA_ti为观测时刻视野范围内所有大块状分布藻体面积的加和，即CA_ti＝∑AA_ti；

2)当每块藻块面积较小，视野范围内藻块数量较多，无法一一全部测量尺寸时，采用九宫格法估算：

将视野划分为18个小格区域，并一一观测、估计和记录每个小格内绿潮藻体的覆盖比例R_i；则观测时刻分布面积DA_ti为所有覆盖比例大于50％的小格的面积和；观测时刻覆盖面积CA_ti为18个小格内的藻体覆盖比例平均值和视野面积的乘积，即CA_ti＝∑R_i/18×4ES²；

3)当绿潮藻体长度很长，或者长度达到视野范围的尽头时：

因条带长度较长，先采用1)中的方法对每个条带观测若干次带宽W_i，计算得到每个条带的平均带宽MW_i，平均带宽MW_i＝∑测量带宽W_i/测量次数；

若条带到达视野尽头，则条带长度为2ES，否则采用1)中的方法测量条带长度L_i，则DA_ti＝视野面积＝4ES²；CA_ti为观测时刻视野范围内每个条带的面积加和，即CA_ti＝∑MW_i×L_i；

S2每次观测时尽量在典型漂浮绿潮藻块处布放取样框捞取取样框内藻体，称藻体湿重，计算得到航行观测区域藻体生物量M，并计算得到航行观测区域藻体分布面积DA、覆盖面积CA、观测面积A和平均覆盖率CA％。

需要说明的是，1)中，R或RB的观测与估算采用九宫格法，具体如下：

面向船体一侧，通过定量观测装置观测海面；因为将前片划分为九宫格，因此将观测视野划分为9个格，则分别估计每个格内藻体分布区域是否超过一半，超过一半，则记录为1，不超过一半，则记录为0，观测并记录船体两侧共18个格，则藻体分布区域视野占比R为记录数字加和除以18；

采用九宫格法对RB进行估计的过程具体是：前片将观测视野划分为9个格，则分别估计每个格内空白海面分布区域是否超过一半，超过一半，则记录为1，不超过一半，则记录为0，观测并记录船体两侧共18个格，则空白海面分布区域视野占比RB为记录数字加和除以18。

需要说明的是，步骤1)，在计算AA_ti时：

若漂浮绿潮藻体近似长方形，则观测长和宽2个尺寸，则该块漂浮绿潮藻体的面积AA_ti＝漂浮绿潮藻体观测计算所得长度L_i×该块绿潮藻体观测计算所得宽度W_i；长度L_i和宽度W_i采用1)中计算FG的方法得出；

若某块漂浮绿潮藻体已测有1个观测尺寸L_i，另一个尺寸与已测尺寸差别较大但不易测量，则根据未测尺寸对已测尺寸的长度的相对比例计算，即AA_ti＝L_i ²×相对比例；其中，相对比例的计算为：漂浮绿潮藻体落在前片上，分别在两个方向上用指针读出4个读数，每个方向有两端，读出2个读数，DE就是一个方向的2个读数的刻度差，另一个方向的2个读数的刻度差就是另一个尺寸的刻度差，2个尺寸的比例就是这两个刻度差的相对比例；

若某块漂浮绿潮藻体面积更近似圆形，则只需观测一个直径尺寸，则该块漂浮绿潮藻体的面积AA_ti＝0.25π×L_i ²；

其他形状的漂浮绿潮藻体根据需要将藻块分成若干部分，对每个部分分别观测计算面积需要的尺寸，最终计算其各个部分的总面积。

需要说明的是，步骤S2具体为：

2.1)将取样框布放在目标区域漂浮藻体中心点向外任一方向距离边缘1/2处附近，捞取取样框内所有藻体；

2.2)湿重称量：用网兜等沥水工具将捞取的藻体挂起10分钟左右，期间适当按压几次，若没有水分滴落，可以称重计数，若有，则延长悬挂时间；根据取样框面积换算得到某观测时刻单位面积绿潮藻体生物量M_ti；航行观测区域藻体生物量M等于航次观测期间所有存在漂浮绿潮藻体时刻，每次观测藻体的覆盖面积CA_ti和对应测量得到的单位面积藻体湿重M_ti的乘积加和，即M＝∑CA_ti×M_ti，其中，M_ti为每次观测时取样称重计算所得的平均湿重，CA_ti为某观测时刻绿潮藻体分布面积；

2.3)若对每个绿潮分布区域均进行了一一观测，则航行观测区域藻体分布面积DA等于航行期间所有观测藻体的分布面积按照时间的加和，即DA＝∑DA_ti，其中，DA_ti为单次观测时刻漂浮藻体分布面积；

当藻体分布区域大于视野面积而间隔几分钟观测一次时，该观测时间段的观测面积为单次观测分布面积结果、间隔时间、对应的平均航速三者的乘积，即DA＝∑DA_ti-ti+1＝DA_ti×(_ti+1-_ti)×SP_i，其中，t_i为本次停船观测时刻，t_i+1为下次停船观测时刻，SP_i为本次停船观测时刻到下次停船观测时刻之间的平均船速；

若对每个绿潮分布区域均进行了一一观测，则航行观测区域藻体覆盖面积CA等于航行期间所有观测时刻绿潮藻体的分布面积的按照时间的加和，即CA＝∑CA_ti；

当藻体分布区域大于视野面积而间隔几分钟观测一次时，单次观测结果、间隔时间、对应平均航速三者的的乘积则为该观测时间段的观测面积，即CA＝∑CA_ti-ti+1＝CA_ti×(ti+1-ti)×SP_i；

观测面积A为航行期间目力所观测到的总面积，采用目测范围和航行距离的乘积计算，其中，航行距离可采用航次期间的船速和对应的航行时间的乘积，即A＝∑SP_i×T_i×(2×ES)，或者根据记录的经纬度换算得到的每段航线的长度加和得到；其中，SP_i为航行期间某段时间的平均船速，T_i为该船速对应的航行时间，ES为观测时刻面向船体一侧时的人眼目力范围；

航次观测范围的绿潮藻体平均覆盖率CA％为本航程期间观测范围内漂浮绿潮藻体的平均覆盖率，采用航程期间藻体覆盖面积CA除以观测面积A计算，即CA％＝ΣCA/A。

本发明的有益效果在于：本发明提出的定量观测方法填补了目前船舶监测技术对于漂浮绿潮生物量没有定量监测装置和方法的技术空白，大大降低了船舶监测结果的误差，弥补了卫星遥感监测的严重不足，可以满足绿潮精细化预警预测与防灾减灾的管理需要。通过本监测装置及观测方法方法对漂浮绿潮的定量监测，可为漂浮藻体生物量预测预警、海上拦截打捞船只和打捞工具的区域配置，藻体清理及后期处置工作安排、防灾减灾物资配置等提供数据支撑，为防灾减灾相关管理工作的问题提供突破点。

附图说明

图1为本发明装置的总体结构示意图；

图2为图1中前片的结构示意图；

图3为固定横轴和立杆的连接结构示意图；

图4为大块状藻体的分布示意图；

图5为小块状藻体的分布示意图；

图6为条带状藻体的分布示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1-3所示，一种绿潮定量观测装置，包括定量观测箱、固定横轴2、立杆3、横杆4；

所述定量观测箱包括前片11、后片12、左片13、右片14、上片15和下片16，其中，所述后片12为不透明材质，中心处设有观察孔，而前片11、左片13、右片14、上片15和下片16为透明材质；所述前片11可作前后方向移动；所述左片13和右片14与后片12的交界的中点处各突出一个固定横轴2，立杆3从固定横轴2穿过，所述固定横轴2可沿着所述立杆3上下移动；立杆3上设有刻度；所有立杆3均连接于所述横杆4；

所述左片13和右片14分别附有量角器5，两个量角器5的中心点分别位于左片13和右片14与后片12交界线的中点处，0°刻度线分别与左片和后片、右片和后片的交界线重合；

所述前片设有分别穿过前片的中心点并相互垂直的刻度线。

进一步地，所述观察孔处可设有摄像头，所述摄像头的拍摄方向垂直于后片。

进一步地，所述上片设有沿前后方向延伸的刻度槽151，所述刻度槽151的两侧有刻度；前片的顶部设有移动柄111穿过所述刻度槽伸出观测箱外部，通过移动所述移动柄可带动所述前片沿着所述刻度槽前后移动。

进一步地，所述前片的左边缘和下边缘分别设有可以沿着所述左边缘和下边缘移动的指针，并且分别指向右方和上方。

进一步地，所述固定横轴2为圆柱状，所述定量观测箱可作相对于所述固定横轴2的转动。在本实施例中，所述固定横轴上设有横轴孔21，所述立杆3穿过所述横轴孔。

进一步地，横杆中点有水平泡。水平泡用于调整所述定量观测装置的摆放位置，观测装置最好摆放在比较水平的位置。

利用上述定量观测装置进行定量观测的方法，包括如下步骤：

S1船舶航行过程中，尽量固定航速行驶并记录航速SP；如果没有发现漂浮绿潮藻体100，则根据航程长短，每间隔20-30分钟记录一次，记录内容包括在每个观测时刻绿潮覆盖面积CA_ti＝0，分布面积DA_ti＝0，绿潮藻体生物量M_ti＝0；

如果发现漂浮绿潮藻体，停船或者间隔停船观测，若视野范围内绿潮藻体分布面积较小，则停船观测一次。若漂浮藻体分布面积大于当前视野范围，则根据藻体分布均匀情况，固定航速间隔几分钟停船观测记录一次，并记录期间每次航行起止时间和必要的经纬度。

根据现场漂浮绿潮藻体分布情况判断进行每个观测时刻的绿潮分布面积DA_ti、覆盖面积CA_ti的定量观测，其中需要记录每次观测起止时间、经纬度，航次间隔时间；漂浮绿潮藻体分布情况主要包括：

1)当漂浮绿潮藻体为大块状分布绿潮时(如图4所示)：

当观测到有漂浮绿潮藻体分布时，将定量观测装置放置在甲板靠近船舷处，选取合适的观测点位置，尽可能分别观测藻体分布区域的相对尺寸并记录，其中包括长L_i、宽W_i；具体观测时，首先通过观察孔处观测漂浮绿潮藻体的中心点C，从而确定合适的观测高度A点；接着根据藻块的大小前后移动前片，藻块越大，前片越靠近后片；

所述合适的观测高度可以满足在前片观察到漂浮绿潮藻体的全部并且位置比较适中，不聚集在角落；另外，观测距离船舶较远的漂浮绿潮藻体时观测高度高一些，距离船舶较近的漂浮绿潮藻体观测高度低一些；

前片的移动位置和当前视野里漂浮绿潮藻体的大小和位置有关，首先，被观测藻块要全部都落入视野；其次，前片尽可能靠近后片，这样，漂浮绿潮藻体所占刻度越多，测量的误差越小；这样的话，假如视野内，漂浮绿潮藻体分布越集中，前片就可以越靠近后片；

然后从观察孔观测漂浮绿潮藻体的边界点F、G，移动指针分别得到边界点F、G在前片上的对应的落点的刻度，两点的刻度差即为所观测的漂浮绿潮藻体的相对尺寸DE；当观测箱向下倾斜观察时，向下倾斜的角度c通过立杆在量角器上的位置读出；此外还需要读出前片与后片的垂直距离a；

如果漂浮绿潮藻体形状比较外凸，边界点F、G取两端最靠外的边界点，使用时移动指针到达最外的边界点，读出指针到达位置的刻度；假如漂浮绿潮藻体形状明显内凹，面积又比较大，则将漂浮绿潮藻体划分成几个外凸的藻块，分别进行观测，然后分别计算面积后再加和；

则FG＝DE*a/AC；

横向尺寸W_i、纵向尺寸L_i的计算方法是一样的，指针是横纵2个方向的，因此可以测量得到横向、纵向的尺寸FG，即横向尺寸W_i、纵向尺寸L_i。

其中，AC为从观测高度点A出发的视线与漂浮绿潮藻体中点C的连线长度；AC＝AH/cos c＝(b+甲板高度)/cos c；b为观测高度点A到甲板的垂直距离；AH为观测高度点A与漂浮绿潮藻体的垂直距离，等于甲板高度与b之和。

需要说明的是，因为所述定量观测装置一般是放在甲板上的，而船体是有一定高度和吃水的，甲板高度是船体的吃水线到甲板的垂直距离。而藻体在海水水面漂浮。甲板高度和b(观测点到甲板的垂直距离)的和，才是观测点到水面的垂直距离。

若当前视野下，漂浮绿潮藻体分散分布在视野范围的四处，基本没有大片空白海面，则当前观测时刻的藻体分布面积即为视野范围面积FV_ti，其中，为按时间加和计算航行总面积的需要，FV_ti＝4ES²，则DA_ti＝FV_ti＝4ES²；其中，ES为观测时刻人眼目力范围，由观测人员根据天气和船舷高度情况，参照船体尺寸进行估计；

当前视野下，若藻体没有分散分布在视野范围的四处，存在大片空白海面，根据现场情况，估计藻体分布区域占视野范围的比例R或者估计空白海面占视野范围的比例RB并计算R＝1-RB，则当前观测时刻的藻体分布面积D_ti＝FV_ti×R＝4ES²×R；

观测时刻漂浮绿潮藻体的覆盖面积CA_ti为观测时刻视野范围内所有大块状分布藻体面积的加和，即CA_ti＝∑AA_ti；

2)当每块藻块面积较小(如图5所示)，视野范围内藻块数量较多，无法一一全部测量尺寸时，采用九宫格法估算：

因单个漂浮藻体分布面积较小或者在视野范围内数量较多，无法一一全部测量尺寸，将视野划分为18个小格区域，并一一观测、估计和记录每个小格内绿潮藻体的覆盖比例R_i；

则观测时刻分布面积DA_ti为所有覆盖比例大于50％的小格的面积和；观测时刻覆盖面积CA_ti为18个小格内的藻体覆盖比例平均值和视野面积的乘积，即CA_ti＝∑R_i/18×4ES²；

3)当绿潮藻体长度很长，或者长度达到视野范围的尽头时(如图6所示)：

因条带长度较长，先采用1)中的方法对每个条带观测若干次带宽W_i，计算得到每个条带的平均带宽MW_i，平均带宽MW_i＝∑测量带宽W_i/测量次数；

若条带到达视野尽头，则条带长度为2ES，否则采用1)中的方法测量条带长度L_i，即FG；则DA_ti＝视野面积＝4ES²；CA_ti为观测时刻视野范围内每个条带的面积加和，即CA_ti＝∑MW_i×L_i；

S2每次观测时尽量在典型漂浮绿潮藻块处布放取样框捞取取样框内藻体，称藻体湿重，计算得到航行观测区域藻体生物量M，并计算得到航行观测区域藻体分布面积DA、覆盖面积CA、观测面积A和平均覆盖率CA％。

需要说明的是，1)中，R或RB的观测与估算采用九宫格法，具体如下：

面向船体一侧，通过定量观测装置观测海面；因为将前片划分为九宫格，因此可以将观测视野划分为9个格，则分别估计每个格内藻体分布区域是否超过一半，超过一半，则记录为1，不超过一半，则记录为0，观测并记录船体两侧共18个格，则藻体分布区域视野占比R为记录数字加和除以18；

采用九宫格法对RB进行估计的过程具体是：前片将观测视野划分为9个格，则分别估计每个格内空白海面分布区域是否超过一半，超过一半，则记录为1，不超过一半，则记录为0，观测并记录船体两侧共18个格，则空白海面分布区域视野占比RB为记录数字加和除以18。

进一步需要说明的是，步骤1)，在计算AA_ti时：

若漂浮绿潮藻体近似长方形，则观测长和宽2个尺寸，则该块漂浮绿潮藻体的面积AA_ti＝漂浮绿潮藻体观测计算所得长度L_i×该块绿潮藻体观测计算所得宽度W_i；长度L_i和宽度W_i采用1)中计算FG的方法得出；

若某块漂浮绿潮藻体已测有1个观测尺寸L_i，另一个尺寸与已测尺寸差别较大但不易测量，则根据估计未测尺寸对已测尺寸的长度相对比例，则AA_ti＝L_i ²×相对比例；其中，相对比例的计算为：漂浮绿潮藻体落在前片上，分别在两个方向上用指针读出4个读数，每个方向有两端，可以读出2个读数，DE就是一个方向的2个读数的刻度差，另一个方向的2个读数的刻度差就是另一个尺寸的刻度差，2个尺寸的比例就是这两个刻度差的比例；

若某块漂浮绿潮藻体面积更近似圆形，则只需观测一个直径尺寸，则该块漂浮绿潮藻体的面积AA_ti＝0.25π×L_i ²；

其他形状的漂浮绿潮藻体根据需要将藻块分成若干部分，对每个部分分别观测计算面积需要的尺寸，最终计算其各个部分的总面积。

需要说明的是，步骤S2具体为：

2.1)将取样框布放在目标区域漂浮藻体中心点向外任一方向距离边缘1/2处附近，捞取取样框内所有藻体；

2.2)湿重称量：用网兜等沥水工具将捞取的藻体挂起10分钟左右，期间适当按压几次，若没有水分滴落，可以称重计数，若有，则延长悬挂时间；根据取样框面积换算得到某观测时刻单位面积绿潮藻体生物量M_ti；航行观测区域藻体生物量M等于航次观测期间所有存在漂浮绿潮藻体时刻，每次观测藻体的覆盖面积CA_ti和对应测量得到的单位面积藻体湿重M_ti的乘积加和，即M＝∑CA_ti×M_ti，其中，M_ti为每次观测时取样称重计算所得的平均湿重，CA_ti为某观测时刻绿潮藻体分布面积；

2.3)若对每个绿潮分布区域均进行了一一观测，则航行观测区域藻体分布面积DA等于航行期间所有观测藻体的分布面积按照时间的加和，即DA＝∑DA_ti，其中，DA_ti为单次观测时刻漂浮藻体分布面积；

当藻体分布区域大于视野面积而间隔几分钟观测一次时，该观测时间段的观测面积为单次观测分布面积结果、间隔时间、对应的平均航速三者的乘积，即DA＝∑DA_ti-ti+1＝DA_ti×(_ti+1-_ti)×SP_i，其中，t_i为本次停船观测时刻，t_i+1为下次停船观测时刻，SP_i为本次停船观测时刻到下次停船观测时刻之间的平均船速；

若对每个绿潮分布区域均进行了一一观测，则航行观测区域藻体覆盖面积CA等于航行期间所有观测时刻绿潮藻体的分布面积的按照时间的加和，即CA＝∑CA_ti；

当藻体分布区域大于视野面积而间隔几分钟观测一次时，单次观测结果、间隔时间、对应平均航速三者的的乘积则为该观测时间段的观测面积，即CA＝∑CA_ti-ti+1＝CA_ti×(ti+1-ti)×SP_i；

观测面积A为航行期间目力所观测到的总面积，采用目测范围和航行距离的乘积计算，其中，航行距离可采用航次期间的船速和对应的航行时间的乘积，即A＝∑SP_i×T_i×(2×ES)，或者根据记录的经纬度换算得到的每段航线的长度加和得到；其中，SP_i为航行期间某段时间的平均船速，T_i为该船速对应的航行时间，ES为观测时刻面向船体一侧时的人眼目力范围；

航次观测范围的绿潮藻体平均覆盖率CA％为本航程期间观测范围内漂浮绿潮藻体的平均覆盖率，采用航程期间藻体覆盖面积CA除以观测面积A计算，即CA％＝ΣCA/A。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绿潮定量观测装置，其特征在于，包括定量观测箱、固定横轴、立杆、横杆；

所述定量观测箱包括前片、后片、左片、右片、上片和下片，其中，所述后片为不透明材质，中心处设有观察孔，而前片、左片、右片、上片和下片为透明材质，所述前片可作前后方向移动；所述左片和右片与后片的交界的中点处各设有突出的固定横轴，立杆从固定横轴穿过，所述固定横轴可沿着所述立杆上下移动；立杆上设有刻度；所有立杆均连接于所述横杆；

所述左片和右片分别附有量角器，量角器的中心点分别位于左片和右片与后片交界线的中点处，两个量角器的0°刻度线分别与左片和后片、右片和后片的交界线重合；

所述前片设有分别穿过前片的中心点并相互垂直的刻度线。

2.根据权利要求1所述的绿潮定量观测装置，其特征在于，所述观察孔处设有摄像头，所述摄像头的拍摄方向垂直于后片。

3.根据权利要求1所述的绿潮定量观测装置，其特征在于，所述上片设有沿前后方向延伸的刻度槽，所述刻度槽的两侧有刻度；前片的顶部设有穿过所述刻度槽伸出观测箱外部的移动柄，通过移动所述移动柄可带动所述前片沿着所述刻度槽前后移动。

4.根据权利要求1所述的绿潮定量观测装置，其特征在于，所述前片的左边缘和下边缘分别设有可沿着所述前片的左边缘和下边缘移动的指针，并且分别指向右方和上方。

5.根据权利要求1所述的绿潮定量观测装置，其特征在于，所述固定横轴为圆柱状，所述观测箱可转动地连接于所述固定横轴。

6.根据权利要求1所述的绿潮定量观测装置，其特征在于，横杆中点有水平泡。

7.利用上述任一权利要求所述的绿潮定量观测装置进行绿潮定量观测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1船舶航行过程中，尽量固定航速行驶并记录航速SP；如果没有发现漂浮绿潮藻体，则根据航程长短，每间隔20-30分钟记录一次，记录内容包括在每个观测时刻绿潮覆盖面积CA_ti＝0，分布面积DA_ti＝0，绿潮藻体生物量M_ti＝0；

如果发现漂浮绿潮藻体，停船或者间隔停船观测，若视野范围内绿潮藻体分布面积较小，则停船观测一次；若漂浮藻体分布面积大于当前视野范围，则根据藻体分布均匀情况，固定航速间隔几分钟停船观测记录一次，并记录期间每次航行起止时间和必要的经纬度；

根据现场漂浮绿潮藻体分布情况判断进行每个观测时刻的绿潮分布面积DA_ti、覆盖面积CA_ti的定量观测，其中需要记录每次观测起止时间、经纬度，航次间隔时间；根据漂浮绿潮藻体分布情况采用如下方法：

1)当漂浮绿潮藻体为大块状分布绿潮时：

当观测到有漂浮绿潮藻体分布时，将所述绿藻定量观测装置放置在甲板靠近船舷处，选取合适的观测点位置，尽可能分别观测藻体分布区域的相对尺寸并记录，其中包括长L_i、宽W_i；

具体观测时，首先通过观察孔处观测漂浮绿潮藻体的中心点C，从而确定合适的观测高度A点；然后根据藻块的大小前后移动前片，藻块越大，前片越靠近后片；

所述合适的观测高度应当满足在前片观察到漂浮绿潮藻体的全部并且位置不聚集在角落；另外，观测距离船舶较远的漂浮绿潮藻体时观测高度高一些，距离船舶较近的漂浮绿潮藻体观测高度低一些；

前片的移动位置和当前视野里漂浮绿潮藻体的大小和位置有关，首先，被观测藻块要全部都落入视野；其次，前片尽可能靠近后片，这样，漂浮绿潮藻体所占刻度越多，测量的误差越小；这样的话，假如视野内，漂浮绿潮藻体分布越集中，前片就可以越靠近后片；

然后从观察孔观测漂浮绿潮藻体的边界点F、G，移动指针分别得到边界点F、G在前片上的对应的落点的刻度，两点的刻度差即为所观测的漂浮绿潮藻体的相对尺寸DE；当观测箱向下倾斜观察时，向下倾斜的角度c通过立杆在量角器上的位置读出；此外还需要读出前片与后片的垂直距离a；

如果漂浮绿潮藻体形状比较外凸，边界点F、G取两端最靠外的边界点，使用时移动指针到达最外的边界点，读出指针到达位置的刻度；假如漂浮绿潮藻体形状明显内凹，面积又比较大，则将漂浮绿潮藻体划分成几个外凸的藻块，分别进行观测，然后分别计算面积后再加和；

则FG＝DE*a/AC；

其中，AC为从观测高度点A出发的视线与漂浮绿潮藻体中点C的连线长度；AC＝AH/cosc＝(b+甲板高度)/cos c；b为观测高度点A到甲板的垂直距离；AH为观测高度点A与漂浮绿潮藻体的垂直距离，等于甲板高度与b之和；纵向测量时得到的FG即为L_i，横向测量时得到的FG即为W_i；

若当前视野下，漂浮绿潮藻体分散分布在视野范围的四处，基本没有大片空白海面，则当前观测时刻的藻体分布面积即为视野范围面积FV_ti，其中，为按时间加和计算航行总面积的需要，FV_ti＝4ES²，则DA_ti＝FV_ti＝4ES²；其中，ES为观测时刻人眼目力范围，由观测人员根据天气和船舷高度情况，参照船体尺寸进行估计；

若当前视野下，若藻体没有分散分布在视野范围的四处，存在大片空白海面，根据现场情况，估计藻体分布区域占视野范围的比例R或者估计空白海面占视野范围的比例RB并计算R＝1-RB，则当前观测时刻的藻体分布面积D_ti＝FV_ti×R＝4ES²×R；

观测时刻漂浮绿潮藻体的覆盖面积CA_ti为观测时刻视野范围内所有大块状分布藻体面积的加和，即CA_ti＝∑AA_ti；

2)当每块藻块面积较小，视野范围内藻块数量较多，无法一一全部测量尺寸时，采用九宫格法估算：

将视野划分为18个小格区域，并一一观测、估计和记录每个小格内绿潮藻体的覆盖比例R_i；则观测时刻分布面积DA_ti为所有覆盖比例大于50％的小格的面积和；观测时刻覆盖面积CA_ti为18个小格内的藻体覆盖比例平均值和视野面积的乘积，即CA_ti＝∑R_i/18×4ES²；

3)当绿潮藻体长度很长，或者长度达到视野范围的尽头时：

因条带长度较长，先采用1)中的方法对每个条带观测若干次带宽W_i，计算得到每个条带的平均带宽MW_i，平均带宽MW_i＝∑测量带宽W_i/测量次数；

若条带到达视野尽头，则条带长度为2ES，否则采用1)中的方法测量条带长度L_i，则DA_ti＝视野面积＝4ES²；CA_ti为观测时刻视野范围内每个条带的面积加和，即CA_ti＝∑MW_i×L_i；

S2每次观测时尽量在典型漂浮绿潮藻块处布放取样框捞取取样框内藻体，称藻体湿重，计算得到航行观测区域藻体生物量M，并计算得到航行观测区域藻体分布面积DA、覆盖面积CA、观测面积A和平均覆盖率CA％。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，1)中，R或RB的观测与估算采用九宫格法，具体如下：

面向船体一侧，通过定量观测装置观测海面；因为将前片划分为九宫格，因此将观测视野划分为9个格，则分别估计每个格内藻体分布区域是否超过一半，超过一半，则记录为1，不超过一半，则记录为0，观测并记录船体两侧共18个格，则藻体分布区域视野占比R为记录数字加和除以18；

采用九宫格法对RB进行估计的过程具体是：前片将观测视野划分为9个格，分别估计每个格内空白海面分布区域是否超过一半，超过一半，则记录为1，不超过一半，则记录为0，观测并记录船体两侧共18个格，则空白海面分布区域视野占比RB为记录数字加和除以18。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1)，在计算AA_ti时：

若漂浮绿潮藻体近似长方形，则观测长和宽2个尺寸，则该块漂浮绿潮藻体的面积AA_ti＝漂浮绿潮藻体观测计算所得长度L_i×该块绿潮藻体观测计算所得宽度W_i；长度L_i和宽度W_i采用1)中计算FG的方法得出；

若某块漂浮绿潮藻体已测有1个观测尺寸L_i，另一个尺寸与已测尺寸差别较大但不易测量，则根据未测尺寸对已测尺寸的长度的相对比例计算，即AA_ti＝L_i ²×相对比例；其中，相对比例的计算为：漂浮绿潮藻体落在前片上，分别在两个方向上用指针读出4个读数，每个方向有两端，读出2个读数，DE就是一个方向的2个读数的刻度差，另一个方向的2个读数的刻度差就是另一个尺寸的刻度差，2个尺寸的比例就是这两个刻度差的相对比例；

若某块漂浮绿潮藻体面积更近似圆形，则只需观测一个直径尺寸，则该块漂浮绿潮藻体的面积AA_ti＝0.25π×L_i ²；

其他形状的漂浮绿潮藻体根据需要将藻块分成若干部分，对每个部分分别观测计算面积需要的尺寸，最终计算其各个部分的总面积。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S2具体为：

2.1)将取样框布放在目标区域漂浮藻体中心点向外任一方向距离边缘1/2处附近，捞取取样框内所有藻体；

2.2)湿重称量：用网兜等沥水工具将捞取的藻体挂起10分钟左右，期间适当按压几次，若没有水分滴落，可以称重计数，若有，则延长悬挂时间；根据取样框面积换算得到某观测时刻单位面积绿潮藻体生物量M_ti；航行观测区域藻体生物量M等于航次观测期间所有存在漂浮绿潮藻体时刻，每次观测藻体的覆盖面积CA_ti和对应测量得到的单位面积藻体湿重M_ti的乘积加和，即M＝∑CA_ti×M_ti，其中，M_ti为每次观测时取样称重计算所得的平均湿重，CA_ti为某观测时刻绿潮藻体分布面积；

2.3)若对每个绿潮分布区域均进行了一一观测，则航行观测区域藻体分布面积DA等于航行期间所有观测藻体的分布面积按照时间的加和，即DA＝∑DA_ti，其中，DA_ti为单次观测时刻漂浮藻体分布面积；

当藻体分布区域大于视野面积而间隔几分钟观测一次时，该观测时间段的观测面积为单次观测分布面积结果、间隔时间、对应的平均航速三者的乘积，即DA＝∑DA_ti-ti+1＝DA_ti×(_ti+1-_ti)×SP_i，其中，t_i为本次停船观测时刻，t_i+1为下次停船观测时刻，SP_i为本次停船观测时刻到下次停船观测时刻之间的平均船速；

若对每个绿潮分布区域均进行了一一观测，则航行观测区域藻体覆盖面积CA等于航行期间所有观测时刻绿潮藻体的分布面积的按照时间的加和，即CA＝∑CA_ti；

当藻体分布区域大于视野面积而间隔几分钟观测一次时，单次观测结果、间隔时间、对应平均航速三者的的乘积则为该观测时间段的观测面积，即CA＝∑CA_ti-ti+1＝CA_ti×(ti+1-ti)×SP_i；

观测面积A为航行期间目力所观测到的总面积，采用目测范围和航行距离的乘积计算，其中，航行距离可采用航次期间的船速和对应的航行时间的乘积，即A＝∑SP_i×T_i×(2×ES)，或者根据记录的经纬度换算得到的每段航线的长度加和得到；其中，SP_i为航行期间某段时间的平均船速，T_i为该船速对应的航行时间，ES为观测时刻面向船体一侧时的人眼目力范围；

航次观测范围的绿潮藻体平均覆盖率CA％为本航程期间观测范围内漂浮绿潮藻体的平均覆盖率，采用航程期间藻体覆盖面积CA除以观测面积A计算，即CA％＝ΣCA/A。