CN108981674A - 一种漂浮浒苔生物量监测方法 - Google Patents

一种漂浮浒苔生物量监测方法 Download PDF

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Abstract

为了解决浒苔生物量依然不能够准确获得问题，本发明提供一种漂浮浒苔生物量监测方法。本发明采用如下技术方案：一、测量现场观测影响因素的确认。二、将快速监测工具组装完毕并调整好角度。三、调查船在选定的调查断面上匀速行驶并使用第二步中的快速监测工具进行面积记录。四、分三种情况记录监测面积。五、分三种情况计算浒苔面积。六、计算某一特定区域内的浒苔生物量。本发明采用船舶监测面积以及专用测量工具实现了对漂浮浒苔生物量的测量，更加准确地获得了浒苔生物量，为后续浒苔的预警和打捞工作提供了数据支撑，可以准确的准备人力和物力进行浒苔的打捞和预警。

Description

一种漂浮浒苔生物量监测方法
技术领域
本发明及海洋监测领域，尤其涉及一种漂浮浒苔生物量监测方法。
背景技术
2008年6月以来，黄海、东海及青岛近岸海域，浒苔自然灾害来势迅猛、规模浩大、持续时间长、处置难度大，严重时浒苔分布范围为3万多平方千米，覆盖面积上千平方千米，海上漂浮浒苔数百万吨，而且大量漂浮的浒苔直逼青岛海域，严重危及青岛近海环境。
在海洋学报2009年1月，第31卷第1期中，《浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统及其应用》一文，提到了采用国家卫星海洋应用中心按应急与业务运行兼容需求，在“H Y-1”卫星地面应用系统、国家MODIS数据共享平台、海上溢油卫星遥感系统等基础上及时构建了浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统，利用国内外有限的17颗遥感卫星数据，实现了对此次浒苔灾害的大范围、全天候、全天时、多频次、多角度动态监测，及时得到了全面、准确、客观的信息，为国家海洋局应对浒苔自然灾害前线指挥部应急响应、决策指挥提供了有力、有序、有效的技术支持。此系统从整体上对浒苔灾害的数据进行了处理方法介绍，其包括数据获取子系统、光学遥感处理子系统、微波遥感处理子系统、海上试验与验证子系统、信息产品传输与发布子系统。虽然此系统已经将相关数据进行了详尽的采集和处理，但是在浒苔生物量的数据采集及分析上依然存在不足，因此需要一种浒苔生物量的获取分析方法。
发明内容
为了解决浒苔生物量依然不能够准确获得问题，本发明提供一种漂浮浒苔生物量监测方法。为了达到这个目的，本发明采用如下技术方案：
一、测量现场观测影响因素的确认。
二、将快速监测工具组装完毕并调整好角度。
三、调查船在选定的调查断面上匀速行驶并使用第二步中的快速监测工具进行面积记录。
四、分三种情况记录监测面积。
五、分三种情况计算浒苔面积。
六、计算某一特定区域内的浒苔生物量。
七、必要时，结合定点取样或拖网作业对监测结果进行校对。
具体步骤如下：
第一步，测量现场观测影响因素的确认。
海况对观测有影响，应在没有雾的天气状况下进行现场调查，在3级以上海况条件下，应尽量避免进行现场调查。
第二步，将快速监测工具组装完毕并调整好角度。
一种漂浮浒苔快速监测工具，包括底座和支架，支架固定在底座上，支架的顶部安装有 U型支架，中部设有防滑把手，U型支架的内侧设有视频采集设备，视频采集设备与U型支架为螺栓连接，视频采集设备与U型支架连接的一侧设有量角面板，在量角面板上设有指针，视频采集设备与数据处理器连接，数据处理器与显示器连接。
如图8所示，在具体使用过程中，首先，将船只行驶到指定区域，调整视频采集设备的角度，在量角面板上读出角度值a并用螺栓固定。
第三步，调查船在选定的调查断面上匀速行驶并使用第二步中的快速监测工具进行面积记录。
船速不高于10km/h，每个观测小组至少由两名观测成员组成。一人站在船舷面向不晃眼的一侧搜索海面漂浮的浒苔，一人在显示器前，通过视频采集设备的画面进行监测，当船舷处工作人员发现浒苔后，给显示器前工作人员准备信号，当画面中出现浒苔时，显示器前工作人员马上进行记录时间，面积，形成电子视频。数据处理系统自动形成记录时间，浒苔的分布形状及相关尺寸数据，视频采集设备下缘与支架夹角不应大于45°。监测前应测量视频采集设备与海面高度差并记录。
同时拍摄现场浒苔分布状况图片不少于四张，应包括含船头、船尾各一张；船舷左侧、右侧各拍摄一张据典型分布特征的照片。
视频采集设备，所有位于视野范围内的目标物体都被统计，任何超出其范围的目标物体都不予统计。
通过调查船装备的远程无线电导航系统(LORANC)和全球定位系统(GPS)，可以测量出船行驶的距离。也可以通过船速及行驶时间计算。如果船的航速或者路线发生了改变，需重新记录方位、速度和时间。
第四步，根据第三步采集的数据记录监测面积。
监测面积如图7所示，
S＝v×t×(tan(a+b)-tana)
S：有效监测面积
v：船速
t：监测时间
a：视频采集设备下边缘与垂线夹角
b：视频采集设备视野夹角
h：视频采集设备距水面高度
注：视频采集设备视野夹角为设备自带，有标准参数，无需测量。
第五步，采用第三步采集的数据计算浒苔面积，采用如下公式计算；
E＝0.5×c+(tan(a+b)-tana)×T+∑(x×y)/(L×sin(a+b/2)
E：浒苔分布面积
c：零星分布浒苔计数值
T：视野穿过大面积浒苔时间
x：条带状浒苔宽度测量值
y：条带状浒苔长度测量值
L：视频采集设备目镜长度
注：公式中零星浒苔取经验值0.5m2/片，可根据实际情况进行调整。如遇到浒苔大面积分布，零星浒苔面积可忽略不计。
其中在第五步中，在数据处理器中浒苔面积测量分为三种情况。
如图4所示，零星分布浒苔计算方法。
观测海域漂浮少量浒苔，分布疏密不均、形状不规则，面积在0.5m2-5m2左右。多出现于大片漂浮浒苔边缘位置或浒苔爆发初期、末期。
如图5所示，观测海域浒苔分布集中成条状，长度范围通常为100m-10km不等。在浒苔爆发中期通常几条条带间隔分布。
视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔进入视野和离开视野的时间结合船速计算浒苔条带长度。
如图6所示，针对布满视野全部范围的大面积浒苔采用计时法测量。视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔首尾两端边缘线的时间与船速的乘积计算浒苔分布长度。浒苔宽度与有效观察宽度相同。
第六步，计算浒苔生物量。
其中第六步中，在数据处理器中分为三种情况进行浒苔生物量计算并记录，并通过显示器进行显示。
如图4所示，零星分布浒苔计算方法。
观测海域漂浮少量浒苔，分布疏密不均、形状不规则，面积在0.5m2-5m2左右。多出现于大片漂浮浒苔边缘位置或浒苔爆发初期、末期。根据实际生物量取样得出的值为0.60-2.0kg/m2，取中间值1.3kg/m2。
T1＝生物量取样值*面积。
如图5所示，观测海域浒苔分布集中成条状，长度范围通常为0.1km-10km不等。在浒苔爆发中期通常几条条带间隔分布。视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔进入视野和离开视野的时间结合船速计算浒苔条带长度。
根据实际生物量取样得出的值为1.8-2.7kg/m2，取中间值2.25kg/m2。
T2＝生物量取样值*面积。
如图6所示，针对布满视野全部范围的大面积浒苔采用计时法测量。视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔首尾两端边缘线的时间与船速的乘积计算浒苔分布长度。浒苔宽度与有效观察宽度相同。
根据实际生物量取样得出的值为1.8-3.9kg/m2，取中间值2.85kg/m2，
T＝生物量取样值*面积。
根据不同时期的浒苔形状进行三种模式的交替或者综合使用，用于计算浒苔的生物量T。
本发明还可以利用第四步和第五步中的数据进行浒苔覆盖率的计算，具体采用如下计算方式：
漂浮浒苔覆盖率
Co＝E/S×100％。
第七步，必要时，调查过程中应根据浒苔分布模式类型选择测量方式，结合定点取样或拖网作业对监测结果进行校对。
本发明采用船舶监测面积以及专用测量工具实现了对浒苔生物量的测量，更加准确地获得了浒苔生物量，为后续浒苔的预警和打捞工作提供了数据支撑，可以准确准备人力和物力进行浒苔的打捞和预警。
附图说明
图1漂浮浒苔零星分布模式图；
图2漂浮浒苔条带状分布模式图；
图3漂浮浒苔大面积片状分布模式图；
图4零星分布浒苔视野内计数测量；
图5条带状分布浒苔面积测量；
图6大面积片状分布计时测量；
图7有效监测面积计算示意图；
图8快速监测工具结构示意图。
图中：1.底座 2.支架 3.防滑把手 4.视频采集设备 5.U型支架 6.量角面板 7.指针 8. 数据处理器 9.显示器。
具体实施方式
一种漂浮浒苔生物量监测方法，在绿潮边界开展船舶监测，记录海上漂浮浒苔分布模式，分为零星分布、条带状分布、大面积片状分布三种模式，计算有效监测面积内的绿潮覆盖率，为进一步计算绿潮生物量，预测短期绿潮抵岸量。具体步骤如下：
第一步，测量现场观测影响因素的确认。
海况对观测有一定的影响，应尽量在没有雾的天气状况下进行现场调查，在3级以上海况(见表1)条件下，应尽量避免进行现场调查。
表1海况等级表
具体步骤如下：
第二步，将快速监测工具组装完毕并调整好角度。
一种漂浮浒苔快速监测工具，包括底座1和支架2，支架2固定在底座1上，支架2的顶部安装有U型支架5，中部设有防滑把手3，U型支架5的内侧设有视频采集设备4，视频采集设备4与U型支架5为螺栓连接，视频采集设备4与U型支架连接5的一侧设有量角面板6，在量角面板7上设有指针7，视频采集设备4与数据处理器连接8，数据处理器8与显示器9连接。
如图8所示，在具体使用过程中，首先，将船只行驶到指定区域，调整视频采集设备的角度，在量角面板上读出角度值a并用螺栓固定。
第三步，调查船在选定的调查断面上匀速行驶并使用第二步中的快速监测工具进行面积记录。
船速不高于10km/h，每个观测小组至少由两名观测成员组成。一人站在船舷面向不晃眼的一侧搜索海面漂浮的浒苔，一人在显示器前，通过视频采集设备的画面进行监测，当船舷处工作人员发现浒苔后，给显示器前工作人员准备信号，当画面中出现浒苔时，显示器前工作人员马上进行记录时间，面积，形成电子视频。数据处理系统自动形成记录时间，浒苔的分布形状及相关尺寸数据，视频采集设备下缘与支架夹角不应大于45°。监测前应测量视频采集设备与海面高度差并记录。
同时拍摄现场浒苔分布状况图片不少于四张，应包括含船头、船尾各一张；船舷左侧、右侧各拍摄一张据典型分布特征的照片。
视频采集设备，所有位于视野范围内的目标物体都被统计，任何超出其范围的目标物体都不予统计。
通过调查船装备的远程无线电导航系统(LORANC)和全球定位系统(GPS)，可以测量出船行驶的距离。也可以通过船速及行驶时间计算。如果船的航速或者路线发生了改变，需重新记录方位、速度和时间。
第四步，根据第三步采集的数据记录监测面积。
监测面积如图7所示，
S＝v×t×(tan(a+b)-tana)
S：有效监测面积
v：船速
t：监测时间
a：视频采集设备下边缘与垂线夹角
b：视频采集设备视野夹角
h：视频采集设备距水面高度
注：视频采集设备视野夹角为设备自带，有标准参数，无需测量。
第五步，采用第三步采集的数据计算浒苔面积，采用如下公式计算；
E＝0.5×c+(tan(a+b)-tana)×T+∑(x×y)/(L×sin(a+b/2)
E：浒苔分布面积
c：零星分布浒苔计数值
T：视野穿过大面积浒苔时间
x：条带状浒苔宽度测量值
y：条带状浒苔长度测量值
L：视频采集设备目镜长度
注：公式中零星浒苔取经验值0.5m2/片，可根据实际情况进行调整。如遇到浒苔大面积分布，零星浒苔面积可忽略不计。
其中在第五步中，在数据处理器中浒苔面积测量分为三种情况。
如图4所示，零星分布浒苔计算方法。
观测海域漂浮少量浒苔，分布疏密不均、形状不规则，面积在0.5m2-5m2左右。多出现于大片漂浮浒苔边缘位置或浒苔爆发初期、末期。
如图5所示，观测海域浒苔分布集中成条状，长度范围通常为100m-10km不等。在浒苔爆发中期通常几条条带间隔分布。
视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔进入视野和离开视野的时间结合船速计算浒苔条带长度。
如图6所示，针对布满视野全部范围的大面积浒苔采用计时法测量。视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔首尾两端边缘线的时间与船速的乘积计算浒苔分布长度。浒苔宽度与有效观察宽度相同。
第六步，计算浒苔生物量。
其中第六步中，在数据处理器中分为三种情况进行浒苔生物量计算并记录，并通过显示器进行显示。
如图4所示，零星分布浒苔计算方法。
观测海域漂浮少量浒苔，分布疏密不均、形状不规则，面积在0.5m2-5m2左右。多出现于大片漂浮浒苔边缘位置或浒苔爆发初期、末期。根据实际生物量取样得出的值为0.60-2.0kg/m2，取中间值1.3kg/m2。
T1＝生物量取样值*面积。
如图5所示，观测海域浒苔分布集中成条状，长度范围通常为0.1km-10km不等。在浒苔爆发中期通常几条条带间隔分布。视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔进入视野和离开视野的时间结合船速计算浒苔条带长度。
根据实际生物量取样得出的值为1.8-2.7kg/m2，取中间值2.25kg/m2。
T2＝生物量取样值*面积。
如图6所示，针对布满视野全部范围的大面积浒苔采用计时法测量。视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔首尾两端边缘线的时间与船速的乘积计算浒苔分布长度。浒苔宽度与有效观察宽度相同。
根据实际生物量取样得出的值为1.8-3.9kg/m2，取中间值2.85kg/m2，
T＝生物量取样值*面积。
根据不同时期的浒苔形状进行三种模式的交替或者综合使用，用于计算浒苔的生物量T。
本发明还可以利用第四步和第五步中的数据进行浒苔覆盖率的计算，具体采用如下计算方式：
漂浮浒苔覆盖率
Co＝E/S×100％。
第七步，调查过程中应根据浒苔分布模式类型选择测量方式，必要时结合定点取样或拖网作业对监测结果进行校对。
下面结合实际采集到的数据进行计算，以2017年06月23日的监测数据为例。2017年6月23 日，北海监测中心技术人员执行“2017年黄海海域绿潮应急监视监测”任务。其中，6月23 日乘中国海警1305船对黄海中部海域进行巡视，具体情况如下。巡视海域为35°08′N以北的山东半岛东南部海域，其范围为北纬35°08′20″～36°28′03″，东经119°56′43″～122° 14′34″。巡视期间共设置35个临时站位，获取35组浒苔分布数据。
监测发现，漂浮浒苔主要呈大面积松散分布或聚集成条带状，多处海域发现长达500m～2km 的浒苔条带。胶州湾至石老人近海一线浒苔在胶州湾01站分布最多，浒苔呈现条状分布，该处监测时间点处于2级海况，海面呈现小浪状态，浪高0.1～0.5米，监测过程中海警1305船航行速度9kn，监测中心技术人员按要求组装好浒苔快速监测工具，置于海警船甲板背光一侧，让船舶匀速直线通过所监测浒苔海域，实际测量镜桶距离海面高度差为4.7米，视频采集设备视野夹角为20°，监测时间为90s，视频采集设备与垂线夹角为30°，由公式S＝v×t×(tan (a+b)-tana)计算出其浒苔监测海域面积S，由E＝0.5×c+(tan(a+b)-tana)×T+ h×∑(x×y)/(L×sin(a+b/2)计算出浒苔分布面积E，所得的漂浮浒苔覆盖率Co＝E /S×100％所得覆盖率为3％，生物量为24.5t/km2，其余站位覆盖率小于1％。监测站位最大覆盖率位于LC316站，其覆盖率为12.7％，位于烟台海阳东南部约34km处，生物量为127.4t/km2；
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。

Claims (1)

1.一种漂浮浒苔生物量监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
一、测量现场观测影响因素的确认；
二、将快速监测工具组装完毕并调整好角度；
三、调查船在选定的调查断面上匀速行驶并使用第二步中的快速监测工具进行面积记录；
四、分三种情况记录监测面积；
五、分三种情况计算浒苔面积；
六、计算某一特定区域内的浒苔生物量；
具体步骤如下：
第一步，测量现场观测影响因素的确认；
海况对观测有影响，应在没有雾的天气状况下进行现场调查，在3级以上海况条件下，应尽量避免进行现场调查；
第二步，将快速监测工具组装完毕并调整好角度；
一种漂浮浒苔快速监测工具，包括底座(1)和支架(2)，支架(2)固定在底座(1)上，支架(2)的顶部安装有U型支架(5)，中部设有防滑把手(3)，U型支架(5)的内侧设有视频采集设备(4)，视频采集设备(4)与U型支架(5)为螺栓连接，视频采集设备(4)与U型支架连接(5)的一侧设有量角面板(6)，在量角面板(7)上设有指针(7)，视频采集设备(4)与数据处理器连接(8)，数据处理器(8)与显示器(9)连接；
如图8所示，在具体使用过程中，首先，将船只行驶到指定区域，调整视频采集设备的角度，在量角面板上读出角度值a并用螺栓固定；
第三步，调查船在选定的调查断面上匀速行驶并使用第二步中的快速监测工具进行面积记录；
船速不高于10km/h，每个观测小组至少由两名观测成员组成；一人站在船舷面向不晃眼的一侧搜索海面漂浮的浒苔，一人在显示器前，通过视频采集设备的画面进行监测，当船舷处工作人员发现浒苔后，给显示器前工作人员准备信号，当画面中出现浒苔时，显示器前工作人员马上进行记录时间，面积，形成电子视频；数据处理系统自动形成记录时间，浒苔的分布形状及相关尺寸数据，视频采集设备下缘与支架夹角不应大于45°；监测前应测量视频采集设备与海面高度差并记录；
同时拍摄现场浒苔分布状况图片不少于四张，应包括含船头、船尾各一张；船舷左侧、右侧各拍摄一张据典型分布特征的照片；
视频采集设备，所有位于视野范围内的目标物体都被统计，任何超出其范围的目标物体都不予统计；
通过调查船装备的远程无线电导航系统(LORANC)和全球定位系统(GPS)，可以测量出船行驶的距离；也可以通过船速及行驶时间计算；如果船的航速或者路线发生了改变，需重新记录方位、速度和时间；
第四步，根据第三步采集的数据记录监测面积；
监测面积如图7所示，
S＝v×t×(tan(a+b)-tana)
S：有效监测面积
v：船速
t：监测时间
a：视频采集设备下边缘与垂线夹角
b：视频采集设备视野夹角
h：视频采集设备距水面高度
注：视频采集设备视野夹角为设备自带，有标准参数，无需测量；
第五步，采用第三步采集的数据计算浒苔面积，采用如下公式计算；
E＝0.5×c+(tan(a+b)-tana)×T+∑(x×y)/(L×sin(a+b/2)
E：浒苔分布面积
c：零星分布浒苔计数值
T：视野穿过大面积浒苔时间
x：条带状浒苔宽度测量值
y：条带状浒苔长度测量值
L：视频采集设备目镜长度
注：公式中零星浒苔取经验值0.5m2/片，可根据实际情况进行调整；如遇到浒苔大面积分布，零星浒苔面积可忽略不计；
其中在第五步中，在数据处理器中浒苔面积测量分为三种情况；
如图4所示，零星分布浒苔计算方法；
观测海域漂浮少量浒苔，分布疏密不均、形状不规则，面积在0.5m2-5m2左右；多出现于大片漂浮浒苔边缘位置或浒苔爆发初期、末期；
如图5所示，观测海域浒苔分布集中成条状，长度范围通常为100m-10km不等；在浒苔爆发中期通常几条条带间隔分布；
视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔进入视野和离开视野的时间结合船速计算浒苔条带长度；
如图6所示，针对布满视野全部范围的大面积浒苔采用计时法测量；视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔首尾两端边缘线的时间与船速的乘积计算浒苔分布长度；浒苔宽度与有效观察宽度相同；
第六步，计算浒苔生物量；
其中第六步中，在数据处理器中分为三种情况进行浒苔生物量计算并记录，并通过显示器进行显示；
如图4所示，零星分布浒苔计算方法；
观测海域漂浮少量浒苔，分布疏密不均、形状不规则，面积在0.5m2-5m2左右；多出现于大片漂浮浒苔边缘位置或浒苔爆发初期、末期；根据实际生物量取样得出的值为0.60-2.0kg/m2，取中间值1.3kg/m2；
T1＝生物量取样值*面积；
如图5所示，观测海域浒苔分布集中成条状，长度范围通常为0.1km-10km不等；在浒苔爆发中期通常几条条带间隔分布；视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔进入视野和离开视野的时间结合船速计算浒苔条带长度；
根据实际生物量取样得出的值为1.8-2.7kg/m2，取中间值2.25kg/m2；
T2＝生物量取样值*面积；
如图6所示，针对布满视野全部范围的大面积浒苔采用计时法测量；视频采集设备和数据处理系统以及显示器，将浒苔首尾两端边缘线的时间与船速的乘积计算浒苔分布长度；浒苔宽度与有效观察宽度相同；
根据实际生物量取样得出的值为1.8-3.9kg/m2，取中间值2.85kg/m2，
T＝生物量取样值*面积；
根据不同时期的浒苔形状进行三种模式的交替或者综合使用，用于计算浒苔的生物量T。
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