CN111127281A - 一种大型灾害水母在线监测系统及监测方法 - Google Patents

一种大型灾害水母在线监测系统及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型灾害水母在线监测系统及监测方法，其中，该在线监测系统包括：视频监测装置、水质监测装置、风速监测装置、水文监测装置、信息处理装置、大型水母漂移集合监测装置和在线监控平台。该监测系统能够采集大型灾害水母的活动图像、水质参数、风场数据、流场数据，并能够根据采集的水母图像和数据对灾害水母数量、分布以及环境因子等进行实时在线监测，可在大型水母灾害暴发前提供预警，为滨海发电厂、滨海核电站和海水浴场管理部门防灾减灾提供技术支撑。

Description

一种大型灾害水母在线监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及一种监测系统及监测方法，具体涉及一种大型灾害水母在线监测系统及监测方法，属于海洋生态环境监测设备技术领域。
背景技术
近年来由于人类活动和气候变化等原因，我国黄渤海海域出现大型灾害水母暴发现象，并有逐年加重的趋势，对近海海洋渔业、沿海工业、滨海旅游业的发展和海洋生态安全造成了严重危害。我国近海海域沙海蜇、白色霞水母大量繁殖，导致沿岸各地渔民的渔获量锐减。青岛、威海、秦皇岛等沿岸水域海月水母暴发，导致滨海发电厂冷却系统堵塞，严重影响用电供应。同时，大型灾害水母如沙海蛰和白色霞水母等刺细胞中含有水母毒素，在滨海海水浴场蜇伤游客严重危害人身安全。
大型灾害性水母频繁发生，对滨海发电站等重大设施安全运行、海水浴场公共安全、海洋经济可持续发展造成严重威胁。因此，准确监测大型水母数量分布并对水母灾害及时预警对于保障渔业生产正常开展、海滨旅游安全以及滨海发重大设施正常运转具有重要意义，是滨海发电厂、滨海核电站和海水浴场管理部门的迫切需求。
目前，对大型灾害性水母的监测方法有拖网采样监测、水下摄像监测、声呐成像监测等，均需要租用船只进行人工监测，耗时耗力，并且无法进行长期实时监测大型灾害水母的出现并预警。因此，构建大型灾害性水母及其环境参数实时监测在线监测系统具有重要的科学意义和应用价值。
发明内容
为填补大型灾害水母实时在线监测设备技术领域的空白，本发明目的在于提供一种大型灾害水母在线监测系统及监测方法，该监测系统能够采集大型灾害水母的活动图像、水质参数、风场数据、流场数据，并能够根据采集的水母图像和数据对灾害水母数量、分布以及环境因子等进行实时在线监测，可在大型水母灾害暴发前提供预警，为滨海发电厂、滨海核电站和海水浴场管理部门防灾减灾提供技术支撑。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，包括：视频监测装置、水质监测装置、风速监测装置、水文监测装置、信息处理装置、大型水母漂移集合监测装置和在线监控平台。
前述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，前述视频监测装置包括：摄像机、卤素泛光灯和光感应器，其中，摄像机安装在固定架上，位于海面之上，用来实时采集海面附近水母的活动视频，卤素泛光灯和光感应器也安装在固定架上，并且均设置在摄像机的旁边，卤素泛光灯的开关受光感应器的控制。
前述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，前述水质监测装置包括：水质监测仪，前述水质监测仪固定于锚定浮标上。
前述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，前述水质监测仪包括：温度传感器和盐度传感器。
前述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，前述风速监测装置包括：风速风向仪，前述风速风向仪安装于固定架上，位于海面之上。
前述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，前述水文信息监测装置包括：海流计和验潮仪，其中，前述海流计安装于锚定浮标上，位于海面之下。
前述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，前述信息处理装置包括：视频信息处理模块和环境信息处理模块。
前述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，前述在线监控平台具有多个监控终端，每个监控终端均具有电子海图显示模块。
一种利用前述的大型灾害水母在线监测系统监测的水母灾害的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用前述视频监测装置实时采集海面附近水母的活动视频，利用前述水质监测装置实时采集海水水质参数数据，利用前述风速监测装置实时采集风速和风向数据，利用前述水文监测装置实时采集海流和水位数据；
步骤2：前述视频监测装置、水质监测装置、风速监测装置和水文监测装置分别将实时监测到的水母视频数据、水质数据、风速数据和海流数据以无线方式发送至信息处理装置中；
步骤3：前述信息处理装置中的视频信息处理模块处理水母视频数据，然后从监控视频中抓取记录有水母活动情况的图片，并从抓取到的图片中提取水母数量和种类特征，最后根据提取的水母数量、种类特征进行分类汇总水母数据；与此同时，前述信息处理装置中的环境信息处理模块处理水质数据、风速数据和海流数据；
步骤4：前述信息处理装置将收集得到的海水环境数据和处理后的水母汇总数据以无线方式发送至大型水母漂移集合监测装置；
步骤5：前述大型水母漂移集合监测装置根据提供的海水环境参数数据和水母汇总数据进行大型水母漂移集合监测分析，并将包括大型水母数量和种类、风场和流场数据、水质参数浓度值和预设水母数量参数上限值在内的监测结果显示在在线监控平台上。
前述的方法，其特征在于，当监测到的水母数量超过设定上限值时，该在线监控平台会及时发出警告并存储事件。
本发明具有以下优点：
(1)本发明通过对监测海域大型水母出现的种类及数量实时进行在线监测，监测结果更准确、时效性更好，填补大型灾害水母实时在线监测设备技术领域的空白，可为相关应急部门提供及时有效的水母灾害监测信息。
(2)本发明构建了一体化的大型灾害水母在线监测系统，在实现海域大型水母实时在线监测的同时，可对水母暴发灾害的发生进行及时预警，为滨海发电厂、滨海核电站和海水浴场防范大型水母灾害提供技术支撑，为相关应急部门提供充足的准备时间。
(3)本发明将水母种类、数量、分布等特征与环境因子结合监测分析，能够为相关领域如大型水母行为学特征及水母暴发机制等科学研究提供数据支持。
附图说明
图1是本发明提供的一种大型灾害水母在线监测系统的组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1，本发明提供的一种大型灾害水母在线监测系统包括：视频监测装置、水质监测装置、风速监测装置、水文监测装置、信息处理装置、大型水母漂移集合监测装置和在线监控平台。
1、视频监测装置
视频监测装置包括：摄像机、卤素泛光灯和光感应器。
摄像机安装在固定架上，位于海面之上，用来实时采集海面附近水母的活动视频。摄像机优选配有自动虹膜镜头的500万像素高清网络摄像机。
卤素泛光灯和光感应器也安装在固定架上，并且均设置在摄像机的旁边，卤素泛光灯是用于夜间照明的，光感应器是用于感受周围光线强度的，卤素泛光灯的开关受光感应器的控制，当周围光线的强度下降至夜间水平时，光感应器控制卤素泛光灯打开。
卤素泛光灯优选Fael OKAY 1000W卤素泛光灯，光传感器优选LXD/GB5-A1E光敏传感器。
2、水质监测装置
水质监测装置包括：固定于锚定浮标上的水质监测仪，水质监测仪用于监测水质参数。
水质监测仪包括温度和盐度多参数传感器，水质监测仪优选DS5X水质多参数传感器。
3、风速监测装置
风速监测装置包括：安装于固定架上的风速风向仪，风速风向仪位于海面之上，用于监测海洋表面的风速和风向。
风速风向仪具有多个，优选Gill WindSonic超声波风速风向仪。
4、水文监测装置
水文信息监测装置包括：海流计和验潮仪，海流计用于监测海洋中水流的流速和流向，验潮仪用于监测水位。
海流计安装于锚定浮标上，位于海面之下，具有多个，优选Valeport106自记式海流计。
验潮仪具有多个，优选TD304型潮位仪。
5、信息处理装置
信息处理装置包括：环境信息处理模块和视频信息处理模块。
环境信息处理模块是用来收集水质监测装置采集到的海水水质参数数据、风速监测装置采集到的风速数据、水文监测装置采集到的海流数据，这些数据后续会以无线方式发送到大型水母漂移集合监测装置中。
视频信息处理模块是用来处理视频监测装置采集到的水母活动情况的视频，水母视频数据经视频信息处理模块处理后得到水母汇总数据，这些数据后续也会以无线方式发送到大型水母漂移集合监测装置中。
具体的，视频信息处理模块包括：视频图像抓取子模块、特征数据提取子模块和分类统计子模块。
视频图像抓取子模块：从监控视频中抓取记录有水母活动情况的图片。
特征数据提取子模块：从抓取到的图片中提取水母数量和种类特征。
分类统计子模块：根据提取的水母数量、种类特征进行分类汇总水母状况数据。
6、大型水母漂移集合监测装置
大型水母漂移集合监测装置根据信息处理装置提供的海水环境参数数据和水母汇总数据进行大型水母漂移集合监测分析。
大型水母漂移集合监测装置采用的监测模型可以为现有的大型水母漂移集合预测模型，该模型考虑水母的自主运动等生活习性，基于业务化运行的海洋大气动力环境场，集合预报方案和拉格朗日质子追踪方法，自动搜素水母所在区域，缩小模式计算范围，可以快速预测水母漂移可能的轨迹、方向和影响范围。
7、在线监控平台
大型水母漂移集合监测装置的监测结果显示在在线监控平台上，在线监控平台具有多个监控终端，每个监控终端均具有电子海图显示模块。
电子海图显示模块显示的内容包括：大型水母数量和种类、风场和流场数据、水质参数浓度值和预设水母数量参数上限值。
当监测到的水母数量超过设定上限值时，该监测系统会及时发出警告并存储事件。
此外，一种利用上述大型灾害水母在线监测系统监测水母的方法，包括以下步骤：
步骤1：利用视频监测装置实时采集海面附近水母的活动视频，利用水质监测装置实时采集海水水质参数数据，利用风速监测装置实时采集风速和风向数据，利用水文监测装置实时采集海流和水位数据。
步骤2：视频监测装置、水质监测装置、风速监测装置和水文监测装置分别将实时监测到的水母视频数据、水质数据、风速数据和海流数据以无线方式(北斗卫星或CDMA/GPRS)发送至信息处理装置中。
步骤3：信息处理装置中的视频信息处理模块处理水母视频数据，水母的图像被捕捉到以后，使用计算机将白色的水母伞部与较暗背景进行对比，在图像中描绘水母特征，然后用CellProfiler(图像分析开源软件)对图像进行校正，之后使用图像处理软件Roborealm选择符合标准的对象并计数。CellProfiler是一个可自由使用的模块化图像分析软件，能够处理成千上万的图像，该软件包含已开发的许多单元类型和分析的方法。Roborealm是一款强大的视觉软件，用于机器视觉、图像分析和图像处理系统。与此同时，信息处理装置中的环境信息处理模块处理水质数据、风速数据和海流数据。
步骤4：信息处理装置将收集得到的海水环境数据和处理后的水母汇总数据以无线方式(北斗卫星或CDMA/GPRS)发送至大型水母漂移集合监测装置。
步骤5：大型水母漂移集合监测装置根据信息处理装置提供的海水环境参数数据和水母汇总数据进行大型水母漂移集合监测分析，监测结果显示在在线监控平台上，显示的内容包括：大型水母数量和种类、风场和流场数据、水质参数浓度值和预设水母数量参数上限值。当监测到的水母数量超过设定上限值时，该在线监控平台会及时发出警告并存储事件。
可见，本发明提供的监测系统能够采集大型灾害水母的活动图像、水质参数、风场数据、流场数据，并能够根据采集的水母图像和数据对灾害水母数量、分布以及环境因子等进行实时在线监测，可在大型水母灾害暴发前提供预警，为滨海发电厂、滨海核电站和海水浴场管理部门防灾减灾提供技术支撑。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，包括：视频监测装置、水质监测装置、风速监测装置、水文监测装置、信息处理装置、大型水母漂移集合监测装置和在线监控平台。
2.根据权利要求1所述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，所述视频监测装置包括：摄像机、卤素泛光灯和光感应器，其中，摄像机安装在固定架上，位于海面之上，用来实时采集海面附近水母的活动视频，卤素泛光灯和光感应器也安装在固定架上，并且均设置在摄像机的旁边，卤素泛光灯的开关受光感应器的控制。
3.根据权利要求1所述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，所述水质监测装置包括：水质监测仪，所述水质监测仪固定于锚定浮标上。
4.根据权利要求3所述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，所述水质监测仪包括：温度传感器和盐度传感器。
5.根据权利要求1所述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，所述风速监测装置包括：风速风向仪，所述风速风向仪安装于固定架上，位于海面之上。
6.根据权利要求1所述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，所述水文信息监测装置包括：海流计和验潮仪，其中，所述海流计安装于锚定浮标上，位于海面之下。
7.根据权利要求1所述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，所述信息处理装置包括：视频信息处理模块和环境信息处理模块。
8.根据权利要求1所述的大型灾害水母在线监测系统，其特征在于，所述在线监控平台具有多个监控终端，每个监控终端均具有电子海图显示模块。
9.一种利用权利要求1至8任意一项所述的大型灾害水母在线监测系统监测的水母灾害的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用前述视频监测装置实时采集海面附近水母的活动视频，利用前述水质监测装置实时采集海水水质参数数据，利用前述风速监测装置实时采集风速和风向数据，利用前述水文监测装置实时采集海流和水位数据；
步骤2：前述视频监测装置、水质监测装置、风速监测装置和水文监测装置分别将实时监测到的水母视频数据、水质数据、风速数据和海流数据以无线方式发送至信息处理装置中；
步骤3：前述信息处理装置中的视频信息处理模块处理水母视频数据，然后从监控视频中抓取记录有水母活动情况的图片，并从抓取到的图片中提取水母数量和种类特征，最后根据提取的水母数量、种类特征进行分类汇总水母数据；与此同时，前述信息处理装置中的环境信息处理模块处理水质数据、风速数据和海流数据；
步骤4：前述信息处理装置将收集得到的海水环境数据和处理后的水母汇总数据以无线方式发送至大型水母漂移集合监测装置；
步骤5：前述大型水母漂移集合监测装置根据提供的海水环境参数数据和水母汇总数据进行大型水母漂移集合监测分析，并将包括大型水母数量和种类、风场和流场数据、水质参数浓度值和预设水母数量参数上限值在内的监测结果显示在在线监控平台上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当监测到的水母数量超过设定上限值时，该在线监控平台会及时发出警告并存储事件。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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