CN113405957B - 一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，包括可移动于海洋水体中的可移动平台和搭载于可移动平台上的颗粒物传感器，可移动平台上设置有与颗粒物传感器相连的监控及数据管理系统，可移动平台按照预先设定好的或实时操控的移动路径在海洋水体中移动，颗粒物传感器在随可移动平台在海洋水体中移动的过程中，在监控及数据管理系统的监控与控制下进行作业，对海洋水体中的悬浮颗粒物进行原位观测，自动地获取大面积水域长时间序列的水体悬浮颗粒物观测数据，从而实现对水体悬浮颗粒物进行智能识别、监测与追踪。本发明极大地提高了海洋原位观测数据收集的效率，同时还具有机动性好、探测能力强、观测误差小、观测位置范围广等显著优点。

Description

一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统

技术领域

本发明涉及水体颗粒物观测技术，特别是涉及一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统。

背景技术

进入21世纪以来，海洋观测呈现出立体、实时、智能化的发展趋势，海洋观测所收集的数据与海洋生态发展、物理化学变化结合的越来越紧密，使得海洋观测技术成为海洋强国的重要组成部分。水体悬浮颗粒物作为海洋生态系统的关键组成部分，具有重要的研究价值。

目前传统的水体悬浮颗粒物观测方法主要包括直接采样法、定点观测法等。直接采样法由于采样时间的停滞、采样位置的变化、采样装置和采取方法的不同，会导致测量结果的差异，无法确保样品的真实性；定点观测法尽管能对该位置进行有效准确地提供观测数据，但存在位置单一，没办法进行大范围扫描式观测的问题。目前有部分海洋观测传感器可实现原位地水体悬浮颗粒物探测，实现单颗粒测量，获得悬浮颗粒物散射光信息。尚需要发展新的观测技术，以解决智能化地快速、原位、大范围观测水体悬浮颗粒物的难题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，包括可移动于海洋水体中的可移动平台和搭载于所述可移动平台上的颗粒物传感器，所述可移动平台上设置有与所述颗粒物传感器相连的监控及数据管理系统，所述可移动平台按照预先设定好的或实时操控的移动路径在海洋水体中移动，所述颗粒物传感器在随所述可移动平台在海洋水体中移动的过程中，在所述监控及数据管理系统的监控与控制下进行作业，对海洋水体中的悬浮颗粒物进行原位观测，自动地获取大面积水域长时间序列的水体悬浮颗粒物观测数据，从而实现对水体悬浮颗粒物进行智能识别、监测与追踪。

进一步地：

所述水体悬浮颗粒物包括微塑料、泥沙和藻类中的一种或多种。

所述可移动平台以自驱动、自调节的方式，按照预先设定好的移动路径在海洋水体中执行移动和监控任务。

所述可移动平台进行扫描式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据。

所述可移动平台进行追踪式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据，所述追踪式航线移动以收集观测数据包括针对特定的水体悬浮颗粒物的浓度信息进行追踪式的数据采集。

所述可移动平台的监控及数据管理系统对于追踪采集的水体悬浮颗粒物观测数据进行实时处理、通信传输和决策。

所述可移动平台进行智能式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据，其中将单个可移动平台作为网络节点，搭建自组网络，通过多传感器探测的数据以信息共享、业务分配的形式完成传感器海洋观测数据采集任务。

所述颗粒物传感器为对水体悬浮颗粒物具有分类和识别能力的传感器或多种传感器的组合。

所述对水体悬浮颗粒物进行智能识别、监测与追踪包括水体微塑料流向追踪、赤潮藻类监测预警、近岸泥沙运动监测中的一种或多种。

所述可移动平台为水面船舶或水下航行器。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，通过将颗粒物传感器组合搭载于可移动平台上，可移动平台按照预先设定好的或实时操控的移动路径在海洋水体中移动，颗粒物传感器在随可移动平台在海洋水体中移动的过程中进行探测作业，完成对海洋水体内的悬浮颗粒物的原位观测，自动地获取大面积水域长时间序列的水体悬浮颗粒物观测数据，从而，本发明能够实现智能化地快速原位观测大范围的水体悬浮颗粒物，准确、大量、原位地获取海洋水体中如微塑料、藻类等颗粒物的信息。通过将包括颗粒物传感器在内的多种传感器搭载于可大范围移动的可移动平台上，本发明可以进行扫描式、追踪式、智能式自动获取长时间序列海洋观测数据。相比于其他海洋观测的方法，本发明极大地提高了海洋原位观测数据收集的效率，同时还具有机动性好、探测能力强、观测误差小、观测位置范围广等显著优点。

应用本发明的水体悬浮颗粒物观测系统，实施基于可移动平台的智能化、大范围、原位观测，可以实现准确、大量、原位地获取微塑料、藻类、泥沙等水体悬浮颗粒物的信息，对人类进行海洋生态系统的有效监测、环境治理、水产养殖具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明一种实施例的基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统结构示意图。

图2为本发明一种实施例的可移动平台移动观测方式示意图。

图3为本发明另一种实施例的可移动平台移动观测方式示意图。

图4为本发明又一种实施例的可移动平台移动观测方式示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1，本发明实施例提供一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，包括可移动于海洋水体中的可移动平台1和搭载于所述可移动平台1上的颗粒物传感器2，所述可移动平台1上设置有与所述颗粒物传感器2相连的监控及数据管理系统，所述可移动平台1按照预先设定好的或实时操控的移动路径在海洋水体中移动，所述颗粒物传感器2在随所述可移动平台1在海洋水体中移动的过程中，在所述监控及数据管理系统的监控与控制下进行作业，对海洋水体中的悬浮颗粒物进行原位观测，自动地获取大面积水域长时间序列的水体悬浮颗粒物观测数据，从而实现对水体悬浮颗粒物进行智能识别、监测与追踪。

在一些实施例中，所述水体悬浮颗粒物包括微塑料、泥沙和藻类中的一种或多种。

在一些实施例中，所述可移动平台以自驱动、自调节的方式，按照预先设定好的移动路径在海洋水体中执行移动和监控任务。

参阅图2，在一些实施例中，所述可移动平台进行扫描式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据。

参阅图3，在另一些实施例中，所述可移动平台进行追踪式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据，所述追踪式航线移动以收集观测数据包括针对特定的水体悬浮颗粒物的浓度信息进行追踪式的数据采集。

在优选的实施例中，所述可移动平台的监控及数据管理系统对于追踪采集的水体悬浮颗粒物观测数据进行实时处理、通信传输和决策。

参阅图4，在另一些实施例中，所述可移动平台进行智能式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据，其中将单个可移动平台作为网络节点，搭建自组网络，通过多传感器探测的数据以信息共享、业务分配的形式完成传感器海洋观测数据采集任务。

参阅图1，在优选的实施例中，所述颗粒物传感器2为对水体悬浮颗粒物具有分类和识别能力的传感器或多种传感器的组合。

在一些实施例中，所述对水体悬浮颗粒物进行智能识别、监测与追踪包括水体微塑料流向追踪、赤潮藻类监测预警、近岸泥沙运动监测中的一种或多种。

在不同的实施例中，所述可移动平台既可以为水面船舶，也可以是水下航行器。

以下进一步描述本发明具体实施例。

如图1所示为一个具体实施例的基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统的示意图。将搭载颗粒物传感器2的可移动平台1置于水体中，可移动平台1可以自主驱动、自我调节执行任务，同时监控与控制传感器作业。可移动平台1可进行扫描式等方式的大范围的移动，所搭载的传感器将通过平台的优势在海洋领域进行水体悬浮颗粒物原位观测，自动获取大面积长时间序列海洋观测数据。通过颗粒物传感器2的数据采集并借助可移动平台智能化的数据管理系统，可以实现水体悬浮颗粒物，如水体微塑料的流向追踪，赤潮藻类的监测预警，近岸泥沙的运动研究等海洋水体关键问题的有效观测。

基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统的主要特点和优势：

1)颗粒物传感器与可移动平台相结合

采用对颗粒物具有分类和识别能力的传感器，可以监测颗粒物的种类和浓度变化。由于颗粒物在水中是运动、变化的，采用具有一定运动速度的可移动平台来搭载传感器进行颗粒物观测，研究它们时间、空间的变动规律，。相比于传统方式，本系统进行颗粒物观测的响应快、效率高、成本低。

通过选择性地组合多参数传感器，可以更加精准有效地探测水体悬浮颗粒物的参数，结合可移动平台的数据管理系统，可进行各种关键海洋颗粒物问题的有效观测。

可移动平台作为能源与动力载体，通过控制航程、航速、路线进行大范围地移动，有利于传感器采集的不同有效数据并传输、保存于平台的数据管理系统中。同时，特定情况下，可移动平台可以机动性强地实时执行特定的任务，并随时随地地监控可移动平台的动力要素、导航控制、通信传输。

2)智能化管理

对于由传感器探测到的颗粒物数据，可移动平台的监控及数据管理系统可进行实时处理、分析；可根据需要现场决定可移动平台的运动速度、轨迹等，以及设置传感器的采集频率等参数，实现针对观测目标的智能观测。智能化的管理系统还可以实现多个可移动平台之间的协同工作，进而将单个可移动平台视作网络节点，组建自组网络，以信息共享、业务分配的形式完成传感器海洋观测数据采集任务。通过对传感器采集有效的水体悬浮颗粒物数据进行实时处理，系统能够通过特定场景来追踪水体微塑料流向、赤潮藻类监测预警，近岸泥沙运动研究。

基于可移动平台的水体悬浮颗粒物探测方式不仅能快速有效对海洋水体内的悬浮颗粒物进行原位观测，自动地获取大面积水域长时间序列的水体悬浮颗粒物观测数据，同时能借助可移动平台的监控及数据管理系统实现各种智能化的海洋观测。可移动平台的工作方式包括扫描式、追踪式、智能式等。

如图2所示，此实施例中，可移动平台进行扫描式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据。通过平台设定航线区域，控制航速及传感器采集速率来全覆盖式探测水体悬浮颗粒物的信息。该方式可以较全面地对某一区域进行水体悬浮颗粒物数据收集，有利于对该区域海洋参数进行高分辨率地剖析。

如图3所示，此实施例中，可移动平台进行追踪式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据。可针对特定的水体悬浮颗粒物(微塑料、赤潮藻)的浓度进行追踪式地数据采集，结合智能化平台的数据管理系统实时处理，实时传输、实时决策，从而能通过探测手段来知道微塑料浓度的具体流向，处理海洋重大的环境污染问题；通过追踪特定的赤潮爆发藻种的浓度去向，有针对性地处理传感器探测到的该类藻的数据集，可以进行赤潮的监测、预警。

如图4所示，此实施例中，可移动平台进行智能式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据。可将单个可移动平台视作网络节点，搭建自组网络，通过多传感器探测的数据以信息共享、业务分配的形式完成传感器海洋观测数据采集任务。

相比于传统观测方式的大误差、机动性差、费用高，本发明不仅解决上述缺点，而且提高了海洋原位观测数据收集的效率。可针对不同的水体悬浮颗粒物问题，选择性地搭载需要的传感器，依托于智能化管理的可移动平台，灵活性地有效准确地收集水体悬浮颗粒物观测的数据。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (6)

1.一种基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，其特征在于，包括可移动于海洋水体中的可移动平台和搭载于所述可移动平台上的颗粒物传感器，所述可移动平台为可大范围移动的水面船舶或水下航行器，所述可移动平台上设置有与所述颗粒物传感器相连的监控及数据管理系统，所述可移动平台按照预先设定好的或实时操控的移动路径在海洋水体中移动，所述颗粒物传感器在随所述可移动平台在海洋水体中移动的过程中，在所述监控及数据管理系统的监控与控制下进行作业，对海洋水体中的悬浮颗粒物进行大范围原位观测，自动地获取大面积水域长时间序列的水体悬浮颗粒物观测数据，从而实现对水体悬浮颗粒物进行智能识别、监测与追踪；其中，所述可移动平台进行扫描式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据；或者，所述可移动平台进行追踪式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据，所述追踪式航线移动以收集观测数据包括针对特定的水体悬浮颗粒物的浓度信息进行追踪式的数据采集；或者，所述可移动平台进行智能式航线移动以收集水体悬浮颗粒物观测数据，其中将单个可移动平台作为网络节点，搭建自组网络，通过多传感器探测的数据以信息共享、业务分配的形式完成传感器海洋观测数据采集任务。

2.如权利要求1所述的基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，其特征在于，所述水体悬浮颗粒物包括微塑料、泥沙和藻类中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，其特征在于，所述可移动平台以自驱动、自调节的方式，按照预先设定好的移动路径在海洋水体中执行移动和监控任务。

4.如权利要求1所述的基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，其特征在于，所述可移动平台的监控及数据管理系统对于追踪采集的水体悬浮颗粒物观测数据进行实时处理、通信传输和决策。

5.如权利要求1至3任一项所述的基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，其特征在于，所述颗粒物传感器为对水体悬浮颗粒物具有分类和识别能力的传感器或多种传感器的组合。

6.如权利要求1至3任一项所述的基于可移动平台的水体悬浮颗粒物观测系统，其特征在于，所述对水体悬浮颗粒物进行智能识别、监测与追踪包括水体微塑料流向追踪、赤潮藻类监测预警、近岸泥沙运动监测中的一种或多种。