CN115937721A - 一种浒苔监测方法 - Google Patents

Abstract

一种浒苔监测方法，属于浒苔监测的技术领域。采用浮标监测、卫星遥感探测以及无人机巡检技术实现对浒苔情况的整体监测；在目标海域内设置多个浮标，通过浮标对目标海域生态环境实时在线监测，所述浮标上设置有用于监测水文参数以及浮标位置的传感器，所述传感器将采集到的水文参数及浮标位置信息实时传输至岸站的浒苔灾害预警监测系统，传输至浒苔灾害预警监测系统中的水文参数与设定的阈值进行比对，浒苔灾害预警监测系统根据对水文参数判断是否进行预警。

Description

一种浒苔监测方法

技术领域

本发明涉及浒苔监测的技术领域，具体的是一种浒苔监测方法。

背景技术

浒苔属于石莼属藻类，丝状多分支，无毒，浒苔的环境适应能力强，在低光照和低温等不利条件下都可以繁殖。生长过程中会吸收大量氧气，威胁其他海洋动植物生存，并且在失去水分后会发出恶臭，造成海洋生态环境破坏，海洋碳汇能力下降。浒苔灾害除造成巨大的经济损失外，对生态平衡的破坏及导致的环境污染问题也不容忽视。

现有技术中通常采用遥感手段对浒苔进行监测，也就是说需要采用遥感卫星对浒苔进行监测，做到预警以及防控。由于遥感卫星信息需要从特定的地方获取，一方面获取监测信息不及时，不能做到实时动态防控，由于浒苔呈爆发式生长，监测不及时，容易错过最佳治理时机；另一方面，无法对海域水文信息进行监测，无法对浒苔生长趋势进行预判及预警。这就是现有技术中的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种浒苔监测方法，通过浮标监测、卫星遥感探测以及无人机巡检技术实现对浒苔情况的整体监测，实现对浒苔及时动态监测。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种浒苔监测方法， 采用浮标监测、卫星遥感探测以及无人机巡检技术实现对浒苔情况的整体监测；

在目标海域内设置多个浮标，通过浮标对目标海域生态环境实时在线监测，所述浮标上设置有用于监测水文参数以及浮标位置的传感器，所述传感器将采集到的水文参数及浮标位置信息实时传输至岸站的浒苔灾害预警监测系统，传输至浒苔灾害预警监测系统中的水文参数与设定的阈值进行比对，浒苔灾害预警监测系统根据对水文参数判断是否进行预警；

当浒苔灾害预警监测系统根据水文信息做出预警后，使用无人机对生态浮标区域的海域进行巡检，所述无人机将拍摄到的高分辨率的视频和图片传输至浒苔灾害预警监测系统，通过无人机拍摄的视频和图片来判断浒苔的分布和密度，判断是否需要对浒苔进行治理；

当无人机拍摄的视频和图片显示没有浒苔生长时，定期使用无人机进行巡检，设定时间内仍未有浒苔生长时，浒苔灾害预警监测系统消除预警；

当无人机拍摄的视频和图片显示有少量的浒苔生长时，派遣船只去人工清理浒苔，根据无人机的飞行轨迹与拍摄视频和图片的信息，可以判定浒苔生长的大致位置；

当无人机拍摄的视频和图片显示有大量浒苔生长时，基于浒苔的独特光谱特征，通过卫星遥感获取浒苔位置、覆盖海域面积数据，并将相应数据传输至岸站监测系统；

根据卫星遥感获取浒苔位置、覆盖海域面积数据制定浒苔治理方案；

在浒苔治理的过程中，通过无人机对浒苔治理区域进行巡检，所述无人机将拍摄到高分辨率的视频和图片传输至浒苔灾害预警监测系统，通过无人机拍摄的视频和图片实时掌握浒苔的治理情况，为浒苔治理效果提供数据支撑，根据需要调整浒苔治理方案。

优选的，通过浮标长期的对水文参数数据进行采集，浒苔灾害预警监测系统对采集的水文参数数据进行存储分析，进而适时调整浒苔生长的水文参数阈值。

优选的，所述浒苔灾害预警监测系统部署于联通5G+云基座之上，基于KVM虚拟化技术和openstack云架构研发而成。

优选的，所述浮标的标体采用CCSB结构钢船板，桅杆由5083H116铝合金制成，吊环由Q235B钢材制成，所述浮标上设置有蓄电池，所述蓄电池用于给浮标供电，所述蓄电池可由太阳能供电系统充电，所述浮标上设置有营养盐、叶绿素、温度、盐度、PH、溶解氧的传感器，所述浮标采用5G网络或天通网络与浒苔灾害预警监测系统实现数据实时传输。

优选的，所述浮标上还设置有安全报警系统和AIS防碰撞系统，所述安全报警系统包括开舱进水报警、位移报警和超时报警。

优选的，所述无人机采用搭载运动相机的四旋翼飞行器，利用运动相机焦距和飞行高度之间的关系来保证运动相机对水面拍摄的分辨率。

优选的，卫星遥感包括光学遥感手段和雷达遥感手段。

采用上述技术方案，有以下技术效果：

（1）浮标通过设置在其上的传感器，对目标海域的水文信息进行采集，并实时将采集到的数据传输至岸站的浒苔灾害预警监测系统，进而可以实现对目标海域的生态环境监测，通过目标海域的水文信息来判断浮标位置处是否容易滋生浒苔。如果水文信息的指标达到易于滋生浒苔的阈值时，浒苔灾害预警监测系统即会发出预警，提示重点关注浮标采集水文信息位置处的浒苔生长情况。

（2）根据浮标监测，浒苔灾害预警监测系统发出预警时，通过无人机去浮标采集水文信息的位置附近的海域进行巡检，通过无人机回传至浒苔灾害预警监测系统的图片和视频来确认浮标采集水文信息处的浒苔生长情况，避免了派遣船只去确认是否滋生浒苔的现象，能够迅速得知浒苔生长情况信息。无人机可以在近距离下拍摄高分辨率的海洋图像和视频，这些图像和视频可以用于监测浒苔的分布和密度。使用计算机视觉技术，可以将图像转换为数字数据。

（3）当无人机显示有大量浒苔生长，基于浒苔的独特光谱特征，则使用遥感卫星对浮标区域大范围海域进行监测。基于浒苔的独特光谱特征，采用卫星遥感浒苔监测，对目标海域进行监测，获取浒苔位置、覆盖海域范围面积等数据。根据遥感卫星数据制定浒苔清理方案，再通过无人机巡视实时监测浒苔清理的状况。

（4）通过浮标上时间的采集目标海域的水文信息，岸站的浒苔灾害预警监测系统可以长期对水文信息进行存储分析，这些数据可以用来预测浒苔的生长趋势和周期，提醒相关人员及时做好应对措施，也可以根据实际情况实时调整浒苔灾害预警监测系统设定的水文信息的阈值。

（5）通过浮标监测、无人机巡检技术手段可以实时回传数据信息，能够及时直观判断浮标附近位置及无人机巡航区域内的浒苔生长情况，再辅以遥感卫星手段能够监测出大范围浒苔生长的情况。

总之，通过浮标监测，实现对目标海域的水文信息进行实时在线监测，并根据水文信息做出预警；通过无人机巡检及智能AI识别能力，实现对目标海域浒苔生长情况进行现场拍摄并生成全景影像，更直观准确的了解浒苔分布信息并迅速做出相应判断；再辅以遥感卫星手段，基于海面漂浮浒苔的光谱特征实现对浒苔面积的合理评估，对浒苔灾情研判和布置船只打捞具有直接的指导意义。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为浮标监测、卫星遥感探测以及无人机巡检与浒苔灾害预警监测系统的连接示意图；

图2为无人机拍摄的浒苔的画面。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

一种浒苔监测方法，采用浮标监测、卫星遥感探测以及无人机巡检技术实现对浒苔情况的整体监测；具体地：

在目标海域内设置多个浮标，通过浮标对目标海域生态环境实时在线监测，所述浮标上设置有用于监测水文参数以及浮标位置的传感器，所述传感器将采集到的水文参数及浮标位置信息实时传输至岸站的浒苔灾害预警监测系统，传输至浒苔灾害预警监测系统中的水文参数与设定的阈值进行比对，浒苔灾害预警监测系统根据对水文参数判断是否进行预警；

当浒苔灾害预警监测系统根据水文信息做出预警后，使用无人机对生态浮标区域的海域进行巡检，所述无人机将拍摄到的高分辨率的视频和图片传输至浒苔灾害预警监测系统，通过无人机拍摄的视频和图片来判断浒苔的分布和密度，判断是否需要对浒苔进行治理；图2显示了无人机拍摄的浒苔画面。

当无人机拍摄的视频和图片显示没有浒苔生长时，定期使用无人机进行巡检，频率可以设置为一天一巡检，设定时间（如7天）内仍未有浒苔生长时，浒苔灾害预警监测系统消除预警；

当无人机拍摄的视频和图片显示有少量的浒苔生长时，派遣船只去人工清理浒苔，根据无人机的飞行轨迹与拍摄视频和图片的信息，可以判定浒苔生长的大致位置；

当无人机拍摄的视频和图片显示有大量浒苔生长时，基于浒苔的独特光谱特征，通过卫星遥感获取浒苔位置、覆盖海域面积数据，并将相应数据传输至岸站监测系统；

根据卫星遥感获取浒苔位置、覆盖海域面积数据制定浒苔治理方案；

在浒苔治理的过程中，通过无人机对浒苔治理区域进行巡检，所述无人机将拍摄到高分辨率的视频和图片传输至浒苔灾害预警监测系统，通过无人机拍摄的视频和图片实时掌握浒苔的治理情况，为浒苔治理效果提供数据支撑，根据需要调整浒苔治理方案。

进一步地，通过浮标长期的对水文参数数据进行采集，浒苔灾害预警监测系统对采集的水文参数数据进行存储分析，进而适时调整浒苔生长的水文参数阈值。

进一步地，所述浒苔灾害预警监测系统部署于联通5G+云基座之上，基于KVM虚拟化技术和openstack云架构研发而成。

进一步地，所述浮标的标体采用CCSB结构钢船板，桅杆由5083H116铝合金制成，吊环由Q235B钢材制成，所述浮标上设置有蓄电池，所述蓄电池用于给浮标供电，所述蓄电池可由太阳能供电系统充电，所述浮标上设置有营养盐、叶绿素、温度、盐度、PH、溶解氧的传感器，所述浮标采用5G网络或天通网络与浒苔灾害预警监测系统实现数据实时传输。所述浮标使用蓄电池+太阳能的供电方式，配备8组100AH蓄电池，240W太阳能自动充电；可在连续阴天90天以上持续工作无需维护。

进一步地，所述浮标上还设置有安全报警系统和AIS防碰撞系统，所述安全报警系统包括开舱进水报警、位移报警和超时报警。

进一步地，所述无人机采用搭载运动相机的四旋翼飞行器，利用运动相机焦距和飞行高度之间的关系来保证运动相机对水面拍摄的分辨率，能够有效地实现无人机来代替人为巡查的工作，具有实时性高、灵活机动的特点。在无人机飞行前，可以制定飞行任务计划，控制无人机的起飞时间、飞行路线、回航时间等。在飞行中，可以对无人机的高速、速度、角度以及拍摄频率进控制。无人机可以将拍摄的图片和视频通过无线传输技术传输至岸站的浒苔灾害预警监测系统。

进一步地，卫星遥感包括光学遥感手段和雷达遥感手段。

光学遥感手段主要是利用遥感影像的光谱信息。为提高浒苔空间分布信息反演的精度，选取多光谱数据中的红、近红外两个波段。由浒苔的光谱曲线可知，在红波段对光线具有较强的吸收能力，反射率较低，而绿色植物在近红外波段（叶内组织引起）具有高反射和高透射的性质。这两个波段对植被生物物理现象的光谱响应截然相反，因此采用计算归一化植被指数NDVI的方法提取浒苔信息。

根据NDVI图像中各类地物的灰度值不同，通过设置合理的阈值，可以提取出浒苔分布的专题分类信息和分布图，分析浒苔面积和影响范围。

采用雷达遥感手段，在SAR图像上，浒苔、水体、船只和陆地差异明显。当雷达波照射到浒苔上，浒苔覆盖区域产生强烈的散射和角反射，浒苔和水体的回波信号所得到的后向散射系数具有明显的差别，利用电磁波反射的强度和后向散射系数值的高低，可以将浒苔信息从海面信息中提取出来。采用多幅SAR影像能够持续对浒苔发展和流向进行监测。

浮标通过设置在其上的传感器，对目标海域的水文信息进行采集，并实时将采集到的数据传输至岸站的浒苔灾害预警监测系统，进而可以实现对目标海域的生态环境监测，通过目标海域的水文信息来判断浮标位置处是否容易滋生浒苔。如果水文信息的指标达到易于滋生浒苔的阈值时，浒苔灾害预警监测系统即会发出预警，提示重点关注浮标采集水文信息位置处的浒苔生长情况。

根据浮标监测，浒苔灾害预警监测系统发出预警时，通过无人机去浮标采集水文信息的位置附近的海域进行巡检，通过无人机回传至浒苔灾害预警监测系统的图片和视频来确认浮标采集水文信息处的浒苔生长情况，避免了派遣船只去确认是否滋生浒苔的现象，能够迅速得知浒苔生长情况信息。无人机可以在近距离下拍摄高分辨率的海洋图像和视频，这些图像和视频可以用于监测浒苔的分布和密度。使用计算机视觉技术，可以将图像转换为数字数据。

当无人机显示有大量浒苔生长，基于浒苔的独特光谱特征，则使用遥感卫星对浮标区域大范围海域进行监测。基于浒苔的独特光谱特征，采用卫星遥感浒苔监测，对目标海域进行监测，获取浒苔位置、覆盖海域范围面积等数据。根据遥感卫星数据制定浒苔清理方案，再通过无人机巡视实时监测浒苔清理的状况。

通过浮标上时间的采集目标海域的水文信息，岸站的浒苔灾害预警监测系统可以长期对水文信息进行存储分析，这些数据可以用来预测浒苔的生长趋势和周期，提醒相关人员及时做好应对措施，也可以根据实际情况实时调整浒苔灾害预警监测系统设定的水文信息的阈值。

总之，通过浮标监测，实现对目标海域的水文信息进行实时在线监测，并根据水文信息做出预警；通过无人机巡检及智能AI识别能力，实现对目标海域浒苔生长情况进行现场拍摄并生成全景影像，更直观准确的了解浒苔分布信息并迅速做出相应判断；再辅以遥感卫星手段，基于海面漂浮浒苔的光谱特征实现对浒苔面积的合理评估，对浒苔灾情研判和布置船只打捞具有直接的指导意义。

本发明中未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种浒苔监测方法，其特征是：采用浮标监测、卫星遥感探测以及无人机巡检技术实现对浒苔情况的整体监测；

在目标海域内设置多个浮标，通过浮标对目标海域生态环境实时在线监测，所述浮标上设置有用于监测水文参数以及浮标位置的传感器，所述传感器将采集到的水文参数及浮标位置信息实时传输至岸站的浒苔灾害预警监测系统，传输至浒苔灾害预警监测系统中的水文参数与设定的阈值进行比对，浒苔灾害预警监测系统根据对水文参数判断是否进行预警；

当浒苔灾害预警监测系统根据水文信息做出预警后，使用无人机对生态浮标区域的海域进行巡检，所述无人机将拍摄到的高分辨率的视频和图片传输至浒苔灾害预警监测系统，通过无人机拍摄的视频和图片来判断浒苔的分布和密度，判断是否需要对浒苔进行治理；

当无人机拍摄的视频和图片显示没有浒苔生长时，定期使用无人机进行巡检，设定时间内仍未有浒苔生长时，浒苔灾害预警监测系统消除预警；

当无人机拍摄的视频和图片显示有少量的浒苔生长时，派遣船只去人工清理浒苔；

当无人机拍摄的视频和图片显示有大量浒苔生长时，基于浒苔的独特光谱特征，通过卫星遥感获取浒苔位置、覆盖海域面积数据，并将相应数据传输至岸站监测系统；

根据卫星遥感获取浒苔位置、覆盖海域面积数据制定浒苔治理方案；

在浒苔治理的过程中，通过无人机对浒苔治理区域进行巡检，所述无人机将拍摄到高分辨率的视频和图片传输至浒苔灾害预警监测系统，通过无人机拍摄的视频和图片实时掌握浒苔的治理情况，为浒苔治理效果提供数据支撑，根据需要调整浒苔治理方案。

2.根据权利要求1所述的浒苔监测方法，其特征是：通过浮标长期的对水文参数数据进行采集，浒苔灾害预警监测系统对采集的水文参数数据进行存储分析，进而适时调整浒苔生长的水文参数阈值。

3.根据权利要求1所述的浒苔监测方法，其特征是：所述浒苔灾害预警监测系统部署于联通5G+云基座之上，基于KVM虚拟化技术和openstack云架构研发而成。

4.根据权利要求1所述的浒苔监测方法，其特征是：所述浮标的标体采用CCSB结构钢船板，桅杆由5083H116铝合金制成，吊环由Q235B钢材制成，所述浮标上设置有蓄电池，所述蓄电池用于给浮标供电，所述蓄电池可由太阳能供电系统充电，所述浮标上设置有营养盐、叶绿素、温度、盐度、PH、溶解氧的传感器，所述浮标采用5G网络或天通网络与浒苔灾害预警监测系统实现数据实时传输。

5.根据权利要求4所述的浒苔监测方法，其特征是：所述浮标上还设置有安全报警系统和AIS防碰撞系统，所述安全报警系统包括开舱进水报警、位移报警和超时报警。

6.根据权利要求1所述的浒苔监测方法，其特征是：所述无人机采用搭载运动相机的四旋翼飞行器，利用运动相机焦距和飞行高度之间的关系来保证运动相机对水面拍摄的分辨率。

7.根据权利要求1所述的浒苔监测方法，其特征是：卫星遥感包括光学遥感手段和雷达遥感手段。

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