CN116721000A - 一种基于水域生态环境监测的数据处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生态环境监测技术领域，且公开了一种基于水域生态环境监测的数据处理方法及系统，步骤S1、采集单元采集环境内的氧化还原数据、酸碱度数据以及盐度数据并发送给去噪单元，步骤S2、去噪单元接收数据并进行去噪处理，生成氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD，且将数据发送给中心单元；本发明首先进行水域生态环境内的数据采集，并进行去噪处理，保证数据准确性的基础上计算出环境值H，将环境值H与阈值进行对比后，进行图像数据采集，将图像数据进行处理后，进行分析，判断水域生态环境内的情况，从而进行维护，保证监测的准确程度，且无需时刻进行图像数据采集，降低数据传输的难度，提高工作效率。

Description

一种基于水域生态环境监测的数据处理方法及系统
技术领域
本发明涉及生态环境监测技术领域，更具体地涉及一种基于水域生态环境监测的数据处理方法及系统。
背景技术
水域生态环境是指在一定的空间和时间范围内，水域环境中栖息的各种生物和它们周围的自然环境所共同构成的基本功能单位，按照水域环境的具体特征，水域生态系统可以划分为淡水生态系统和海洋生态系统，淡水生态系统又可分为流水生态系统和静水生态系统，前者包括江河等，后者包括湖泊、水库等，海洋生态系统又可以进一步划分为潮间带生态系统、浅海生态系统、深海大洋生态系统；
而为了保证水域生态环境保持健康状态，需要对水域生态环境进行检测，通过对水域生态环境进行深入监测来满足区域环境保护需要，从而为加强水域功能和保护工作奠定基础，并能及时发现水域生态环境问题，但是传统进行水域生态环境监测时，存在以下问题：
在进行水域生态环境监测时，为了保证监测过程足够准确，一般采用图像采集的方式进行检测，而在进行图像采集后，需要安排单独的工作人员进行图像分析，进而了解水域生态环境情况，此时会提高相关人员的工作强度，并且在进行图像采集后，此时图像在进行传输时，易受到造成的影响，最终所接收的图像信息与原始图像信息存在一定的差别，会造成分析判断错误的情况，且在进行域生态环境监测的数据采集时，当采集装置出现问题时，若是未能及时接收到数据信息，会造成数据丢失的情况。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施条例提供一种基于水域生态环境监测的数据处理方法及系统，以解决背景技术中所提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于水域生态环境监测的数据处理方法，包括以下步骤：
步骤S1、采集单元采集环境内的氧化还原数据、酸碱度数据以及盐度数据并发送给去噪单元；
步骤S2、去噪单元接收数据并进行去噪处理，生成氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD，且将数据发送给中心单元；
步骤S3、中心单元接收数据并计算出环境值H后发送给判断单元，判断单元接收环境值H与其内部阈值进行对比后，发送指令给中心单元；
步骤S4、中心单元接收判断单元的指令并控制采集单元进行图像信息采集，处理单元将图像信息进行处理后发送给中心单元；
步骤S5、中心单元进行图像分析后通知维护单元进行水域生态环境维护，储存单元用于储存采集单元内所采集的全部数据。
在一个优选的实施方式中，一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，包括采集单元、去噪单元、中心单元、判断单元、处理单元、维护单元以及储存单元，所述采集单元用于采集水域生态环境内的数据信息以及图像信息，所述去噪单元用于数据信息的去噪处理，并将处理后的数据发送给中心单元，所述中心单元接收处理后的数据并计算出环境值H，所述判断单元接收环境值H与其内部阈值进行对比后，发送指令给中心单元，中心单元接收判断单元的指令并控制采集单元进行图像信息采集，处理单元将图像信息进行处理后发送给中心单元，中心单元进行图像分析后通知维护单元进行水域生态环境维护，储存单元用于储存采集单元内所采集的全部数据；
所述采集单元包括数据采集模块与图像采集模块，所述数据采集模块采集环境内的氧化还原数据、酸碱度数据以及盐度数据并发送给去噪单元，所述去噪单元接收数据采集模块所采集的数据进行去噪处理后生成氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD并发送给中心单元。
在一个优选的实施方式中，所述去噪单元内的去噪处理方式为小波去噪，去噪单元首先采用小波分解算法将数据进行分解后，采用小波数据重构算法进行数据重构，从而完成数据的去噪工作，去噪单元内小波分解算法公式为：，式中为分解后的数据，α为低频信息数据，d为高频信息数据，j为进行分解的尺度，k为数据的全部树木，n为进行分解的层数，l为分解时高级到低级的长度，且去噪单元内小波重构算法公式为：/>，式中h为高通滤波算法，g为低通滤波算法。
在一个优选的实施方式中，所述中心单元接收氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD并计算出环境值H，其环境值H的计算公式为：，式中0≤η≤1，0≤θ≤1，且η+θ=1，η与θ均为权重，K为环境为酸碱度与氧化还原反应数据的相关系数，所述中心单元将计算出的环境值H发送给判断单元。
在一个优选的实施方式中，所述判断单元判断接收环境值H并与其内部的阈值Y进行对比，当环境值低于阈值Y时，此时判断单元处于待机状态，当环境值H不低于阈值Y时，此时判断单元发送维护指令给中心单元，中心单元接收维护指令并控制图像采集模块进行图像数据采集。
在一个优选的实施方式中，所述图像采集模块采集水域生态环境内的图像数据信息并发送给处理单元，所述处理单元包括预处理模块、边缘模块以及分割模块，所述预处理模块将图像采集模块所采集的图像数据进行去噪处理，且预处理模块采用邻域平均法进行去噪处理，其去噪公式为：，式中/>为处理后的图像数据，（x，y）为中心邻域的集合，M为邻域内的全部像素，/>为待处理的原始图像数据。
在一个优选的实施方式中，所述边缘模块用于处理预处理模块处理后的图像数据，且边缘模块采用拉普拉斯算子进行图像边缘处理，拉普拉斯算子公式为：，式中/>为边缘处理后的图像值，/>为/>，所述边缘模块将处理后的图像值发送给分割模块与中心单元。
在一个优选的实施方式中，所述分割模块采用灰度阈值法进行图像分割处理，灰度阈值法的处理公式为：，式中/>为分隔后的图像数据，T为图像黑白转换的阈值，其具体值可由用户进行设定，所述分隔将分割后的图像发送给中心单元。
在一个优选的实施方式中，所述中心单元内工作人员接收边缘模块处理后的彩色图像信息与分割模块处理后的黑白图像信息，并进行水域生态环境分析后，通知维护单元内工作人员到现场进行维护。
在一个优选的实施方式中，所述储存单元设置在采集单元内，且采集单元位于水域生态环境，采集单元所采集的全部数据均在储存单元内进行储存后，再发送给去噪单元以及处理单元，且中控单元控制储存单元每三十天进行一次云端储存，且云端储存成功后，储存单元方可进行内部储存数据清空，并重新进行数据储存。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明首先进行水域生态环境内的数据采集，并将数据进行去噪处理，保证数据准确性的基础上计算出环境值H，将环境值H与阈值进行对比后，再进行水域生态环境内的图像数据采集，将图像数据进行处理后，进行分析，判断水域生态环境内的情况，从而进行维护，保证监测的准确程度，且无需时刻进行图像数据采集，降低数据传输的难度，提高工作效率；
2、本发明通过设有判断单元，当环境值H大于阈值Y时，表示此时水域生态环境内出现问题，因此中心单元接收维护指令并控制图像采集模块进行图像数据采集，而平时不进行图像数据采集，避免设备时刻处于图像采集状态，易损坏，其储存空间可能不足的问题；
3、本发明通过设有储存单元，当采集单元出现问题时，工作人员可赶往采集单元所在地，并查看其内部储存单元内的数据，进而了解到近期该水域生态环境所发送的变化，且储存单元每三十天进行一次数据传输与清空，保证其有足够的空间储存新的数据，且数据在云端内进行查看，避免数据丢失。
附图说明
图1为本发明的整体流程顺序示意图；
图2为本发明的整体系统组成结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的一种基于水域生态环境监测的数据处理方法及系统并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明提供了一种基于水域生态环境监测的数据处理方法，包括以下步骤：
步骤S1、采集单元采集环境内的氧化还原数据、酸碱度数据以及盐度数据并发送给去噪单元；
步骤S2、去噪单元接收数据并进行去噪处理，生成氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD，且将数据发送给中心单元；
步骤S3、中心单元接收数据并计算出环境值H后发送给判断单元，判断单元接收环境值H与其内部阈值进行对比后，发送指令给中心单元；
步骤S4、中心单元接收判断单元的指令并控制采集单元进行图像信息采集，处理单元将图像信息进行处理后发送给中心单元；
步骤S5、中心单元进行图像分析后通知维护单元进行水域生态环境维护，储存单元用于储存采集单元内所采集的全部数据。
参照图2，一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，包括采集单元、去噪单元、中心单元、判断单元、处理单元、维护单元以及储存单元，所述采集单元用于采集水域生态环境内的数据信息以及图像信息，所述去噪单元用于数据信息的去噪处理，并将处理后的数据发送给中心单元，所述中心单元接收处理后的数据并计算出环境值H，所述判断单元接收环境值H与其内部阈值进行对比后，发送指令给中心单元，中心单元接收判断单元的指令并控制采集单元进行图像信息采集，处理单元将图像信息进行处理后发送给中心单元，中心单元进行图像分析后通知维护单元进行水域生态环境维护，储存单元用于储存采集单元内所采集的全部数据；
所述采集单元包括数据采集模块与图像采集模块，所述数据采集模块采集环境内的氧化还原数据、酸碱度数据以及盐度数据并发送给去噪单元，所述去噪单元接收数据采集模块所采集的数据进行去噪处理后生成氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD并发送给中心单元，所述中心单元接收氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD并计算出环境值H，计算公式为：，式中0≤η≤1，0≤θ≤1，且η+θ=1，η与θ均为权重，K为环境为酸碱度与氧化还原反应数据的相关系数，所述中心单元将计算出的环境值H发送给判断单元。
本申请实施例中，首先所采集的数据为氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD，此三种数据可以反应出水域生态环境的自身情况，在采集三种数据后，计算出环境值H，且在进行环境值H的计算时，酸碱度信息其在7为中性，而当其大于7时为碱性，小于7时为酸性，而水域生态在进行氧化还原反应时，易在酸性环境内进行，因此当其pH值小于7时，利于氧化还原反应进行，此时利于环境恢复，因此会降低环境值，而当水域生态环境内为酸性，且盐度数据较高时，此时环境值较高，因此水域生态环境易出现问题，因此本申请能够对水域生态环境进行检测。
进一步的，所述去噪单元内的去噪处理方式为小波去噪，去噪单元首先采用小波分解算法将数据进行分解后，采用小波数据重构算法进行数据重构，从而完成数据的去噪工作，去噪单元内小波分解算法公式为：，式中/>为分解后的数据，α为低频信息数据，d为高频信息数据，j为进行分解的尺度，k为数据的全部树木，n为进行分解的层数，l为分解时高级到低级的长度，且去噪单元内小波重构算法公式为：，式中h为高通滤波算法，g为低通滤波算法，采用小波去噪的方式进行采集数据的去噪处理，可以较好的保留原有数据中所需有用数据的峰值和突变部分，且有用数据易集中在低频部分，而噪声集中在高频部分，通过低通滤波不能很好的将所需信号的高频部分和噪声引起的高频干扰进行有效的区分，若低通滤波太窄，则部分所需数据会被当做噪声滤除，此时会引起原始数据失真，而小波变换可以很好的解决上述缺点，并且小波去噪的方式，会将低频以及高频均进行考虑，进而保证数据进行处理后的准确性。
进一步的，所述判断单元判断接收环境值H并与其内部的阈值Y进行对比，当环境值低于阈值Y时，此时判断单元处于待机状态，当环境值H不低于阈值Y时，此时判断单元发送维护指令给中心单元，中心单元接收维护指令并控制图像采集模块进行图像数据采集，判断单元将环境值H与阈值Y进行对比，进而了解水域生态环境内的信息，当环境值H大于阈值Y时，表示此时水域生态环境内出现问题，因此中心单元接收维护指令并控制图像采集模块进行图像数据采集，而平时不进行图像数据采集，避免设备时刻处于图像采集状态，易损坏，其储存空间可能不足的问题。
进一步的，所述图像采集模块采集水域生态环境内的图像数据信息并发送给处理单元，所述处理单元包括预处理模块、边缘模块以及分割模块，所述预处理模块将图像采集模块所采集的图像数据进行去噪处理，且预处理模块采用邻域平均法进行去噪处理，其去噪公式为：，式中/>为处理后的图像数据，（x，y）为中心邻域的集合，M为邻域内的全部像素，/>为待处理的原始图像数据，所述边缘模块用于处理预处理模块处理后的图像数据，且边缘模块采用拉普拉斯算子进行图像边缘处理，拉普拉斯算子公式为：/>，式中/>为边缘处理后的图像值，/>为/>，所述边缘模块将处理后的图像值发送给分割模块与中心单元。
本申请实施例中，采集到的图像在进行传输时，难免会受到噪声的影响，因此本申请采用邻域平均法进行去噪处理，去除其在传输时的造成，提高图像数据在接收之后的准确性，且邻域平均法进行去噪后，采用拉普拉斯算子进行图像边缘处理，边缘处理也可图像中噪声，同时去除不相关细节，使不相关细节与背景糅合在一起，从而目标更易于检测，进而使得重心单元内的工作人员便于进行水域生态环境内的确认，提高判断的准确程度。
进一步的，所述分割模块采用灰度阈值法进行图像分割处理，灰度阈值法的处理公式为：，式中/>为分隔后的图像数据，T为图像黑白转换的阈值，其具体值可由用户进行设定，所述分隔将分割后的图像发送给中心单元，所述中心单元内工作人员接收边缘模块处理后的彩色图像信息与分割模块处理后的黑白图像信息，并进行水域生态环境分析后，通知维护单元内工作人员到现场进行维护。
本申请实施例中，分割模块进行分隔处理后，此时图像会变为黑白颜色，而当图像变为黑白颜色后，此时会将特征进行凸出，而其余的信息会削弱，此时会造成判断失误，因此配合边缘模块内所发送彩色图像，中心单元内的工作人员将彩色图像与黑白图像相结合，保证分析与判断的准确性，因此合理的安排维护单元内的人员进行水域生态环境维护，提高工作效率以及判断的精准程度。
进一步的，所述储存单元设置在采集单元内，且采集单元位于水域生态环境，采集单元所采集的全部数据均在储存单元内进行储存后，再发送给去噪单元以及处理单元，且中控单元控制储存单元每三十天进行一次云端储存，且云端储存成功后，储存单元方可进行内部储存数据清空，并重新进行数据储存，在水域生态环境内设置有储存单元，当采集单元出现问题，或者无法正常进行数据传输时，此时工作人员可赶往采集单元所在地，并查看其内部储存单元内的数据，进而了解到近期该水域生态环境所发送的变化，且储存单元每三十天进行一次数据传输与清空，保证其有足够的空间储存新的数据，且已经采集的数据在云端内进行查看，数据不会丢失。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个去噪单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于水域生态环境监测的数据处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、采集单元采集环境内的氧化还原数据、酸碱度数据以及盐度数据并发送给去噪单元；
步骤S2、去噪单元接收数据并进行去噪处理，生成氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD，且将数据发送给中心单元；
步骤S3、中心单元接收数据并计算出环境值H后发送给判断单元，判断单元接收环境值H与其内部阈值进行对比后，发送指令给中心单元；
步骤S4、中心单元接收判断单元的指令并控制采集单元进行图像信息采集，处理单元将图像信息进行处理后发送给中心单元；
步骤S5、中心单元进行图像分析后通知维护单元进行水域生态环境维护，储存单元用于储存采集单元内所采集的全部数据。
2.一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：包括采集单元、去噪单元、中心单元、判断单元、处理单元、维护单元以及储存单元，所述采集单元用于采集水域生态环境内的数据信息以及图像信息，所述去噪单元用于数据信息的去噪处理，并将处理后的数据发送给中心单元，所述中心单元接收处理后的数据并计算出环境值H，所述判断单元接收环境值H与其内部阈值进行对比后，发送指令给中心单元，中心单元接收判断单元的指令并控制采集单元进行图像信息采集，处理单元将图像信息进行处理后发送给中心单元，中心单元进行图像分析后通知维护单元进行水域生态环境维护，储存单元用于储存采集单元内所采集的全部数据；
所述采集单元包括数据采集模块与图像采集模块，所述数据采集模块采集环境内的氧化还原数据、酸碱度数据以及盐度数据并发送给去噪单元，所述去噪单元接收数据采集模块所采集的数据进行去噪处理后生成氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD并发送给中心单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：所述去噪单元内的去噪处理方式为小波去噪，去噪单元首先采用小波分解算法将数据进行分解后，采用小波数据重构算法进行数据重构，从而完成数据的去噪工作，去噪单元内小波分解算法公式为：，式中/>为分解后的数据，α为低频信息数据，d为高频信息数据，j为进行分解的尺度，k为数据的全部树木，n为进行分解的层数，l为分解时高级到低级的长度，且去噪单元内小波重构算法公式为：/>，式中h为高通滤波算法，g为低通滤波算法。
4.根据权利要求2所述的一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：所述中心单元接收氧化还原数据信息YH、酸碱度数据信息pH以及盐度数据信息YD并计算出环境值H，其环境值H的计算公式为：，式中0≤η≤1，0≤θ≤1，且η+θ=1，η与θ均为权重，K为环境为酸碱度与氧化还原反应数据的相关系数，所述中心单元将计算出的环境值H发送给判断单元。
5.根据权利要求2所述的一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：所述判断单元判断接收环境值H并与其内部的阈值Y进行对比，当环境值低于阈值Y时，此时判断单元处于待机状态，当环境值H不低于阈值Y时，此时判断单元发送维护指令给中心单元，中心单元接收维护指令并控制图像采集模块进行图像数据采集。
6.根据权利要求2所述的一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：所述图像采集模块采集水域生态环境内的图像数据信息并发送给处理单元，处理单元包括预处理模块、边缘模块以及分割模块，所述预处理模块将图像采集模块所采集的图像数据进行去噪处理，且预处理模块采用邻域平均法进行去噪处理，其去噪公式为：，式中/>为处理后的图像数据，（x，y）为中心邻域的集合，M为邻域内的全部像素，为待处理的原始图像数据。
7.根据权利要求6所述的一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：所述边缘模块用于处理预处理模块处理后的图像数据，且边缘模块采用拉普拉斯算子进行图像边缘处理，拉普拉斯算子公式为：，式中/>为边缘处理后的图像值，为/>，所述边缘模块将处理后的图像值发送给分割模块与中心单元。
8.根据权利要求6所述的一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：所述分割模块采用灰度阈值法进行图像分割处理，灰度阈值法的处理公式为：，式中/>为分隔后的图像数据，T为图像黑白转换的阈值，其具体值可由用户进行设定，所述分隔将分割后的图像发送给中心单元。
9.根据权利要求6所述的一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：所述中心单元内工作人员接收边缘模块处理后的彩色图像信息与分割模块处理后的黑白图像信息，并进行水域生态环境分析后，通知维护单元内工作人员到现场进行维护。
10.根据权利要求2所述的一种基于水域生态环境监测的数据处理系统，其特征在于：所述储存单元设置在采集单元内，且采集单元位于水域生态环境，采集单元所采集的全部数据均在储存单元内进行储存后，再发送给去噪单元以及处理单元，且中控单元控制储存单元每三十天进行一次云端储存，且云端储存成功后，储存单元方可进行内部储存数据清空，并重新进行数据储存。
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