CN117664930A - 海洋环境监测及生态灾害预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了海洋环境监测领域的海洋环境监测及生态灾害预警系统，海洋环境监测系统包括浮标和处理模块，浮标内设有海水收集模块、透光监测模块、氮磷含量检测模块和导电率监测模块；系统可以监测海水的透光性、氮磷含量和海水导电性等参数，全面评估海洋环境整体状况。海洋生态灾害预警系统中，预警模块获取数据传输模块中的海水富营养化状况和数据存储模块历史数据，当数据传输模块获取的海水富营养化状况数据超出预设阈值或显示异常，以及数据存储模块中存储的历史数据与当前数据进行对比时发现有显著的差异或异常变化趋势时，预警模块向终端发送预警信息。提高了海洋环境监测的质量和准确性，便于及时进行灾害预警，降低灾害发生的可能性。

Description

海洋环境监测及生态灾害预警系统

技术领域

本发明属于海洋环境监测领域，具体是海洋环境监测及生态灾害预警系统。

背景技术

海洋环境监测预警是指通过对海洋环境进行系统化、连续性的监测和分析，以及对监测数据进行预测和分析，及时发现海洋环境异常变化和潜在的风险，提前进行预警和警报，以便采取相应的措施保护海洋生态系统和维护海洋安全。海洋环境监测预警的目的是保护海洋生态环境、维护人类利益和海洋可持续发展。通过对海洋海水温度、盐度、水质、氧含量、浮游生物、底栖生物、海洋污染物以及气候变化等因素进行监测和分析，可以及时掌握海洋环境的变化情况，判断是否存在潜在的环境风险。

海水富营养化会导致海水中的藻类和其他浮游生物大量繁殖，这不仅会破坏海洋生态平衡，还会影响海洋生态系统的正常功能。同时，海洋生态系统中的生物多样性也会下降，一些物种可能会消失，这会对整个生态系统造成影响。此外，大量繁殖的藻类和浮游生物还会堵塞海底管道、船只螺旋桨等，对人类活动造成影响。因此，富营养化被认为是一种生态灾害。

若不能及时对海水富营养化进行处理，可能会引发一系列严重的生态问题和环境问题。首先，海水中的藻类和其他浮游生物会大量繁殖，导致赤潮、绿潮和水母等频繁爆发。这些现象会破坏海洋生态系统的平衡，影响海洋生物的生存和多样性。其次，富营养化会导致水质恶化，氧气含量降低，形成“死亡区”，破坏海洋生物的生存环境。这不仅会影响渔业生产和水质安全，还会对沿海地区的经济发展带来负面影响。

此外，富营养化还可能引发环境污染和公共卫生问题。例如，一些有毒物质的释放可能会对人类和其他生物造成危害。同时，富营养化还可能导致地下水污染和土壤盐渍化等问题，影响人类的生产和生活。

但是，现有的海洋环境监测中，由于海洋环境监测需要在复杂的海洋环境中进行，监测站点难以布设，监测设备易受到海洋环境的影响，因此导致监测数据可能存在一定的误差和漏报情况，导致出现监测数据的质量和准确性较低的问题。因此，本方案提出了海洋环境监测及生态灾害预警系统，提高海洋环境监测的质量和准确性，及时进行灾害预警。

发明内容

为了解决上述监测设备易受到海洋环境的影响导致出现监测数据的质量和准确性较低的问题，本发明提供海洋环境监测及生态灾害预警系统，以提高海洋环境监测的质量和准确性，及时进行灾害预警，降低灾害发生的可能性，从而减少灾害损失。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：海洋环境监测系统，包括浮标和处理模块，浮标内设有海水收集模块、透光监测模块、氮磷含量检测模块和导电率监测模块；

海水收集模块用于将海水导入浮标内进行监测；

透光监测模块与海水收集模块连接，用于监测海水的透光性，获取海水透光性数据，将海水透光性数据输入处理模块中；

氮磷含量检测模块与透光监测模块连接，用于利用微流控芯片检测海水中的氮磷含量，获取海水中的氮磷含量数据，将海水中的氮磷含量数据输入处理模块中；

导电率监测模块与透光监测模块连接，在海水中添加氯化钠使其饱和，测量饱和后的海水导电性，获取饱和后的海水导电性数据，将饱和后的海水导电性数据输入处理模块中；

处理模块用于收集透光监测模块中的海水透光性数据、海水中的氮磷含量数据和饱和后的海水导电性数据，将还数据进行处理后获取海水富营养化状况。

采用上述方案的原理及有益效果：海水收集模块的作用是将海水引入浮标内，以便进行后续的监测。透光监测模块监测海水的透光性，这反映了海水中悬浮颗粒物的数量和种类。透光性越差，说明海水中的悬浮颗粒物越多，这是由于水体富营养化和悬浮泥沙等原因导致的。氮磷含量检测模块利用微流控芯片技术检测海水中氮磷含量。氮和磷是海洋中的主要营养盐，它们的含量直接影响浮游植物（如藻类）的生长。如果氮磷含量过高，可能会导致藻类过度繁殖，这就是水体富营养化的标志。导电率监测模块在海水中添加氯化钠使其饱和，然后测量饱和后的海水导电性。海水的导电性主要由其中的离子浓度决定，而离子浓度又与海水的盐度和其他物质含量等因素有关。通过测量饱和后的海水导电性，可以间接了解其他物质含量参数，例如悬浮颗粒物数量。处理模块将收集到的各种数据进行分析处理，综合这些数据以评估海水的富营养化状况。例如，如果透光性变差、氮磷含量升高、导电性增强，那么可以认为这片海域的富营养化程度正在增加。

系统可以同时监测海水的透光性、氮磷含量和海水导电性等多种参数，全面评估海洋环境的整体状况，为海洋科学研究提供丰富的数据支持。该系统具有实时性、全面性、高精度、长期稳定性、可扩展性、自动化程度高和经济高效等优点，对于保护海洋生态环境、预防海洋灾害、促进可持续发展等方面具有重要意义。提高了海洋环境监测的质量和准确性，便于及时进行灾害预警，降低灾害发生的可能性，从而减少灾害损失。

进一步，海水收集模块包括进水管和输水泵，输水泵连通于进水管上，进水管与透光监测模块连通。

有益效果：通过进水管和输水泵的设计，能够实现海水的导入和传输，结构相对简单，易于制造和维护。

进一步，透光监测模块包括测量管，进水管与测量管连通，测量管由透明材质制成；测量管一侧设有光线输出设备，测量管另一侧设有光线接收设备；光线输出设备和光线接收设备均与处理模块信号连接。

有益效果：通过使用测量管和光线输出接收设备，能够准确测量海水的透光性。由于测量管由透明材质制成，可以减少光的散射和反射，从而获得更准确的光线传输数据。由于光线输出设备和光线接收设备均与处理模块信号连接，可以实时传输监测数据，使得处理模块能够及时获取并分析透光性数据。

进一步，氮磷含量检测模块中，微流控芯片包括若干组混合腔、消解腔、显色腔以及相应的微通道；利用混合腔、消解腔、显色腔以及相应的微通道进行氮磷含量检测时，通过灌注氢氧化钠、灌注过硫酸钾、不同比例的过硫酸钾和氢氧化钠混合、灌注海水、海水和消解液混合、消解、检测氮含量、注入钼酸铵溶液、显色反应和检测磷含量来获取氮磷含量数据。

有益效果：通过使用微流控芯片技术，能够实现自动化操作和快速反应，使得氮磷含量的检测更加高效。通过使用混合腔、消解腔、显色腔以及相应的微通道，可以精确控制反应条件和测量样品量，从而获得更准确的结果。由于使用了微流控芯片技术，可以减少人为操作误差和避免污染，提高了检测的可靠性。

进一步，导电率监测模块包括电导池，电导池与测量管连通，电导池顶部设有氯化钠添加器、摄像头和搅拌器，电导池的两侧分别固定连接有正电极和负电极，进行导电率监测时，将海水引入电导池中，利用氯化钠添加器向海水中添加氯化钠，利用搅拌器进行搅拌，利用摄像头获取海水图像，当海水中出现晶体时停止氯化钠添加并将搅拌器收回；利用正电极和负电极对电导池加电，获取海水的导电率数据。

有益效果：通过使用电导池、氯化钠添加器、摄像头和搅拌器等设备，能够实时监测海水的导电性，及时反映海水中离子浓度等变化。通过使用正电极和负电极对电导池加电，可以准确测量海水的导电率，避免人为操作误差和干扰。由于使用了摄像头和图像处理技术，可以通过获取海水图像并分析其中的晶体数量和分布等信息，从而获得更加全面的导电性数据。

进一步，氯化钠添加器包括存储箱，存储箱内存储有氯化钠粉末，存储箱底部设有出料口，出料口连通有电磁阀，出料口位于电导池上方。

有益效果：氯化钠添加器通过电磁阀控制氯化钠粉末的出料，实现自动化的添加过程。这样可以减少人工操作的需求，提高工作效率。电磁阀可以精确控制氯化钠粉末的出料量，确保添加的氯化钠量准确无误。这有助于保证监测过程的准确性和可靠性。

进一步，浮标底部固定连接有连接绳，连接绳远离浮标一端固定连接有配重块。

有益效果：通过在浮标底部设置连接绳和配重块，能够增加浮标的稳定性，减少受风、水流等因素的影响，保证监测数据的准确性。接绳的设计可以防止浮标被水流或大风等自然因素带离监测区域，保护浮标的安全，同时也可以避免对其他海上设备和船只造成危险。

进一步，海洋生态灾害预警系统包括数据传输模块、数据存储模块和预警模块，数据传输模块用于将处理模块中的海水富营养化状况传输至终端，数据存储模块用于存储历史数据，对历史数据进行整理；

预警模块用于获取数据传输模块中的海水富营养化状况和数据存储模块历史数据，当数据传输模块获取的海水富营养化状况数据超出预设阈值或显示异常，以及数据存储模块中存储的历史数据与当前数据进行对比时发现有显著的差异或异常变化趋势时，预警模块向终端发送预警信息。

有益效果：通过数据传输模块和数据存储模块，可以及时、准确地传输和存储海水富营养化状况数据，保证数据的完整性和可靠性，便于对历史数据进行整理和分析。预警模块可以对传输过来的实时数据进行监测，当数据超出预设阈值或显示异常时，以及当历史数据与当前数据进行对比时发现有显著的差异或异常变化趋势时，能够及时向终端发送预警信息，提醒相关人员采取应对措施。由于存储了历史数据，可以对历史数据进行追溯和分析，了解海水富营养化状况的变化趋势和规律，为未来的监测和预警提供参考和支持。

一种海洋环境生态灾害预警系统，采用了上述的海洋环境监测系统。

附图说明

图1为本发明实施例的海洋环境监测系统示意图。

图2为本发明实施例的海水收集模块、透光监测模块、氮磷含量检测模块和导电率监测模块连接图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：浮标1、处理模块2、海水收集模块3、透光监测模块4、氮磷含量检测模块5、导电率监测模块6、连接绳7、配重块8、进水管9、输水泵10、测量管11、光线输出设备12、光线接收设备13、电导池14、氯化钠添加器15、摄像头16、搅拌器17、正电极18、负电极19。

实施例一

实施例基本如附图1和附图2所示：

海洋环境监测系统，包括浮标1和处理模块2，浮标1内设有海水收集模块3、透光监测模块4、氮磷含量检测模块5和导电率监测模块6；浮标1底部固定连接有连接绳7，连接绳7远离浮标1一端固定连接有配重块8。

海水收集模块3用于将海水导入浮标1内进行监测。

透光监测模块4与海水收集模块3连接，用于监测海水的透光性，获取海水透光性数据，将海水透光性数据输入处理模块2中。

氮磷含量检测模块5与透光监测模块4连接，用于利用微流控芯片检测海水中的氮磷含量，获取海水中的氮磷含量数据，将海水中的氮磷含量数据输入处理模块2中。

导电率监测模块6与透光监测模块4连接，在海水中添加氯化钠使其饱和，测量饱和后的海水导电性，获取饱和后的海水导电性数据，将饱和后的海水导电性数据输入处理模块2中。

处理模块2用于收集透光监测模块4中的海水透光性数据、海水中的氮磷含量数据和饱和后的海水导电性数据，将还数据进行处理后获取海水富营养化状况。

具体实施过程如下：首先，浮标1通过连接绳7与配重块8连接，保持稳定漂浮在海面上。海水收集模块3通过进水管9和输水泵10的设计，当浮标1放置在海洋中时，海水收集模块3开始工作，将海水引入浮标1内部进行监测。假设海水收集模块3每小时采集一次海水样本，并将样本送入透光监测模块4、氮磷含量检测模块5和导电率监测模块6进行分析。

其次，透光监测模块4与海水收集模块3连接，用于监测海水的透光性。透光监测模块4通过光学传感器测量海水的透光性。每一个小时透光监测模块4会记录海水的透光性数据，例如透光率百分比。假设在第一小时，透光监测模块4记录到的透光率为80%，第二小时为75%，第三小时为70%。

氮磷含量检测模块5使用微流控芯片技术检测海水中的氮磷含量。每小时氮磷含量检测模块5会记录海水中的氮磷含量数据，例如氮磷含量的浓度值。假设在第一小时，氮磷含量检测模块5记录到的氮磷含量分别为10mg/L和5mg/L，第二小时为12mg/L和6mg/L，第三小时为15mg/L和8mg/L。

导电率监测模块6测量饱和后的海水导电性。每小时导电率监测模块6会记录饱和后的海水导电性数据，例如导电率的单位为S/m。假设在第一小时，导电率监测模块6记录到的饱和后海水导电率为3S/m，第二小时为3.5S/m，第三小时为4S/m。

处理模块2接收透光监测模块4、氮磷含量检测模块5和导电率监测模块6传输的数据。它会对这些数据进行整合和分析，计算海水的富营养化程度。例如，处理模块2可以根据透光率、氮磷含量和导电率的变化趋势，结合一定的阈值，判断海水是否出现富营养化现象，并给出相应的警报或建议。通过这些数据的综合分析，可以了解海水的营养状况，从而为环境保护提供参考和支持。

本实施例中还公开了一种海洋环境生态灾害预警系统，依赖于上述海洋环境监测系统。

实施例二

本实施例与上述实施例的区别在于：海水收集模块3包括进水管9和输水泵10，输水泵10连通于进水管9上，进水管9与透光监测模块4连通。透光监测模块4包括测量管11，进水管9与测量管11连通，测量管11由透明材质制成；测量管11一侧设有光线输出设备12，测量管11另一侧设有光线接收设备13；光线输出设备12和光线接收设备13均与处理模块2信号连接。

具体实施过程如下：进水管9连接到海洋中，输水泵10负责将海水抽取到浮标1内部。进水管9和输水泵10之间通过连接管连通。进水管9与透光监测模块4连通，将海水引入透光监测模块4进行监测。海水通过进水管9进入测量管11中，光线从光线输出设备12发射入海水中。海水的透光性会影响光线在测量管11中的传播和接收情况。光线接收设备13会接收到透过海水后的光线，并将接收到的光线信号传输给处理模块2。处理模块2接收光线接收设备13传输的光线信号，并对信号进行处理和分析。它可以根据光线的强度、波长等特征，计算海水的透光性。处理模块2可能会采用光学算法和模型来评估海水的透明度，并将结果输出。

实施例三

本实施例与上述实施例的区别在于：氮磷含量检测模块5中，微流控芯片包括若干组混合腔、消解腔、显色腔以及相应的微通道；利用混合腔、消解腔、显色腔以及相应的微通道进行氮磷含量检测时，通过灌注氢氧化钠、灌注过硫酸钾、不同比例的过硫酸钾和氢氧化钠混合、灌注海水、海水和消解液混合、消解、检测氮含量、注入钼酸铵溶液、显色反应和检测磷含量来获取氮磷含量数据。

具体实施过程如下：在混合腔中，灌注适量的氢氧化钠溶液，用于调节样品的pH值，以便后续的消解和显色反应。在消解腔中，灌注过硫酸钾溶液，用于将样品中的有机氮和磷化合物转化为无机形态。在显色腔中，灌注不同比例的过硫酸钾和氢氧化钠混合溶液，用于显色反应，使样品中的氮和磷形成可测量的化合物。

海水样品通过微通道流经混合腔、消解腔和显色腔，与相应的试剂发生反应。在消解腔中，有机氮和磷化合物被转化为无机形态。经过消解腔后，样品继续流经显色腔，与过硫酸钾和氢氧化钠混合溶液发生显色反应。

检测模块使用相应的传感器或光学设备，对显色反应后的样品进行检测。例如，对氮含量的检测可以使用氮气检测器，对磷含量的检测可以使用磷酸盐检测器。检测模块会记录并输出样品中的氮磷含量数据。这些数据可以是氮含量和磷含量的浓度值，例如以毫克/升为单位。

实施例四

本实施例与上述实施例的区别在于：导电率监测模块6包括电导池14，电导池14与测量管11连通，电导池14顶部设有氯化钠添加器15、摄像头16和搅拌器17，电导池14的两侧分别固定连接有正电极18和负电极19，进行导电率监测时，将海水引入电导池14中，利用氯化钠添加器15向海水中添加氯化钠，利用搅拌器17进行搅拌，利用摄像头16获取海水图像，当海水中出现晶体时停止氯化钠添加并将搅拌器17收回；利用正电极18和负电极19对电导池14加电，获取海水的导电率数据。

氯化钠添加器15包括存储箱，存储箱内存储有氯化钠粉末，存储箱底部设有出料口，出料口连通有电磁阀，出料口位于电导池14上方。

具体实施过程如下：导电率监测模块6包括电导池14，电导池14与测量管11连通。电导池14的顶部设有氯化钠添加器15、摄像头16和搅拌器17，两侧分别固定连接有正电极18和负电极19。海水被引入电导池14中，通过测量管11进入电导池14。海水中的离子会影响电导池14的导电率。

利用氯化钠添加器15向海水中添加氯化钠。氯化钠添加器15包括存储箱，存储箱内存储有氯化钠粉末。存储箱底部设有出料口，出料口连通有电磁阀。出料口位于电导池14上方。在监测过程中，搅拌器17会进行搅拌，以确保海水中的氯化钠均匀溶解。

同时，摄像头16可以通过拍摄海水图像，实时观察海水中是否出现晶体。当海水中出现晶体时，表示已经饱和，停止氯化钠添加，并将搅拌器17收回。此时，正电极18和负电极19对电导池14加电，测量海水的导电率。导电率的测量可以通过在电导池14内设置传感器或测量设备实现。导电率监测后会记录并输出海水的导电率数据。导电率数据可以表示为导电率的单位为S/m。

实施例五

本实施例与上述实施例的区别在于：海洋环境监测系统，包括数据传输模块、数据存储模块和预警模块，数据传输模块用于将处理模块2中的海水富营养化状况传输至终端，数据存储模块用于存储历史数据，对历史数据进行整理；

预警模块用于获取数据传输模块中的海水富营养化状况和数据存储模块历史数据，当数据传输模块获取的海水富营养化状况数据超出预设阈值或显示异常，以及数据存储模块中存储的历史数据与当前数据进行对比时发现有显著的差异或异常变化趋势时，预警模块向终端发送预警信息。

具体实施过程如下：数据传输模块负责将处理模块2中计算得到的海水富营养化状况数据传输至终端设备。这可以通过无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙或移动网络实现。传输的数据可以是海水富营养化程度的指标值或相关的警报信息。

数据存储模块用于存储历史数据，并对数据进行整理和管理。这可以是一个数据库或云存储系统，用于存储海水富营养化状况的历史记录。数据存储模块可以记录每次监测的时间、地点和相关的海水富营养化指标值。

预警模块获取数据传输模块中的海水富营养化状况数据和数据存储模块中的历史数据。它会对当前的海水富营养化状况数据进行监测，并与预设的阈值进行比较。如果海水富营养化状况数据超出了预设阈值，或者显示出异常，预警模块会触发预警机制。当预警模块发现海水富营养化状况数据超出预设阈值或显示异常时，它会向终端设备发送预警信息。预警信息可以是声音、文字或图像的形式，提醒用户注意海洋环境的变化。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.海洋环境监测系统，其特征在于：包括浮标和处理模块，浮标内设有海水收集模块、透光监测模块、氮磷含量检测模块和导电率监测模块；

海水收集模块用于将海水导入浮标内进行监测；

透光监测模块与海水收集模块连接，用于监测海水的透光性，获取海水透光性数据，将海水透光性数据输入处理模块中；

氮磷含量检测模块与透光监测模块连接，用于利用微流控芯片检测海水中的氮磷含量，获取海水中的氮磷含量数据，将海水中的氮磷含量数据输入处理模块中；

导电率监测模块与透光监测模块连接，在海水中添加氯化钠使其饱和，测量饱和后的海水导电性，获取饱和后的海水导电性数据，将饱和后的海水导电性数据输入处理模块中；

处理模块用于收集透光监测模块中的海水透光性数据、海水中的氮磷含量数据和饱和后的海水导电性数据，将还数据进行处理后获取海水富营养化状况。

2.根据权利要求1所述的海洋环境监测系统，其特征在于：海水收集模块包括进水管和输水泵，输水泵连通于进水管上，进水管与透光监测模块连通。

3.根据权利要求2所述的海洋环境监测系统，其特征在于：透光监测模块包括测量管，进水管与测量管连通，测量管由透明材质制成；测量管一侧设有光线输出设备，测量管另一侧设有光线接收设备；光线输出设备和光线接收设备均与处理模块信号连接。

4.根据权利要求3所述的海洋环境监测系统，其特征在于：氮磷含量检测模块中，微流控芯片包括若干组混合腔、消解腔、显色腔以及相应的微通道；利用混合腔、消解腔、显色腔以及相应的微通道进行氮磷含量检测时，通过灌注氢氧化钠、灌注过硫酸钾、不同比例的过硫酸钾和氢氧化钠混合、灌注海水、海水和消解液混合、消解、检测氮含量、注入钼酸铵溶液、显色反应和检测磷含量来获取氮磷含量数据。

5.根据权利要求4所述的海洋环境监测系统，其特征在于：导电率监测模块包括电导池，电导池与测量管连通，电导池顶部设有氯化钠添加器、摄像头和搅拌器，电导池的两侧分别固定连接有正电极和负电极，进行导电率监测时，将海水引入电导池中，利用氯化钠添加器向海水中添加氯化钠，利用搅拌器进行搅拌，利用摄像头获取海水图像，当海水中出现晶体时停止氯化钠添加并将搅拌器收回；利用正电极和负电极对电导池加电，获取海水的导电率数据。

6.根据权利要求5所述的海洋环境监测系统，其特征在于：氯化钠添加器包括存储箱，存储箱内存储有氯化钠粉末，存储箱底部设有出料口，出料口连通有电磁阀，出料口位于电导池上方。

7.根据权利要求6所述的海洋环境监测系统，其特征在于：浮标底部固定连接有连接绳，连接绳远离浮标一端固定连接有配重块。

8.根据权利要求7所述的海洋环境监测系统，其特征在于：包括数据传输模块、数据存储模块和预警模块，数据传输模块用于将处理模块中的海水富营养化状况传输至终端，数据存储模块用于存储历史数据，对历史数据进行整理；

预警模块用于获取数据传输模块中的海水富营养化状况和数据存储模块历史数据，当数据传输模块获取的海水富营养化状况数据超出预设阈值或显示异常，以及数据存储模块中存储的历史数据与当前数据进行对比时发现有显著的差异或异常变化趋势时，预警模块向终端发送预警信息。

9.一种海洋环境生态灾害预警系统，其特征在于，采用了如权利要求1-8任一项所述的海洋环境监测系统。