CN219434125U - 一种基于psr模型的红树林湿地生态系统退化监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统，包括无人机光谱数据采集装置、污水排放监测装置、植物侵害调查数据上传装置、生物指标调查数据上传装置、水质指标监测装置、气象指标数据上传装置、土壤指标调查数据上传装置、管理与保护调查数据上传装置、信号基站以及数据中心。本实用新型通过构建基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统，及时获取压力、状态以及响应对应的各指标层数据，实现监测数据化，为红树林生态系统保护提供数据支撑，有利于将红树林湿地生态系统退化监测纳入常态化监测工作。

Description

一种基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统

技术领域

本实用新型属于红树林湿地监测技术领域，具体涉及一种基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统。

背景技术

红树林生态系统是陆地向海洋过渡的特殊生态系统，也是海岸带湿地生态系统的重要类型之一。红树林生态系统在净化海水、防风消浪、固碳储碳、维护生物多样性等方面发挥着重要作用，红树林湿地生态系统的生态平衡是一种脆弱的平衡，其中包含着许多生物因子和环境因子，一旦由于环境、人为等因素破坏了结构中的某一部分，就可能造成整体失衡。近年来，建立符合红树林湿地特征的红树林退化程度监测体系，定量评价红树林生态系统的健康情况，加强对红树林退化机制和评估方法的科学研究成为红树林生态环境保护研究的重点，有利于为红树林生态系统的合理保护和恢复提供科学依据，目前未见有利用现代化技术构建红树林湿地生态系统退化监测系统的报道。为此，研发一种基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统是非常必要的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统。

本实用新型的目的是这样实现的，包括：

无人机光谱数据采集装置，用于采集红树林湿地光谱数据并通过信号基站传输至数据中心，无人机光谱数据采集装置具体可以是搭在有光谱摄像设备的人机，通过其内置的无线传图模块传输数据；

污水排放监测装置，用于获取红树林湿地污染物数据并通过信号基站传输至数据中心，污水排放监测装置具体可以布设在入水口、岸边以及异常点位，具体可以选择TOC（总有机碳）检测传感器、苯系物检测传感器、油膜检测器等；

植物侵害调查数据上传装置，用于将植物侵害调查数据通过信号基站传输至数据中心；植物侵害调查数据上传装置可采用本领域技术人员熟知的电子表单，电子表单设有调查项目以及数据表格，工作人员将调查数据（植物侵害面积）通过智能手机、PAD等设备填入电子表单，再通过通信网络传输记载有植物侵害调查数据的电子表单；

生物指标调查数据上传装置，用于将生物指标调查数据通过信号基站传输至数据中心；生物指标调查数据上传装置可采用本领域技术人员熟知的电子表单，电子表单设有调查项目以及数据表格，工作人员将调查数据（生长状态、植物物种多样性、鸟类物种多样性、病虫害等）通过智能手机、PAD等设备填入电子表单，再通过通信网络传输记载有生物指标调查数据的电子表单；

水质指标监测装置，用于获取红树林湿地水质数据通过信号基站传输至数据中心；水质指标监测装置具体可以采用环绕法或网格法在湿地样地中布设，水质指标监测装置具体是总磷传感器、总氮传感器、化学需氧量（COD）传感器、溶解氧（DO）传感器、生物需氧量（BOD5）传感器等。

气象指标数据上传装置，用于将气象指标数据通过信号基站传输至数据中心；气象指标数据上传装置可采用本领域技术人员熟知的电子表单，电子表单设有调查项目以及数据表格，气象指标数据具体可以是历史气象数据，如降雨量、气温等，工作人员将获取的气象指标数据通过智能手机、PAD等设备填入电子表单，再通过通信网络传输记载有气象指标数据的电子表单；

土壤指标调查数据上传装置，用于将土壤指标调查数据通过信号基站传输至数据中心；土壤指标调查数据上传装置可采用本领域技术人员熟知的电子表单，电子表单设有调查项目以及数据表格，土壤指标调查数据具体可以是土壤有机质含量、土壤重金属含量等，工作人员将土样送检获取的土壤指标调查数据通过智能手机、PAD等设备填入电子表单，再通过通信网络传输记载有土壤指标调查数据的电子表单；

管理与保护调查数据上传装置，用于将管理与保护调查数据通过信号基站传输至数据中心；管理与保护调查数据上传装置可采用本领域技术人员熟知的电子表单，电子表单设有调查项目以及数据表格，工作人员将调查数据（湿地附近养殖场规模、自然灾害管理措施、病虫害管理措施、经费管理制度、人员管理制度、红树林湿地保护宣传情况）通过智能手机、PAD等设备填入电子表单，再通过通信网络传输记载有管理与保护调查数据的电子表单；

信号基站，用于通过无线信号传输数据，具体可以是2G、3G、4G、5G信号塔；

数据中心，用于接收其他装置传输的数据，数据中心具体还可以包括数据存储服务器、数据处理服务器，数据存储服务器存储各类数据，数据处理服务器用于处理各类数据，其处理过程为本领域公知技术，例如可以在服务器内置PSR模型计算软件，采用人工或自动操作计算软件对数据进行处理计算。

优选地，还包括监测装置布设箱，监测装置布设箱两侧分别设有第一伸缩支杆，第一伸缩支杆下端为锥形，所述监测装置布设箱内的中部立设有第二伸缩支杆，第二伸缩支杆端部穿出监测装置布设箱顶部，且端部设有第一铰座，第一铰座上设有太阳能板，所述监测装置布设箱顶部设有第二铰座，第三伸缩支杆一端与第二铰座连接，另一端设有监控摄像头，所述监测装置布设箱顶部设有提手，所述监测装置布设箱外设有人体传感器、无线传输模块，所述监测装置布设箱内设有第一控制装置、第二控制装置、太阳能蓄电池、监测装置夹具、电缆收卷装置，监测装置夹具、电缆收卷装置对应的箱体上分别设有箱门，所述监测装置夹具夹持有监测装置，监测装置为污水排放监测装置或水质指标监测装置，电缆收卷装置上收卷有电缆，电缆一端与监测装置电连接，另一端装有检测探头，所述太阳能蓄电池与太阳能板电连接，第一控制装置分别与监测装置、无线传输模块、太阳能蓄电池电连接，第二控制装置分别与监控摄像头、人体传感器、无线传输模块、太阳能蓄电池电连接；其中太阳能蓄电池与太阳能板之间的连接关系、第一控制装置与被控部件的连接关系、第二控制装置与被控部件的连接关系均为本领域公知技术，第一控制装置、第二控制装置具体可以是单片机或PLC控制器，其中人体接近感应拍摄功能可通过本领域技术人员熟知的逻辑控制代码实现。

优选地，所述第一伸缩支杆有四个，电缆收卷装置为手摇式收卷装置。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过构建基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统，及时获取压力、状态以及响应对应的各指标层数据，实现监测数据化，为红树林生态系统保护提供数据支撑，有利于将红树林湿地生态系统退化监测纳入常态化监测工作；监测装置布设箱采用可携带设计，可以将污水排放监测装置、水质指标监测装置布设在目标地点附近，拆装容易、无需设立监测站，可实现快速布设。

附图说明

图1为本实用新型监测系统的结构示意图；

图2为监测装置布设箱的内部结构示意图；

图3为监测装置布设箱的使用状态结构示意图；

图中：1-监测装置布设箱，2-第一伸缩支杆，3-第二伸缩支杆，4-第一铰座，5-太阳能板，6-第二铰座，7-第三伸缩支杆，8-监控摄像头，9-提手，10-人体传感器，11-无线传输模块，12-太阳能蓄电池，13-监测装置夹具，14-电缆收卷装置，15-检测探头，16-电缆。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变换或替换，均属于本实用新型的保护范围。

实施例1

如附图1所示，本实施例基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统包括：

无人机光谱数据采集装置，用于采集红树林湿地光谱数据并通过信号基站传输至数据中心；

污水排放监测装置，用于获取红树林湿地污染物数据并通过信号基站传输至数据中心；

植物侵害调查数据上传装置，用于将植物侵害调查数据通过信号基站传输至数据中心；

生物指标调查数据上传装置，用于将生物指标调查数据通过信号基站传输至数据中心；

水质指标监测装置，用于获取红树林湿地水质数据通过信号基站传输至数据中心；

气象指标数据上传装置，用于将气象指标数据通过信号基站传输至数据中心；

土壤指标调查数据上传装置，用于将土壤指标调查数据通过信号基站传输至数据中心；

管理与保护调查数据上传装置，用于将管理与保护调查数据通过信号基站传输至数据中心；

信号基站，用于通过无线信号传输数据；

数据中心，用于接收数据，后续数据处理可采用人工或计算机内置的本领域技术人员熟知的计算软件辅助完成，其中光谱数据按本领域常规方法处理计算后得到红树林面积数据并进而计算面积变化以及红树林破碎化程度。

选择国家级、省级、市县级红树林湿地保护地各1处，使用本实用新型系统进行红树林湿地生态系统退化监测；湿地区域基本信息见表1。

表1 三处红树林湿地区域基本信息

构建基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化程度评价指标体系，具体见表2，红树林湿地生态系统退化评价标准及赋分见表3，其中，污水排放指标数据来源于污水排放监测装置，养殖塘规模、自然灾害管理、病虫害管理、经费管理、管理人员制度健全程度以及宣传保护来源于管理与保护调查数据上传装置，植物侵害指标数据来源于植物侵害调查数据上传装置，生长状态、植物物种多样性、鸟类物种多样性、病虫害来源于生物指标调查数据上传装置，红树林面积变化、红树林破碎化程度是无人机光谱数据采集装置采集的湿地光谱数据经处理、计算后得到，总磷、总氮、化学需氧量、溶解氧、生物需氧量指标数据来源于水质指标监测装置，降雨量、气温指标数据来源于气象指标数据上传装置，土壤有机质含量、土壤重金属含量指标数据来源于土壤指标调查数据上传装置；准则层状态要素各指标评价指数见表4。

表2 PSR模型的红树林湿地生态系统退化程度评价指标体系

表3 红树林湿地生态系统退化评价标准及赋分

表4 准则层状态要素各指标评价指数

评价方法采用综合指数法进行加权求和，即为红树林湿地生态系统退化指数（MEI），计算公式如下：

式中，W _i为第i个单项指标的评价值（归一化后值），P _i为第i个单项指标的权重值。

表5 红树林生态系统退化程度划分标准及特征描述

结果与分析：

权重能够直接反应评价指标对评价对象的重要性，指标的权重值越大，代表对评价的重要性就越大。由表6可知，评价体系中准则层压力、状态、响应指标权重分别为0.2112、0.6057、0.1831，其中状态指标权重最大，其次是压力和响应指标。从红树林湿地生态系统压力层来看，人为干扰和自然威胁是红树林湿地面临的主要压力来源；从红树林湿地生态系统状态层来看，生物指标、水质指标因素的权重值较大，说明生物指标和水质指标是反映红树林生态系统退化程度的重要状态指标；从红树林湿地生态系统响应层来看，红树林湿地管理水平对红树林生态系统退化起到重要作用。

因素层中，生物指标、红树林管理、水质指标、人为干扰的权重值居前四位，其权重值分别为0.3049、0.1373、0.1320、0.1234。指标层中，红树林面积变化率、植物侵害、污水排放、土壤重金属含量、生长状态、管理经费等6项指标居前六位，其权重值分别为0.1080、0.0878、0.0821、0.0802、0.0632、0.0508。各项指标权重分布基本可以反映出海南省红树林湿地退化现状。

表6 各评价指标权重值排序

三处红树林湿地生态系统退化程度评价结果：

由表7可知，海南三处红树林湿地生态系统均表现出不同程度的退化，其中东寨港红树林和八门港红树林为轻度退化，而花场湾红树林退化等级达到中度退化。虽然东寨港红树林和八门湾红树林同属于轻度退化，但东寨港红树林综合评价指数为0.7505，明显高于八门湾红树林（0.6244），说明东寨港红树林湿地生态系统受外部压力、自身状态、保护措施优于八门湾红树林。八门湾红树林湿地已接近中度退化的临界值。

表7 海南省三处红树林湿地生态系统退化程度评价

在三处红树林湿地生态系统压力要素评价指数中，养殖塘规模指标评价指数均为最低（负向赋分），表明养殖塘规模是三处红树林湿地生态系统压力的主要来源（表8），而污水排放也是花场湾和八门湾这2处红树林湿地的主要环境压力。

表8 准则层压力要素各指标评价指数

在三处红树林湿地生态系统状态要素评价指数中，红树林面积变化、生长状态和土壤重金属含量此3个评价指数值相对较大，表明这3个要素是评价红树林湿地生态系统是否退化的关键性指标，而水质中总磷含量、总氮含量，气温、土壤有机质含量等4个评价指数值相对较小。

表9 准则层响应要素各指标评价指数

在三处红树林湿地生态系统响应要素评价指数中，东寨港红树林和八门湾红树林在管理经费和宣传保护的评价指数值相对较大，表明拥有充足的管理经费和加强宣传保护，提高公众的保护意识，对于红树林湿地生态系统的可持续发展具有重要的意义。东寨港和八门湾红树林保护地各响应要素指标值均大于花场湾红树林，说明国家级和省级红树林保护地对于红树林湿地保护的响应策略更加完善。

实施例2

如附图1~图3所示，本实施例基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统是在实施例1的基础上，还包括监测装置布设箱1，监测装置布设箱1两侧分别设有第一伸缩支杆2，第一伸缩支杆2下端为锥形，所述监测装置布设箱1内的中部立设有第二伸缩支杆3，第二伸缩支杆3端部穿出监测装置布设箱1顶部，且端部设有第一铰座4，第一铰座4上设有太阳能板5，所述监测装置布设箱1顶部设有第二铰座6，第三伸缩支杆7一端与第二铰座6连接，另一端设有监控摄像头8，所述监测装置布设箱1顶部设有提手9，所述监测装置布设箱1外设有人体传感器10、无线传输模块11，所述监测装置布设箱1内设有第一控制装置、第二控制装置、太阳能蓄电池12、监测装置夹具13、电缆收卷装置14，监测装置夹具13、电缆收卷装置14对应的箱体上分别设有箱门，所述监测装置夹具13夹持有监测装置，监测装置为污水排放监测装置或水质指标监测装置，电缆收卷装置14上收卷有电缆16，电缆16一端与监测装置电连接，另一端装有检测探头15，所述太阳能蓄电池12与太阳能板5电连接，第一控制装置分别与监测装置、无线传输模块11、太阳能蓄电池12电连接，第二控制装置分别与监控摄像头8、人体传感器10、无线传输模块11、太阳能蓄电池12电连接；

在监测装置布设箱1布设过程中，根据监测点位周围环境，选择合适位置进行安装；安装后可监测污水排放、水质指标，数据传输至数据中心，用于构建PSR模型，评估湿地生态系统退化程度。

本实用新型工作原理和工作过程：无人机光谱数据采集装置、污水排放监测装置、植物侵害调查数据上传装置、生物指标调查数据上传装置、水质指标监测装置、气象指标数据上传装置、土壤指标调查数据上传装置、管理与保护调查数据上传装置的数据经信号基站传输至数据中心，数据存储后经处理按PSR模型计算，评估生态系统退化程度；在污水排放监测装置、水质指标监测装置布设过程中，可使用监测装置布设箱1进行；具体是，选择合适地点作为监测点位，将第一伸缩支杆2、第二伸缩支杆3伸出至合适长度，第三伸缩支杆7先扳起竖立在伸出至合适长度；调节太阳能板5至合适角度；将第一伸缩支杆2下端插入土层中使监测装置布设箱1固定；打开箱门，将污水排放监测装置或水质指标监测装置的检测主机置于监测装置夹具13并固定，将检测主机与电缆16连接，再在电缆16端头处安装传感器探头，通过电缆收卷装置14调节电缆16放出长度，将传感器探头放入水中，电缆16铺于地面的部分可用U形卡件固定；监测装置布设箱1安装完毕后对污水排放、水质指标进行监测；太阳能板5将太阳能转化成电能并存储在太阳能蓄电池12中存储，太阳能蓄电池12为其他用电部件提供电能，太阳能蓄电池12本身集成有太阳能存储过程中所须的充放电控制元件；检测主机通过传感器探头获取检测数据，第一控制装置将检测数据通过无线传输模块11，经信号基站传输至数据中心；当人体传感器10检测到监测装置布设箱1附近有人靠近时，第二控制装置控制监控摄像头8启动，监控摄像头8拍摄的画面通过无线传输模块11，经信号基站传输至数据中心；在需要撤除监测装置布设箱1时，回收传感器探头并收卷线缆，收起各伸缩支杆并将监测装置布设箱1携带。

Claims (3)

1.一种基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统，其特征在于包括：

无人机光谱数据采集装置，用于采集红树林湿地光谱数据并通过信号基站传输至数据中心；

污水排放监测装置，用于获取红树林湿地污染物数据并通过信号基站传输至数据中心；

植物侵害调查数据上传装置，用于将植物侵害调查数据通过信号基站传输至数据中心；

生物指标调查数据上传装置，用于将生物指标调查数据通过信号基站传输至数据中心；

水质指标监测装置，用于获取红树林湿地水质数据通过信号基站传输至数据中心；

气象指标数据上传装置，用于将气象指标数据通过信号基站传输至数据中心；

土壤指标调查数据上传装置，用于将土壤指标调查数据通过信号基站传输至数据中心；

管理与保护调查数据上传装置，用于将管理与保护调查数据通过信号基站传输至数据中心；

信号基站，用于通过无线信号传输数据；

数据中心，用于接收数据。

2.根据权利要求1所述基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统，其特征在于还包括监测装置布设箱（1），监测装置布设箱（1）两侧分别设有第一伸缩支杆（2），第一伸缩支杆（2）下端为锥形，所述监测装置布设箱（1）内的中部立设有第二伸缩支杆（3），第二伸缩支杆（3）端部穿出监测装置布设箱（1）顶部，且端部设有第一铰座（4），第一铰座（4）上设有太阳能板（5），所述监测装置布设箱（1）顶部设有第二铰座（6），第三伸缩支杆（7）一端与第二铰座（6）连接，另一端设有监控摄像头（8），所述监测装置布设箱（1）顶部设有提手（9），所述监测装置布设箱（1）外设有人体传感器（10）、无线传输模块（11），所述监测装置布设箱（1）内设有第一控制装置、第二控制装置、太阳能蓄电池（12）、监测装置夹具（13）、电缆收卷装置（14），监测装置夹具（13）、电缆收卷装置（14）对应的箱体上分别设有箱门，所述监测装置夹具（13）夹持有监测装置，监测装置为污水排放监测装置或水质指标监测装置，电缆收卷装置（14）上收卷有电缆（16），电缆（16）一端与监测装置电连接，另一端装有检测探头（15），所述太阳能蓄电池（12）与太阳能板（5）电连接，第一控制装置分别与监测装置、无线传输模块（11）、太阳能蓄电池（12）电连接，第二控制装置分别与监控摄像头（8）、人体传感器（10）、无线传输模块（11）、太阳能蓄电池（12）电连接。

3.根据权利要求2所述基于PSR模型的红树林湿地生态系统退化监测系统，其特征在于所述第一伸缩支杆（2）有四个，电缆收卷装置（14）为手摇式收卷装置。