[發明專利]水質信息獲取裝置、水體富營養化程度識別方法及系統

無效

• 申請號: 200910092922.9
• 申請日: 2009-09-11
• 公開（公告）號: CN101655462A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 鄧祥征;戰金艷;吳鋒;何連生;席北斗
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01S5/02;G03B11/04;G02B5/20;G06K9/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發明涉及水體富營養化研究領域，具體涉及一種用于水體富營養化程度識別的水質信息實時獲取裝置，以及基于圖像處理技術的水體富營養化程度識別方法及系統。

背景技術

我國湖泊富營養化事件近年來頻頻爆發，對湖泊水生態環境、居民生活環境、經濟發展等都帶來了一定的制約性。從全國范圍來看，城市湖泊都已處于重度富營養化或中度富營養化狀態，絕大部分大中型湖泊均已具備發生富營養化的條件或處于富營養化狀態，太湖、巢湖、滇池等藍藻頻繁暴發。淡水富營養化后，藻類或浮游生物引起的水上覆面物“水華”頻繁出現，使飲用水源受到威脅，藻毒素通過食物鏈影響水生物與人類的健康，給人類和自然界帶來巨大的損失或災害。加強對水體富營養化的防范與控制，建立一套高效水體富營養化程度識別方法體系與技術方案迫切需要。

目前，我國開展的水體富營養化評價與監測工作，主要以水體采樣，多項生態因子調查，關鍵指標的實驗室分析為主，并提出主成分分析營養度法(層次分析)、相關加權營養狀態指數法水體富營養化解析評價模式。隨著遙感衛星的傳感器性能的不斷提高，國內外學者逐漸開始利用遙感手段開展水質評價工作，

然而，內陸水體光學特性復雜，它不僅受浮游植物的影響，在水體比較淺的情況下，還要考慮水底物質對水體光學性質的影響。與已經步入實用化階段的海洋水色遙感相比，內陸水體的遙感監測始終是一個難點。并且由于遙感衛星自身的特點，在監測的時間、空間、分辨率等受到一定的限制。例如，遙感衛星經過同一地點的時間受到它飛行周期的限制，采集圖像的質量受到天氣狀況的制約，當迫切需要對某一個湖泊進行監測時，衛星位于該點上空，但由于天氣狀況不能獲得圖像，那么就需要下一個過境周期，另外由于衛星的高度相對較高，光波在從水體到傳感器的中途能量損失和各種折射、反射較為嚴重，并且圖像分辨率較低。

遙感影像中像元很少是由單一均勻的地物組成的，一般都是幾種地物的混合體。因此影像中像元的光譜特征并不是單一地物的光譜特征，而是幾種地物光譜特征的混合反映。它給解譯造成困擾。在這種情況下，混合像元無論直接歸屬到哪一種典型地物，都是錯誤的，因為它至少不完全屬于這種典型地物。

此外，利用水體采樣進行實驗室分析的方法，對于分布范圍廣泛的水體，采樣點分布的合理性以及采樣的時間等因素都至關重要，而且采樣樣本也會隨著人的主觀行為發生變化。由于水體的流動性，單點的單時刻水體特征不能精確反映整個流域水體富營養化的狀況。為此要開展相同位置的多次采樣，從而對實驗室分析結果數據進行平均。

從此可以看出，現有技術的水體富營養化程度識別方法不能滿足快速、高效、真實的評價要求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種能夠達到對水體富營養化的快速、高效、真實解析，且提供一種獲取高分辨率的、用于水體富營養化程度識別的水質信息實時獲取裝置，以及一套基于圖像處理技術的水體富營養化識別程度方法及系統。

為達到上述目的，本發明提供了一種水質信息實時獲取裝置，包括：

LED燈，均勻分布在濾光片周圍，用于作為光源，發出特定的波長；

濾光片，鑲嵌在該裝置上，用于截止特定的波長以外的光線，以采集光學圖像；

CCD感光器，安裝于該裝置上，用于將透射到CCD感光器表面的光學圖像轉換為電信號。

其中，該裝置還可以包括模數轉換器4，用于將電信號進行模數轉換。

其中，該裝置還可以包括DSP(digital?signal?processing，數字信號處理)芯片，用于將模數轉換器轉換后的信號轉換成適合計算機處理的圖像信號。

其中，濾光片可以為4片，分別編號為1～4，相應地，特定的波長可以為4個波段，編號為1～4的4片濾光片所透過的4個波段依次為：0.450-0.515μm、0.63-0.69μm、0.775-0.90μm、2.08-2.35μm。

本發明還提供了一種基于圖像處理技術的水體富營養化程度識別方法，包括以下步驟：

S1，利用上述裝置拍攝水體，并采集得到適合計算機處理的圖像信號，并顯示成圖像；

S2，進行空間定位，測定各曝光點的空間坐標數據；

S3，存儲圖像信號和空間坐標數據，并對存儲的數據進行圖像處理；

S4，利用圖層疊加法，將圖像處理得到的專題圖層進行疊加。

其中，步驟S3中進行圖像處理的步驟可以包括計算得到污染狀況分布圖的步驟：

S311，利用空間坐標數據，依據距水體的垂直距離計算圖像中各像元的空間坐標；