[發明專利]水上移動機器人網絡水域監測預警系統及其實現方法

無效

• 申請號: 201010190486.1
• 申請日: 2010-06-01
• 公開（公告）號: CN101867869A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 孔祥洪;孫玉強;陶佳元;江瑞煌;蘇孫國;楊謂;梁雪飛;楊銘霞;金殿;沈敏
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;G01N33/18
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 陳學雯

技術領域

本發明涉及一種水域監測預警系統以及實現方法，特別是涉及一種采用機器人在水面運動采集水體顏色、溫度、鹽度、pH值等多項指標并且以顏色指標為主導綜合GPS地理定位技術和GPRS無線傳輸技術來實現對水體污染特別是赤潮預警的水上移動機器人網絡水域監測預警系統以及實現方法。

背景技術

赤潮是一種復雜的生態異常現象，發生的原因也比較復雜。關于赤潮發生的機理雖然至今尚無定論，但是赤潮發生的首要條件是赤潮生物增殖要達到一定的密度，否則，盡管其他因子都適宜，也不會發生赤潮，在正常的理化環境條件下，赤潮生物在浮游生物中所占的比重并不大，有些鞭毛蟲類(或者甲藻類)還是一些魚蝦的食物。但是由于特殊的環境條件，使某些赤潮生物過量繁殖，便形成赤潮。大多數學者認為，赤潮發生與下列環境因素密切相關。

(1)海水富營養化是赤潮發生的物質基礎和首要條件

由于城市工業廢水和生活污水大量排入海中，使營養物質在水體中富集，造成海域富營養化。此時，水域中氮、磷等營養鹽類；鐵、錳等微量元素以及有機化合物的含量大大增加，促進赤潮生物的大量繁殖。赤潮檢測的結果表明，赤潮發生海域的水體均已遭到嚴重污染，富營養化。氮、磷等營養鹽物質大大超標。據研究表明，工業廢水中含有某些金屬可以刺激赤潮生物的增殖。在海水中加入小于3mg/dm3的鐵螯合劑和小于2mg/dm3的錳螯合劑，可使赤潮生物卵甲藻和真甲藻達到最高增殖率，相反，在沒有鐵、錳元素的海水中，即使在最適合的溫度、鹽度、PH值和基本的營養條件下也不會增加種群的密度。其次一些有機物質也會促使赤潮生物急劇增殖。如用無機營養鹽培養簡裸甲藻，生長不明顯，但加入酵母提取液時，則生長顯著，加入土壤浸出液和維生素B12時，光亮裸甲藻生長特別好。

(2).水文氣象和海水理化因子的變化是赤潮發生的重要原因

海水的溫度是赤潮發生的重要環境因子，20-30℃是赤潮發生的適宜溫度范圍。科學家發現一周內水溫突然升高大于2℃是赤潮發生的先兆。海水的化學因子如鹽度變化也是促使生物因子-赤潮生物大量繁殖的原因之一。鹽度在26-37的范圍內均有發生赤潮的可能，但是海水鹽度在15-21.6時，容易形成溫躍層和鹽躍層。溫、鹽躍層的存在為赤潮生物的聚集提供了條件，易誘發赤潮。由于徑流、涌升流、水團或海流的交匯作用，使海底層營養鹽上升到水上層，造成沿海水域高度富營養化。營養鹽類含量急劇上升，引起硅藻的大量繁殖。這些硅藻過盛，特別是骨條硅藻的密集常常引起赤潮。這些硅藻類又為夜光藻提供了豐富的餌料，促使夜光藻急劇增殖，從而又形成粉紅色的夜光藻赤潮。據監測資料表明，在赤潮發生時，水域多為干旱少雨，天氣悶熱，水溫偏高，風力較弱，或者潮流緩慢等水域環境。

(3).海水養殖的自身污染亦是誘發赤潮的因素之一

隨著全國沿海養殖業的大發展，尤其是對蝦養殖業的蓬勃發展。也產生了嚴重的自身污染問題。在對蝦養殖中，人工投喂大量配合飼料和鮮活餌料。由于養殖技術陳舊和不完善，往往造成投餌量偏大，池內殘存餌料增多，嚴重污染了養殖水質。另一方面，由于蝦池每天需要排換水，所以每天都有大量污水排入海中，這些帶有大量殘餌、糞便的水中含有氨氮、尿素、尿酸及其它形式的含氮化合物，加快了海水的富營養化，這樣為赤潮生物提供了適宜的生物環境，使其增殖加快，特別是在高溫、悶熱、無風的條件下最易發生赤潮。由此可見，海水養殖業的自身污染也使赤潮發生的頻率增加。

赤潮是襲擾許多沿海國家的一種新的海洋災害，發生赤潮時海水中的藻類大量繁殖并且聚集，消耗氧氣和分泌毒素，赤潮生物在營養元素消耗殆盡后，不斷死亡，而水中的細菌分解赤潮生物的尸體耗氧，這樣就導致了水體的缺氧，而且許多赤潮生物會分泌毒素，有神經毒素等四類，對其他海洋生物和人體都有很大危害。目前赤潮已引起沿海國家的高度重視，從現有條件看，一旦大面積赤潮出現后，還沒有特別有效的方法加以制止，因此有效的赤潮預警系統將能夠有效地提高赤潮的治理效果。傳統的赤潮檢測方法有生物分子探針法、水體顯微鏡觀測法和貝類體內赤潮毒素檢測法等，但這些方法往往操作過于復雜，需要投入更多的人力和物力。

發生赤潮的海域水體的顏色有明顯的改變，主要為紅色、褐色，而且顏色分布不均，或呈塊狀，或呈條帶狀，或呈不規則形狀。

由于海域的富營養化是發生赤潮的物質基礎、因此，一切能反映海域富營養化的指標在赤潮預報中都是有用的。目前已提出一些以氮、磷、葉綠素a含量，COD等參數組成的富營養化程度判斷公式可供實踐中應用。