[發明專利]一種海草床監測系統及方法

在審

• 申請號: 201911073742.6
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110608727A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 劉虎;蘭傳春;范平;丁雪梅;馬秀芬
• 申請（專利權）人: 青島羅博飛海洋技術有限公司
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01N33/18;G01C7/00;G01C11/00
• 代理公司: 37104 青島高曉專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 付麗麗

1.一種海草床監測系統，其特征在于，包括供電系統、衛星遙感、水上固定平臺、水上攝像機單元、水下攝像機單元、水質傳感器單元、水下機器人、數據處理中心、水下環境數據檢測設備和客戶端；衛星遙感用于獲取待監測海草床所在水域的衛星遙感數據，獲取海洋環境信息；在海草床所在水域固定安裝若干水上固定平臺，用于水上攝像機的固定或停靠，為供電系統提供支撐；水上攝像機單元用于獲取海草床所在水域水上部分的圖像數據；水下攝像機單元用于獲取海草床所在水域水下部分的圖像數據；水下機器人攜帶各種水下環境數據監測設備在海草床下水域巡檢，獲取水下環境的水質、地貌、生物數據；水質傳感器單元用于獲取海草床下水域的水質數據，水質傳感器單元固定在海底固定支撐裝置上，或搭載在水下機器人；供電系統分別與水上攝像機單元、水下攝像機單元以及水下機器人連接，實現相關設備的電能補給；數據處理中心分別與衛星遙感、水上攝像機單元、水下攝像機單元和水下機器人連接，獲取海草床所在水域的衛星遙感數據、水上圖像數據、水下圖像數據、水質數據、海底地貌數據，通過對上述數據進行分析處理，對海草床現狀進行分析；客戶端與數據處理中心連接，獲取監測數據和分析結果。

2.根據權利要求1所述的海草床監測系統，其特征在于，供電系統包括發電系統和電能存儲系統，發電系統包括現有的風力發電裝置和/或太陽能發電裝置，其固定安裝在水上固定平臺上；電能存儲系統與發電系統連接，用于將發電系統產生的多余電量存儲。

3.根據權利要求2所述的海草床監測系統，其特征在于，水下環境數據監測設備，包括但不限于聲吶、多普勒計程儀和超短基線定位，所述聲吶用于獲取水下的地形和地貌數據，所述多普勒計程儀用于獲取海流監測數據，所述超短基線定位用于獲取水下機器人的準確定位。

4.根據權利要求3所述的海草床監測系統，其特征在于，水上攝像機單元包括無人機、光譜儀、面振相機、云臺攝像機和旋轉式探照燈，光譜儀和面振相機固定搭載在無人機上，光譜儀和面振相機連接；云臺攝像機固定在水上固定平臺上，用于實時獲取海草床水上部分視頻數據；靠近云臺攝像機的旋轉式探照燈固定在水上固定平臺，協助云臺攝像機在光線較差的情況下進行工作。

5.根據權利要求4所述的海草床監測系統，其特征在于，水下攝像機單元包括水下攝像機、旋轉基座、電池艙、電子艙、海底固定支撐裝置，控制單元和電池分別置于電子艙和電池艙中，電子艙和電池艙固定在海底固定支撐裝置上，電池為水下攝像單元提供電能，控制單元控制水下攝像單元的正常工作，水下攝像機用于獲取海草床水下某一范圍的視頻數據，水下攝像機通過旋轉基座固定在海底固定支撐裝置上，在旋轉基座的帶動下，水下攝像機轉動，海底固定支撐裝置固定在海草床水下某一位置。

6.根據權利要求5所述的海草床監測系統，其特征在于，在水上固定平臺上設置水上固定支撐裝置，水上固定支撐裝置包括箱體和支架，電能存儲系統置于箱體底部，電能存儲裝置上部設置與其連接的無線充電裝置，停機坪滑動式連接在箱體頂部，作為箱體頂部的門，向兩側滑動停機坪，無人機直接降落在無線充電裝置上，進行充電，支架固定在箱體外側，太陽能發電系統的太陽能電池板固定在支架上，風力發電系統和云臺攝像機均固定在箱體外側的支架上。

7.根據權利要求6所述的海草床監測系統，其特征在于，海底固定支撐裝置包括第一支撐腿、第二支撐腿、連接板、固定架、防沉板、連接件、吸盤和旋轉架，若干第一支撐腿一端固定連接在連接板周向上，第二支撐腿與第一支撐腿另一端連接，第一支撐腿和第二支撐腿底部固定安裝吸盤，固定架通過連接件固定在第一支撐腿中部，調節固定件在第一支撐腿上的位置實現固定架高度的調整，電子艙和電池艙固定在固定架上，置于電子艙和電池艙下部的防沉板四角固定在第一支撐腿上，在水下攝像機攝像頭下部的固定架上開設弧形槽，弧形槽上部為水下攝像機，弧形槽下部為旋轉基座，水下攝像機通過旋轉架固定在旋轉基座，調節旋轉架能夠調整水下攝像機的拍攝角度，旋轉基座固定在防沉板上。

8.一種海草床監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據海草床生態監測技術規程，在需要監測的海草床海域，垂直于海岸帶方向設置若干監測斷面，在每條斷面上設調查站位，在每個站位設置海底固定支撐裝置，水下攝像機固定在海底固定支撐裝置上，用于獲取所在水域的視頻數據，水質傳感器固定在海底固定支撐裝置上，用于獲取該站點的水質數據，水質傳感器與站點一一對應，并將上述水下視頻數據和水質數據輸送到數據處理中心，海底固定支撐裝置能夠保證水下攝像機和水質傳感器的穩定性；

(2)根據需要在海草床水下海域布設若干臺水下機器人，水下環境數據監測設備搭載在水下機器人上，用于獲取水下的地形和地貌數據、海流監測數據以及水下機器人的具體位置數據，并將上述數據發送到數據處理中心；

(3)根據需要，在待監測的海草床海域水面固定設置若干水上固定平臺，水上固定平臺上固定設置風力發電裝置和太陽能發電裝置，分別將風能和太陽能轉化為電能，供海草床監測系統使用，多余電量存儲在電能存儲系統中，以便發電量不足時使用；

(4)將云臺攝像機和旋轉式探照燈固定設置在水上固定平臺上，在旋轉式探照燈的配合下，云臺攝像機實時獲取所監測范圍的圖像數據，同時在水上布設若干臺無人機，無人機定時拍攝海草床水域上方的高光譜圖，無人機拍攝的數據和云臺攝像機拍攝的水上圖像數據均發送到數據處理中心；

(5)衛星遙感將獲取的衛星遙感數據發送到數據處理中心，數據處理中心根據這些數據確定海草床所在水域的氣象和天文數據參數；

(6)數據處理中心分析處理水上視頻數據，確定某一區域的海草覆蓋程度，最終得到海草分布圖，通過對比不同時間海草的分布，得到海草床隨時間的變化關系圖；數據處理中心分析水下視頻數據，基于圖像識別技術，獲取圖像中海草的特征數據，然后將該特征數據與數據處理中心存儲的數據進行對比，確定海草的種類，基于該圖像的拍攝深度，拍攝位置，構建海草床中某一海域或者某一深度海草種類分布圖，同時基于不同時間某一位置海草的圖像數據，構建海草生長態勢圖；通過對水下視頻數據分析，計算海草床水下底棲動物數量、密度、生長速率、生長深度，根據底棲動物數量推測水體變化情況；數據處理中心分析獲取的水質數據，構建水質數據與海草種類之間的關系圖，以及水質變化對海草生長狀況的關系圖；數據處理中心，獲取水下環境數據監測設備，如深度、水下地形和地貌數據，海流監測數據。