[發(fā)明專利]一種流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111239794.3
• 申請(qǐng)日: 2021-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN113960275A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王圣偉;劉勝輝;苑中杰;王海珍;溫永琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/18
• 分類號(hào): G01N33/18;G01D21/02;H02J7/35
• 代理公司: 重慶百潤(rùn)洪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50219
• 代理人: 沈鋒

本發(fā)明涉及一種流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過固定在水域基底上的支架進(jìn)行水域環(huán)境監(jiān)測(cè)，水上檢測(cè)部分中的攝像機(jī)通過圖像處理提取出水域的水體顏色和水岸線，從而檢測(cè)出水體是否存在富營(yíng)養(yǎng)化、藻類富集等現(xiàn)象，同時(shí)通過采集水岸線檢測(cè)是否存在水土流失、岸基消退等現(xiàn)象；支架下方的水體檢測(cè)部分通過負(fù)壓產(chǎn)生器和水體采樣管對(duì)水體進(jìn)行采用，利用多種傳感器檢測(cè)水體的無機(jī)物濃度、透光率、PH值、含氧量等參數(shù)，對(duì)水體本身的指令進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)；同時(shí)太陽(yáng)能供電，可以長(zhǎng)時(shí)間使用，檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過通信模塊遠(yuǎn)程發(fā)送，使用便利；本發(fā)明可以對(duì)流域的近岸的水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效檢測(cè)，可以對(duì)近岸水生態(tài)的保護(hù)和改善提供支撐數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體是一種流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

人類社會(huì)誕生發(fā)展于河流生態(tài)系統(tǒng)，河流、湖泊與人類的生活和發(fā)展息息相關(guān)，為人類提供了豐富的生態(tài)服務(wù)。然而近年來，由于流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人類不合理的資源開發(fā)和利用，湖泊生態(tài)系統(tǒng)承受的外部壓力不斷增加，生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)逐漸退化的趨勢(shì)，環(huán)境問題日益突出。流域環(huán)境問題在一定程度上已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的身體健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，提出適宜的生態(tài)環(huán)境整治方案是解決上述問題的有效手段和前提。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)α饔蚪兜乃鷳B(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而為流域水生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善提供支撐數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的一種流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括支架、水上檢測(cè)部分和水體檢測(cè)部分；

水上檢測(cè)部分設(shè)置在支架上，包括運(yùn)算控制主機(jī)、攝像頭、超聲波液位計(jì)和通信模塊，攝像頭、超聲波液位計(jì)和通信模塊均與運(yùn)算控制主機(jī)連接；

水體檢測(cè)部分包括漂浮體、控制器、含氧量傳感器、PH傳感器和電導(dǎo)率傳感器，漂浮體內(nèi)部設(shè)有透明的水體采樣管，水體采樣管的兩側(cè)分別設(shè)有光通道，光通道的兩端分別設(shè)有射燈和光線傳感器，水體采樣管的一端穿透并設(shè)置在漂浮體的底部，水體采樣管的另一端設(shè)有負(fù)壓產(chǎn)生器；含氧量傳感器、PH傳感器和電導(dǎo)率傳感器的探頭設(shè)置在水體采樣管的內(nèi)壁上；射燈、光線傳感器、含氧量傳感器、PH傳感器和電導(dǎo)率傳感器均與控制器連接；

主控制器連接至運(yùn)算控制主機(jī)；

支架的底部邊緣設(shè)有多根立桿，立桿插入并固定在水域基底上，漂浮體設(shè)置在支架下方并限制在多根立桿之間；

攝像頭用于采集流域水體圖像，并發(fā)送至運(yùn)算控制主機(jī)分析水岸線和水體顏色，分析過程包括：

(1)將獲取的RGB圖像進(jìn)行二值化處理，獲得灰階圖像；

(2)對(duì)水岸線進(jìn)行輪廓提取，逐行和逐列掃描像素點(diǎn)，并計(jì)算像素的梯度，并與預(yù)設(shè)的梯度閾值進(jìn)行對(duì)比，像素梯度大于梯度閾值時(shí)將該像素定義為輪廓像素；

(3)當(dāng)多個(gè)輪廓像素從圖像的一個(gè)邊緣延續(xù)至圖像的另一個(gè)邊緣，即將其定義為水岸輪廓，計(jì)算水岸輪廓兩側(cè)圖像的像素值均勻度，均與度較高的一側(cè)為水域圖像；

(4)將圖像還原為RGB圖像，并提取水域部分的顏色并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，判斷水域顏色是否正常。

進(jìn)一步地，所述支架的頂部設(shè)有太陽(yáng)能供電模塊，太陽(yáng)能供電模塊通過電纜與水上檢測(cè)部分和水體檢測(cè)部分連接。

進(jìn)一步地，所述水體采樣管豎直設(shè)置，所述負(fù)壓產(chǎn)生器包括橫向的負(fù)壓腔和直線電機(jī)，負(fù)壓腔與所述水體采樣管的另一端密封連接，負(fù)壓腔內(nèi)設(shè)有活塞，直線電機(jī)的活動(dòng)軸與活塞固定連接。

進(jìn)一步地，所述射燈采用光線波長(zhǎng)為560-720nm的單色光燈管。

進(jìn)一步地，所述光通道的內(nèi)部鍍有聚光涂層。