一种港口外来生物入侵灾害跟踪监测系统

摘要

本发明提出一种港口外来生物入侵灾害跟踪监测系统，是由无人机、浮标本体、数据/图像处理模块、监控平台及生物物种信息系统组成；无人机将港口外来生物入侵灾害情况通过数据及图像的方式传送至数据/图像处理模块；浮标本体上的可探测分子探头将水体叶绿素a浓度、温盐度、浊度、PH值等生物入侵指示指标及探测位置等数据经GSM网络传送至数据/图像处理模块；数据/图像处理模块将获得的数据及图像进行处理并在监控平台上显示，并将赤潮外来生物截获记录、入侵动态及图像等信息发送至生物物种信息系统。该跟踪监测系统能对港口外来生物入侵灾害情况进行实时、准确的跟踪反馈，为灾害应急反应提供技术支撑。

说明书

技术领域

本发明提供一种港口外来生物入侵灾害跟踪监测系统，是以无人机及浮标为监测手段，对港口外来生物入侵灾害情况进行实时、准确的跟踪反馈，为灾害应急反应提供技术支撑。属于环境保护技术领域。

背景技术

一种港口外来生物入侵灾害跟踪监测系统尚未在我国研发，几个主要模块也是首次应用到该系统中。首先，对于浮标监测设备，国内尚未开发专为跟踪探测港口外来生物入侵灾害的产品及技术；其次，我国对于港口外来物种入侵数据库的建立还处于空白状态，但国际上已经建立了大量外来入侵物种数据库系统，包括The Aquatic Invasions ResearchDirectory(AIRD)、The National Exotic Marine and Estuarine Species InformationSystem(NEMESIS)、Baltic Sea Alien Species Database、Global Invasive SpeciesDatabase等。因此，本申请拟提出将浮标应用到入侵灾害跟踪系统中，并通过浮标及无人机等监测手段丰富生物物种信息系统中外来物种入侵数据库。本申请拟使用无人机进行跟踪探测，充分利用无人机的时效性、准确性、直观性等特点对灾害现场进行监测，该技术在外来生物入侵灾害监测领域属首次应用。

随着压载水管理公约的生效，世界各国对压载水引起的外来物种入侵现象越来越重视。虽然一种港口外来生物入侵灾害跟踪监测系统尚未研发，但我国海事海洋等相关部门提出了有关系统的建设的需求。目前中国对港口外来生物入侵灾害跟踪监测的手段十分缺乏，实验室仪器价格昂贵且时效慢，不适合快速准确地监测港口外来生物入侵灾害及对灾害进行应急反应，因此急需一种准确、实时能进行港口外来生物入侵灾害进行跟踪以及全程监测的手段，供灾害预警及应急业务使用。一种港口外来生物入侵灾害跟踪监测系统恰好满足这些要求。

本申请中无人机自带定位模块，能自动获取位置信息，包括飞行高度，经纬度坐标等，监测过程中，将搭载平台(无人机)沿着赤潮边界飞行并拍照，将多张图像通过GSM网络传送至数据/图片处理模块，数据/图片处理模块通过投影面积转换的方法将入侵灾害实际发生的位置及面积等信息反馈到监控平台。为了获取浮标的信息，本申请主要是采用海事卫星或GPRS蜂窝移动通信设备作为浮标的无线电通信方式，通过定位模块接收具体位置信号，并通过GSM网络传送至监控平台。这几种通讯技术及监测手段用在港口外来生物入侵灾害跟踪定位上目前在国内外尚属首例。

发明内容

为了解港口水体环境特征指示指标变化情况，并对港口外来生物入侵灾害情况进行实时跟踪及反馈，发明采用无人机及监测浮标结合的方式，将港口外来生物入侵的发生及演变过程进行全程跟踪，并将生物入侵物种实时传入至生物物种信息系统，在达到预警目的的同时为生物入侵的应急响应提供了技术支撑，同时丰富了生物物种信息系统数据库。

发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种港口外来生物入侵灾害跟踪监测系统，是由无人机、浮标本体、数据/图像处理模块、监控平台及生物物种信息系统组成；

所述无人机是具有可拍照功能的飞行设备，具有可自动计算飞行器位置信息的功能。在对港口外来生物入侵灾害进行跟踪过程中，通过无人机沿着入侵灾害边界飞行并拍照后通过微波将图片传送至数据/图片处理模块，后期通过提取多张照片里的GPS数据，得到边界位置进而计算灾害面积。该无人机具备自动返航功能。所述无人机型号为Mavic2Pro/Zoom。

所述浮标本体由上壳、下壳、紧固螺栓、密封O形圈、设备集成板、电源模块、GPS定位模块、DCP信号输出适配器、可探测分子探头、平衡浮标介质、挂耳组成；上壳与下壳为半球体结构，半球体边缘有凸缘法兰，上半球组件和下半球组件通过一圈紧固螺栓连接固定，组成一个可防水的密闭球体；设备集成板被紧固螺栓固定在上壳和下壳之间，在设备集成板的上下放置O形圈，用于浮标的密封。电源模块固定在设备集成板上，随设备集成板一起密封于下壳中，GPS定位模块以及DCP信号输出适配器被固定在设备集成板上，并随设备集成板一起密封于上壳中。上壳上面有一圆孔，用于穿过DCP信号输出适配器与可探测分子探头的连结线，连结线与圆孔间进行密封处理。上下球体凸缘法兰上固定两对圆形挂耳，作为可探测分子探头和平衡浮标介质的固定器。如图2所示。

所述可探测分子探头与平衡浮标介质分别通过挂耳固定在浮标球体的两侧，并保持浮标本体的平衡。

所述可探测分子探头是由四个小探头集合而成，可以分别测定叶绿素a浓度、温盐度、浊度、PH值。

所述数据/图像处理模块用来处理由无人机采集的外来物种入侵图片及浮标采集的外来物种入侵数据，无人机采用微波传递图片，浮标采用电信号传输数据。数据及图像经数据/图像处理模块处理后，图片及外来物种图片通过因特网传送至生物物种信息系统，物种入侵动态通过因特网传送至监控平台。

所述监控平台由不同控制模块组成，包括具有导航定位功能的处理模块、浮标信息管理模块、浮标动态管理模块、港口生态环境信息模块、地图显示模块、数据/图像处理模块。其中，导航定位功能处理模块负责对无人机的位置进行实时监控；浮标信息管理模块、浮标动态管理模块及港口生态环境信息模块显示浮标相关信息；地图显示模块显示外来生物入侵地理范围，数据/图像处理模块对无人机的数据及图像以及浮标监测的数据进行处理。所述监控平台的运行载体为云服务器。如图3所示。

所述生物物种信息系统由搭载平台、截获记录模块及图像模块组成。其中，搭载平台为服务器终端；截获记录模块记录生物入侵监测的监测日期、监测港口(经纬度)、基本指标(温盐度)、物种检索比对等理化指标；图像模块记录截获物种的外观形态等理化指标。如图4所示。

所述浮标本体上的数据经GSM网络传送至数据/图像处理模块，无人机的数据及图片通过微波传送至监控平台数据/图像处理模块，数据/图像处理模块将获得的数据及图像进行处理并在监控平台上显示，并将赤潮外来生物截获记录、入侵动态及图像等信息发送至生物物种信息系统。

发明开启后会进行系统自检，包括检查监控平台是否运行，生物物种信息系统是否启动、无人机是否正常运转、浮标是否有GPS定位、可探测分子探头是否运行。检查没有问题后，无人机的数据及图片通过微波传送至数据/图像处理模块；启动GPS数据采集定时器及可探测分子探头，将可探测分子探头探测到的指示指标通过传感器，并由DCP信号输出适配器进行信号传输至港口外来生物入侵数据/图像处理模块。如果数据/图像处理模块收到信号传输指令，就会对信号就行处理，否则，数据处理中心将会报告错误信息给监控平台进行处理。同时，数据/图像处理模块将外来物种截获记录、入侵动态及物种图像通过因特网传送至生物物种信息系统。

本发明的优点及有益效果在于：无人机将港口外来生物入侵灾害情况通过数据及图像的方式传送至数据/图像处理模块；浮标本体上的可探测分子探头将水体叶绿素a浓度、温盐度、浊度、PH值等生物入侵指示指标及探测位置等数据经GSM网络传送至数据/图像处理模块；数据/图像处理模块将获得的数据及图像进行处理并在监控平台上显示，并将赤潮外来生物截获记录、入侵动态及图像等信息发送至生物物种信息系统。该跟踪监测系统能对港口外来生物入侵灾害情况进行实时、准确的跟踪反馈，为灾害应急反应提供技术支撑。

附图说明

图1为发明整体组成示意图。

图2为发明浮标本体结构爆炸图。

图3为监控平台控制界面。

图4为生物物种信息系统界面示意图。

图中符号及标号说明如下：

1、上壳；2、下壳；3、螺栓；4、O形圈；5、设备集成板；6、电源模块；7、GPS定位模块；8、DCP信号输出适配器；9、可探测分子探头；10、铁链；11、挂耳；12、圆孔。

100、搭载平台(无人机)；200、浮标本体；300、数据/图像处理模块；400、监控平台；500、生物物种信息系统。

具体实施方式

下面将结合附图1-4，对发明施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

如图1所示为发明一种港口外来生物入侵灾害跟踪监测系统结构示意图，由无人机100；浮标本体200；数据/图像处理模块300；监控平台400；生物物种信息系统500组成。无人机100上的图像经微波传送至数据/图像处理模块300，浮标本体200上的数据经GSM网络传送至监控平台数据/图像处理模块平台300，数据/图像处理模块300将获得的数据及图像处理后监控平台400，并将港口外来物种截获记录、入侵动态及物种图片发送至生物信息系统500。所述监控平台400运行载体为服务器。

如图2所示，所述浮标本体200由上壳1、下壳2、紧固螺栓3、密封O形圈4、设备集成板5、电源模块6、GPS定位模块7、DCP信号输出适配器8、可探测分子探头9、铁链10、挂耳11组成。上壳1与下壳2为半球体结构，半球体边缘有凸缘法兰，上半球组件和下半球组件通过一圈紧固螺栓3连接固定，组成一个可防水的密闭球体。设备集成板5被紧固螺栓3固定在上壳1和下壳2之间，在设备集成板5与上壳1之间放置O形圈4，用于浮标的密封，在设备集成板5与下壳2之间放置O形圈4，用于浮标的密封。电源模块6被固定在设备集成板5上，随设备集成板5一起密封于下壳2中，GPS定位模块7以及DCP信号输出适配器8被固定在设备集成板5上，并随设备集成板5一起密封于上壳1中。上壳1上面有一圆孔12，用于穿过DCP信号输出适配器8与可探测分子探头9的连结线，连结线与圆孔间进行密封处理。上下球体凸缘法兰上固定两对圆形挂耳11，作为可探测分子探头9和铁链10的固定器。

所述可探测分子探头9与铁链10分别通过挂耳11固定在浮标球体的两侧，并保持浮标本体200的平衡。

所述可探测分子探头9是由四个小探头集合而成，可以分别测定叶绿素a浓度、温盐度、浊度、PH值。

发明开启后会进行系统自检，包括检查无人机100是否正常工作，浮标200是否有GPS定位、监控平台400是否显示、可探测分子探头9是否运行。检查没有问题后，启动GPS数据采集定时器及可探测分子探头9，将可探测分子探头9探测到的指示指标通过传感器，并由DCP信号输出适配器8进行信号传输至港口外来生物入侵数据/图像处理模块300；将无人机100数据及图像传送至数据/图像处理模块；如果数据/图像处理模块300收到信号传输指令，就会对信号就行处理，否则，数据/图像处理模块300将会报告错误信息给监控平台400进行处理。同时，数据/图像处理模块300将外来物种截获记录、入侵动态及物种图像通过因特网传送至生物物种信息系统500。

发明中应用了具体施例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上施例的说明只是用于帮助理解发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。