一种基于卫星遥感监测的生态监测灾害预警系统

摘要

本发明提供了一种基于卫星遥感监测的生态监测灾害预警系统，包括海面温度监测模块、浮游生物监测模块和灾害预警模块，所述海面温度监测模块用于生成监测区域的温度分布图，所述浮游生物监测模块用于生成监测区域的浮游生物分布图，所述灾害预警模块根据浮游生物的分布与海面温度分布的关系进行分析得到赤潮的预警信息；本系统将满足要求的浮游生物聚集区域标记为目标区域，并对目标区域进行追踪分析，根据目标区域所处的环境温度的变化以及自身范围的变化判断其发展趋势，根据发展趋势判断是否发出预警，能够帮助工作人员及时进行处理避免赤潮的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及生态数据处理领域，具体涉及一种基于卫星遥感监测的生态监测灾害预警系统。

背景技术

赤潮，又称红潮，国际上也称其为“有害藻类”或“红色幽灵”。是在特定的环境条件下，海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象，赤潮生物的异常爆发性增殖，导致了海域生态平衡被打破，海洋浮游植物、浮游动物、底栖生物、游泳生物相互间的食物链关系和相互依存、相互制约的关系异常或者破裂，这就大大破坏了主要经济渔业种类的饵料基础，破坏了海洋生物食物链的正常循环，造成鱼、虾、蟹、贝类索饵场丧失，渔业产量锐减，有些赤潮生物还能分泌一些可以在贝类体内积累的毒素，统称贝毒，其含量往往有可能超过食用时人体可接受的水平，赤潮的出现往往具有“突然性”，使得对赤潮的预警成为一个难点，现需要一种赤潮的预警系统来提前发出预警，以便工作人员及时进行处理避免赤潮的发生。

背景技术的前述论述仅意图便于理解本发明。此论述并不认可或承认提及的材料中的任一种公共常识的一部分。

现在已经开发出了很多生态监测系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的生态监测系统有如公开号为CN109900242B所公开的系统，这些系统一般包括：获取目标流域的数字高程模型数据，提取所述目标流域中的一级流域和二级流域；根据预设规则，应用遥感技术提取所述一级流域和所述二级流域中的流域地表信息，根据所述地表信息获取所述目标流域的流域基础信息和空间差异信息；根据所述一级流域和所述二级流域中的流域基础信息，对预先建立的监测与分析的指标体系中的各项指标进行计算，获取所述各项指标的值；采用线性差值法对流域基础信息、空间差异信息和所述各项指标的值进行统一处理，获取所述目标流域的生态监测分析结果；但该系统通过遥感技术获取的只是地表信息，河流中的指标数据需要实地采集，能够监测的范围小，不适用于赤潮的预警，且这种预警方式具有滞后性，当指标数据达到预警指标时，往往已经发生了赤潮。

发明内容

本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于卫星遥感监测的生态监测灾害预警系统。

本发明采用如下技术方案：

一种基于卫星遥感监测的生态监测灾害预警系统，包括海面温度监测模块、浮游生物监测模块和灾害预警模块，所述海面温度监测模块用于生成监测区域的温度分布图，所述浮游生物监测模块用于生成监测区域的浮游生物分布图，所述灾害预警模块根据浮游生物的分布与海面温度分布的关系进行分析得到赤潮的预警信息；

所述海面温度监测模块根据卫星采集的温度数据将海面划分成若干个温度区域，其中，适宜浮游生物繁殖的温度区域称为适宜区域；

所述浮游生物监测模块根据卫星采集的海面图像数据分析得到目标区域，所述目标区域指浮游生物聚集的区域；

所述灾害预警模块根据目标区域与适宜区域的重叠关系将所述目标区域划分为低风险区域、中风险区域和高风险区域，所述低风险区域指与适宜区域完全无重叠的目标区域，所述中风险区域指与适宜区域部分重叠的目标区域，所述高风险区域指完全被适宜区域覆盖的目标区域；

所述灾害预警模块根据下式计算出中风险区域的中风险值

所述灾害预警模块根据下式计算出高风险区域的高风险值

其中，

所述灾害预警模块根据下式计算出目标区域的发展指数

其中，T表示该目标区域的存在总时长，

所述目标区域的发展时长包括低风险区域的面积扩大的时间段时长、中风险区域的中风险值增大的时间段时长和高风险区域的高风险值增大的时间段时长；

当所述发展指数超过第三阈值时，所述灾害预警模块产生预警；

进一步的，所述浮游生物监测模块计算出海面图像中每个像素点的差异度

其中，

所述浮游生物监测模块将密度大于第二阈值的浮游生物聚集区域标记为目标区域；

进一步的，所述浮游生物监测模块根据下式计算出每个像素点的差异度Pd：

其中，

进一步的，所述协调系数k有三个取值

进一步的，所述协调系数的三个取值

其中，

本发明所取得的有益效果是：

本系统根据海面的图像数据处理得到若干目标区域，根据卫星采集的温度数据处理得到适宜区域，而浮游生物在适宜区域中会大规模繁殖，通过追踪目标区域与适宜区域的空间关系对目标区域进行等级划分，当目标区域的等级变化满足要求时产生预警，由于处理的基础数据能够由卫星实时监测获取，对海面的监测具有范围广、即时性强的优点，能够在产生赤潮前有效的发出警告。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明整体结构框架示意图；

图2为本发明对目标像素点进行分类流程示意图；

图3为本发明对浮游生物聚集区域对应的点集进行处理流程示意图；

图4为本发明根据温度进行区域划分的流程示意图；

图5为本发明赤潮形成过程示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

实施例一。

本实施例提供了一种基于卫星遥感监测的生态监测灾害预警系统，结合图1，包括海面温度监测模块、浮游生物监测模块和灾害预警模块，所述海面温度监测模块用于生成监测区域的温度分布图，所述浮游生物监测模块用于生成监测区域的浮游生物分布图，所述灾害预警模块根据浮游生物的分布与海面温度分布的关系进行分析得到赤潮的预警信息；

所述海面温度监测模块根据卫星采集的温度数据将海面划分成若干个温度区域，其中，适宜浮游生物繁殖的温度区域称为适宜区域；

所述浮游生物监测模块根据卫星采集的海面图像数据分析得到目标区域，所述目标区域指浮游生物聚集的区域；

所述灾害预警模块根据目标区域与适宜区域的重叠关系将所述目标区域划分为低风险区域、中风险区域和高风险区域，所述低风险区域指与适宜区域完全无重叠的目标区域，所述中风险区域指与适宜区域部分重叠的目标区域，所述高风险区域指完全被适宜区域覆盖的目标区域；

所述灾害预警模块根据下式计算出中风险区域的中风险值

所述灾害预警模块根据下式计算出高风险区域的高风险值

其中，

所述灾害预警模块根据下式计算出目标区域的发展指数

其中，T表示该目标区域的存在总时长，

所述目标区域的发展时长包括低风险区域的面积扩大的时间段时长、中风险区域的中风险值增大的时间段时长和高风险区域的高风险值增大的时间段时长；

当所述发展指数超过第三阈值时，所述灾害预警模块产生预警；

所述浮游生物监测模块计算出海面图像中每个像素点的差异度

其中，

所述浮游生物监测模块将密度大于第二阈值的浮游生物聚集区域标记为目标区域；

所述浮游生物监测模块根据下式计算出每个像素点的差异度Pd：

其中，

所述协调系数k有三个取值

所述协调系数的三个取值

其中，

实施例二。

本实施例包含了实施例一中的全部内容，提供了一种基于卫星遥感监测的生态监测灾害预警系统，包括海面温度监测模块、浮游生物监测模块和灾害预警模块，所述海面温度监测模块用于生成监测区域的温度分布图，所述浮游生物监测模块用于生成监测区域的浮游生物分布图，所述灾害预警模块根据浮游生物的分布与海面温度分布的关系进行分析得到赤潮的预警信息；

所述浮游生物监测模块每隔固定的时间获取卫星拍摄的监测区域的海面图像，统计得到海面图像中所有像素点的RGB信息，根据下式计算出每个像素点的差异度Pd：

其中，

在所有赤潮类型中，赤潮的颜色变化多为红色和绿色，

所述浮游生物监测模块将差异度大于第一阈值的像素点标记为目标像素点，结合图2，通过下述步骤对这些目标像素点进行分类：

S1、创建一个点集，将一个随机的目标像素点放在该点集中；

S2、若所有目标像素点全被放入对应的点集中，则跳至步骤S6，否则随机获取一个目标像素点，计算该目标像素点与已有点集中的所有目标像素点之间的距离，若计算得到的所有距离均大于关联距离，跳至步骤S3，若计算得到的所有距离中小于关联距离的目标像素点均在一个点集中，这个点集称为目标点集，跳至步骤S4，若计算得到的所有距离中小于关联距离的目标像素点分布在多个点集中，这些点集称为关联点集，跳至步骤S5；

S3、创建一个新的点集，将步骤S2中随机获取的目标像素点放入该点集中，回到步骤S2；

S4、将步骤S2中随机获取的目标像素点放入目标点集中，回到步骤S2；

S5、将关联点集合并成一个新的点集，将步骤S2中随机获取的目标像素点放入合并后的点集中，回到步骤S2；

S6、整理已存在的所有点集，结束目标像素点的分类；

结合图3，所述浮游生物监测模块得到的每个点集对应一个浮游生物聚集区域，所述浮游生物监测模块针对每个点集按照下述步骤进行处理：

S21、依次连接目标像素点，得到边界线，所述边界线构成一个封闭区域；

S22、若点集中存在处于封闭区域外的目标像素点，将该目标像素点与已有的边界线端点相连，得到新的封闭区域，删除处于封闭区域内部的边界线；

S23、重复步骤S22，直至点集中所有的目标像素点处于封闭区域内；

S24、在封闭区域内找到一个目标像素点，该目标像素点满足与一条边界线构成的三角形区域中不包含其他目标像素点，则删除该三角形中原有的边界线，将另外两条线段作为新的边界线；

S25、重复步骤S24，直至无法找到满足要求的目标像素点；

所述浮游生物监测模块计算出每个点集封闭区域的面积，记为S，然后根据下式计算每个浮游生物聚集区域的密度

其中，N表示浮游生物聚集区域对应点集中目标像素点的个数，

所述浮游生物监测模块将密度大于第二阈值的浮游生物聚集区域标记为目标区域；

所述海面温度监测模块获取卫星采集的温度数据，并根据温度的不同将海面分成若干个温度区域，所述温度数据为若干个海面监测点的实时温度，所述海面监测点构成网状结构；

结合图4，所述海面温度监测模块进行区域划分的过程包括如下步骤：：

S31、设置若干个温度区间，每个温度区间设置一个对应的标志；

S32、将所有的海面监测点根据其温度所在的温度区间赋予对应的标志；

S33、对每个海面监测点进行下述操作：若一个海面监测点以及其上下左右四个相邻的海面监测点的标志均相同，将上下左右四个海面监测点依次相连，得到一个基础区域；

S34、将重叠或者相邻的基础区域进行合并得到具有对应标志的温度区域；

S35、未被划分为任何温度区域的海面监测点称为边界点，将相邻的边界点连接作为边界线，将边界线两侧的温度区域扩充至边界线；

S36、将适宜浮游生物繁殖的温度区间对应的温度区域标记为适宜区域；

所述灾害预警模块对每个目标区域根据其所在的温度区域进行分析判断；

当所述目标区域完全处于非适宜区域时，将该目标区域视为低风险区域；

当所述目标区域部分处于非适宜区域、部分处于适宜区域时，将该目标区域视为中风险区域，所述灾害预警模块根据下式计算出该目标区域的中风险值

其中，

当所述目标区域完全处于适宜区域时，该目标区域视为高风险区域，所述灾害预警模块根据下式计算出该目标区域的高风险值

赤潮形成的过程如图5所示，所述灾害预警模块对每个目标区域进行追踪，并根据下式计算出目标区域的发展指数

其中，T表示该目标区域的存在总时长，

所述协调系数k有三个取值

在本实施例中，所述协调系数的三个取值

其中，

所述目标区域的发展时长包括低风险区域的面积扩大的时间段的时长、中风险区域的中风险值增大的时间段的时长和高风险区域的高风险值增大的时间段的时长；

所述当前风险值指的是当前的高风险值或中风险值，所述最小风险值指的是最小的高风险值或者最小的中风险值；

当目标区域仅为低风险区域时，

当所述发展指数超过第三阈值时，所述灾害预警模块产生预警。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。