一種淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，該系統(tǒng)包括支撐平臺、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心，所述支撐平臺包括由若干樁支撐的平臺及建于平臺上的儀器房1間；所述供電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)供電；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括氣象傳感器、水文傳感器、水質(zhì)傳感器、水面成像光譜采集系統(tǒng)、水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)以及攝像頭，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，并將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的各類湖水水色遙感信息傳輸給數(shù)據(jù)中心。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法適合對富營養(yǎng)化湖泊藻華發(fā)生地點相對固定，頻次高的區(qū)域開展湖泊水色及藻華的遙感野外監(jiān)測與研究。
【專利說明】一種淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，涉及一種淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002]湖泊水環(huán)境遙感是中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所重點支持發(fā)展的研究方向 之一，在國內(nèi)遙感及湖泊水環(huán)境領(lǐng)域均具有鮮明的特色和優(yōu)勢。然而，目前缺乏一個真實環(huán) 境下可以同時獲取多種水環(huán)境參數(shù)及其遙感光學(xué)信號的試驗平臺。建設(shè)該平臺，將全面提 升我國湖泊水環(huán)境的定量遙感研究水平，同時將奠定我國在湖泊水環(huán)境遙感方面的領(lǐng)先地 位。該平臺的建設(shè)將實現(xiàn)“空中傳感器一水面光譜一水下光譜一水體水環(huán)境參數(shù)”于一體 的現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時獲取，以便更加有效地開展湖泊水環(huán)境遙感研究，推動我國湖泊水環(huán)境遙 感監(jiān)測的業(yè)務(wù)化水平，提升我國定量遙感的研究水平，同時為太湖流域相關(guān)水資源管理部 門提供科學(xué)決策支撐與服務(wù)。
[0003]環(huán)境監(jiān)測是運用各種分析、測試手段，對影響環(huán)境質(zhì)量的代表值進(jìn)行測定，取得反 映環(huán)境質(zhì)量或環(huán)境污染程度的各項數(shù)據(jù)的過程(姚琳琳，方小萍，2010)。是以環(huán)境分析 為基礎(chǔ)，研究環(huán)境質(zhì)量的變化和描述環(huán)境狀態(tài)與演化、科學(xué)預(yù)報環(huán)境質(zhì)量的發(fā)展趨勢。自上 個世紀(jì)70年代，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)進(jìn)入自動化、計算機(jī)化，發(fā)達(dá)國家相繼建立全國性的自動化 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，這個階段被稱為自動監(jiān)測階段。我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域經(jīng)過30多年的發(fā)展，一些以 環(huán)境分析為基礎(chǔ)，以環(huán)境動態(tài)、連續(xù)監(jiān)測為主導(dǎo)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)已應(yīng)用于業(yè)務(wù)當(dāng)中。比較 有代表的有:以無線通訊、實時監(jiān)控、預(yù)報預(yù)警、統(tǒng)計分析、地理信息系統(tǒng)、虛擬環(huán)境、發(fā)布公 告等技術(shù)應(yīng)用和功能為支撐的淮南市環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)；還有廈門市環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)， 整個系統(tǒng)由常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、質(zhì)量報告書輔助生成系統(tǒng)、污染源監(jiān)測管理系統(tǒng)、監(jiān)測 數(shù)據(jù)挖掘分析系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)地圖查詢系統(tǒng)、監(jiān)測站web系統(tǒng)六部分組成(高誠鐵，莊世堅， 2003)?？偟膩碚f，國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)將向技術(shù)先進(jìn)化、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化、辦公 自動化方向發(fā)展(Oszka, 1992)。
[0004]遙感是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的對地觀測綜合性技術(shù)(梅安新，2001),是一種應(yīng) 用探測儀器，不需要與探測目標(biāo)直接接觸，通過記錄目標(biāo)物體的電磁波譜，從而分析解 釋物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。遙感技術(shù)讓大面積的同步觀測成為現(xiàn)實； 可以在短時間內(nèi)對同一地區(qū)進(jìn)行重復(fù)探測，實現(xiàn)對地物的動態(tài)監(jiān)測；其數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的綜 合性、可比性和經(jīng)濟(jì)性。既可宏觀觀測空氣、土壤、植被和水質(zhì)狀況，為環(huán)境保護(hù)提供決策 依據(jù)，也可實時快速跟蹤和監(jiān)測突發(fā)環(huán)境污染事件的發(fā)生、發(fā)展，及時制定處理措施，減 少污染造成的損失。其從空中對地表環(huán)境進(jìn)行大面積同步連續(xù)監(jiān)測，突破了以往從地面研 究環(huán)境的局限性。根據(jù)遙感平臺的不同，環(huán)境遙感監(jiān)測又可分為天基、空基遙感和地基遙 感。天基、空基遙感是以衛(wèi)星、宇宙飛機(jī)、飛機(jī)和高空氣球等為遙感平臺，該類遙感平臺最為 常見，通常獲取的是成像光譜信息，而地基遙感則是以地面為主要遙感平臺，主要利用光譜 儀獲取地物的非成像光譜信息。[0005]在水體監(jiān)測方面，遙感的任務(wù)是通過對遙感影像的分析，獲得水體的分布、泥 沙、有機(jī)質(zhì)等狀況和水深、水溫等要素的信息，從而對一個地區(qū)的水資源和水環(huán)境等作出 評價，為環(huán)境部門提供決策服務(wù)。為了進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，可以采用以水體光譜特性和水色為 指標(biāo)的遙感技術(shù)，且應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)來監(jiān)測水域變化及引起的后果，分析人為活動在 其中起的作用方面(張春鵬等，2006)。
[0006]以天基和空基為基礎(chǔ)的航空監(jiān)視系統(tǒng)，是目前世界發(fā)達(dá)國家對海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視 的主要手段，具有速度快、靈活性大、分辨率高的特點，有利于判別污染物的來源與去向。 目前國際上許多國家都有業(yè)務(wù)化的航空水體環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)，比較有代表性的有:早在1974 年，美國就建立了航空油膜污染監(jiān)視系統(tǒng)(airborne oil surveillance system, AOSS)
，這一系統(tǒng)的設(shè)計思想是執(zhí)法和抗污染，該系統(tǒng)采用了 X-波段側(cè)視雷達(dá)微波氣象系統(tǒng)及多 通道線性掃描儀(紅外、紫外)和多光譜低照度電視系統(tǒng)(紫外、可見光、紅外線)等多種 傳感器進(jìn)行監(jiān)視，后來又有了 AOSS II系統(tǒng)，對儀器進(jìn)行了更新和改進(jìn)(黃鳳榮，1997)； 挪威污染控制局(Statens Forurensningstilsyn, SFT )部署了一架Fairchild Mer Iin III B雙渦輪螺旋槳飛機(jī)對海事進(jìn)行監(jiān)測，飛機(jī)上裝備了瑞典空間公司的一套海事監(jiān)測系 統(tǒng)MSS 5000,由一臺側(cè)視航空雷達(dá)、一臺紅外掃描儀、一臺紫外掃描儀組成(張靜，吳曉 東，2006);瑞典海岸警備隊配備3架CASA212固定機(jī)翼飛機(jī)，其主要職能是對海上進(jìn) 行救助、環(huán)境監(jiān)測、漁業(yè)活動監(jiān)視、海上交通、邊界控制區(qū)、國際合作以及輔助海軍作業(yè)等， 遙感飛機(jī)配備有錄像機(jī)、照相機(jī)、前視雷達(dá)(FLIR)、雙側(cè)視雷達(dá)(SLAR)、紅外和紫外(IR/ UV)掃描儀、微波(MWR)掃描儀以及相關(guān)的電腦控制處理器(栗茂峰，1999 ;加拿大海岸警 衛(wèi)隊(CCG)為了探測海洋污染，CCG的國家航空監(jiān)測局(NASP)在太平洋水域部署了一架飛 機(jī)(DeHavilland，DHC 6 Series 300 Twin Otter, CFCSU)，除海洋污染監(jiān)測外，還執(zhí) 行與漁業(yè)及海岸巡邏相關(guān)的任務(wù)(安居白，張永，2002)。
[0007]我國海監(jiān)飛機(jī)上裝備了三大遙感平臺，包括中國科學(xué)院長春光學(xué)機(jī)械研究所 研制的光點平臺、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制的多光譜掃描儀MAMS和從芬蘭 Specim公司制造的AISA +高光譜成像儀。
[0008]海監(jiān)飛機(jī)光電平臺系統(tǒng)主要用于可見光全波段范圍內(nèi)針對遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行檢測 和監(jiān)視，通過電視跟蹤、磁帶錄像和膠片、數(shù)碼拍照等方式對海洋環(huán)境、海洋資源和海上、 空中目標(biāo)動態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視、跟蹤和記錄，達(dá)到維護(hù)海洋權(quán)益、保護(hù)海洋環(huán)境和海洋資源、監(jiān) 視海洋災(zāi)害的目的，并作為海洋執(zhí)法監(jiān)察調(diào)查取證的依據(jù)。中國海監(jiān)飛機(jī)機(jī)載多通道掃描 儀(MAMS)由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制，它具有從紫外到紅外的11個波段， 主要用于對海洋諸多要素及污染進(jìn)行較精確的反演，如葉綠素、海表溫度、赤潮、溫排水 等，為基礎(chǔ)資料的長期積累、掌握飛行海區(qū)的分布特征及專項監(jiān)測的需要提供服務(wù)。芬蘭 Specim公司的 AISA + ( airborne imaging spectrometer for different applications) 推掃系統(tǒng)包括一個高光譜掃描頭、一臺微型GPS/INS傳感器和一臺PC數(shù)據(jù)獲取單元。它 是一臺航空成像光譜儀，是既能對地面目標(biāo)成像又可以測量目標(biāo)光譜特性的光學(xué)探測器。 高光譜(hyperspectral)是指在可見光波段范圍內(nèi)劃分成許多非常窄且光譜連續(xù)的波段 來對同一目標(biāo)同時成像，也就是說能同時獲得一個物體的多個層次的細(xì)節(jié)信息，因而成像 光譜儀在遙感探測中有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0009]分析環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程，結(jié)合遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用現(xiàn)狀，目前環(huán)境遙感監(jiān)測平臺存在以下問題:
1.現(xiàn)有平臺以利用天基的衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主，尚不成熟的二類水體的大氣矯正技術(shù)，造成 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的大氣矯正存在著顯著誤差，對信號本身較弱的水體信息產(chǎn)生劇烈干擾，直接影 響到最終監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性；盡管大氣對空基遙感數(shù)據(jù)的影響有限，甚至可以忽略，但其運行 成本十分高昂，難以實現(xiàn)對固定水域的實時動態(tài)監(jiān)控；
2.缺乏將地基遙感與水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測同步的野外觀測平臺，傳統(tǒng)與遙感信息同步的 水質(zhì)監(jiān)測，是在衛(wèi)星數(shù)據(jù)過境前后2-3小時內(nèi)開展的，由于水體本身處于流動狀態(tài)，變化迅 速，監(jiān)測的時間差異勢必造成水質(zhì)與遙感信息同步性受到影響，此外，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的空間分辨 率一般為幾米到幾百米，而水質(zhì)監(jiān)測則是取某一點的水質(zhì)數(shù)據(jù)，監(jiān)測的空間差異也會對兩 者間的同步性產(chǎn)生影響；
3.缺乏水面光譜信息與水下光場信息聯(lián)合同步監(jiān)測的觀測平臺，該平臺將可以為研究 水質(zhì)垂向分布對水下光場的影響機(jī)制，以及利用水面光譜信息探索單元水柱中藻類生物量 提供重要實驗基礎(chǔ)；
4.缺少觀測塔輔助成像光譜實現(xiàn)在短時間距離水面不同高度獲取水體光譜信息，可以 準(zhǔn)同步的得到同意水域不同空間分辨率的光譜圖像，為開展空間尺度轉(zhuǎn)換研究服務(wù)。
[0010] 以下為參考文獻(xiàn):
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，解決目前缺乏對富營養(yǎng) 化大型淺水湖泊，針對湖泊水色及藻華現(xiàn)象缺乏“空中傳感器一水面光譜一水下光譜一水 體水環(huán)境參數(shù)”于一體的現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時獲取問題。
[0012]本發(fā)明的另一目的是提供一種湖泊水色及其環(huán)境參數(shù)的同步自動監(jiān)測方法。
[0013]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
本發(fā)明公開了一種淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)及自動監(jiān)測方法，該系統(tǒng)包括支撐 平臺、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心，所述支撐平臺包括由若干樁支撐的平臺及建于平臺上的儀器房I間；所述供電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)供電；所 述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括氣象傳感器、水文傳感器、水質(zhì)傳感器、水面成像光譜采集系統(tǒng)、水下 光譜采集器、水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)以及攝像頭，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接， 并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的各類湖水水色遙感信息傳輸給數(shù)據(jù)中心。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法適 合對富營養(yǎng)化湖泊藻華發(fā)生地點相對固定，頻次高的區(qū)域開展湖泊水色及藻華的遙感野外 監(jiān)測與研究。
[0014]采用本發(fā)明實施例的湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供直接表 征湖泊水色及其環(huán)境要素的圖像、水面/水下光譜、水體剖面固有光學(xué)屬性、溶解氧、濁度、 色素濃度等信息，同時可以提供用于預(yù)測預(yù)警的氣象、水文等參數(shù)信息，為開展水色及藻華 的遙感野外監(jiān)測與研究服務(wù)。
[0015]另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)可以具有如下附加的技術(shù) 特征:
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述平臺上面設(shè)置防雨的儀器房，還可開展簡單的室內(nèi)預(yù) 處理實驗，平臺的一側(cè)設(shè)有梯子可至房頂，另一側(cè)成像光譜儀觀測塔架，在平臺保護(hù)欄東南 角設(shè)有小型操作臺和支架，其中所述儀器房的四角分別對應(yīng)東南、東北、西北和西南方向。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述供電系統(tǒng)包括太陽能電池組以及蓄電池組，其中， 太陽能電池組安裝于平臺儀器房頂部，蓄電池組安裝在平臺儀器房內(nèi)部，太陽能電池組與 蓄電池組相連。由于湖泊水色監(jiān)測需要在晴好天氣進(jìn)行，因此，太陽能供電系統(tǒng)完全可以滿 足系統(tǒng)內(nèi)所有儀器的供電要求。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述成像光譜儀可記錄觀測區(qū)域內(nèi)所有像素的 400-1000nm的離水輻亮度和向下輻照度，水下光譜可記錄水下0.5m處的向上/向下輻照 度和向上輻亮度，所述后向散射儀測定水體后項散射系數(shù)，所述水體光吸收計測定水體的 光吸收系數(shù)，所述后向散射儀測定水下剖面后向散射系數(shù)，所述水體光吸收計測定水下剖 面的光吸收系數(shù)，所述水質(zhì)傳感器可記錄水面下不同深度處水質(zhì)的葉綠素a、藻藍(lán)素、濁度、 pH、氧化還原電位參數(shù)，所述水文傳感器記錄平臺水域的流速及波浪參數(shù)，所述攝像頭記錄 平臺周邊500m內(nèi)的水色變化，所述氣象傳感器記錄風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對濕度、降水 參數(shù)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括接線盒和通信模塊，所述氣象 傳感器、水文傳感器、水質(zhì)傳感器、水面成像光譜采集系統(tǒng)、水下光譜采集器、水下光場同步 監(jiān)測系統(tǒng)以及攝像頭的數(shù)據(jù)接入接線盒中，接線盒與通信模塊相連接，通信模塊與數(shù)據(jù)中 心相連接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)中心設(shè)備主要包括一臺安裝有數(shù)據(jù)庫和發(fā)布 網(wǎng)站的服務(wù)器和一臺用于監(jiān)控的顯示器。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通過3G無線網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)中心，并 可實現(xiàn)實時報警通知功能。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該系統(tǒng)還包括保護(hù)設(shè)施，保護(hù)設(shè)施包括避雷針和/或 航標(biāo)燈，避雷針安裝在高于水面15m的觀測塔頂端，航標(biāo)燈安裝平臺儀器房的西南角、東北 角和東南角上；所述平臺的四周設(shè)有保護(hù)圍欄，平臺的外圍還設(shè)立防護(hù)圍樁。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該系統(tǒng)還包括警示系統(tǒng)，警示系統(tǒng)為警示燈閃爍、警報聲以及在保護(hù)圍欄和防護(hù)圍樁四周懸掛的警示標(biāo)語。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組件及蓄電池組安放在儀器房內(nèi)， 儀器房為3 m*4m*2.4 m，作為連接儀器電纜的通道，箱體兩側(cè)開四排用于散熱的透氣窗，正 面是一扇門，頂部為彩鋼板，防止雨水滲入。
[0024]本發(fā)明提供的一種利用所述淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)的自動監(jiān)測方法，該 方法包括以下步驟:
(1)在晴天利用太陽能電池組將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并存儲在蓄電池組中；蓄電池組則 是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電力來源；
(2)利用攝像頭采集半徑500m內(nèi)水面的視頻圖像；通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的內(nèi)置程序?qū)D 像中出現(xiàn)水色變化信息提取并傳輸給數(shù)據(jù)中心，所述水色變化信息為依據(jù)湖水表面藻華或 或水色三要素(浮游植物色素、懸浮泥沙、黃色物質(zhì))所引發(fā)的水色變化特征；
(3)針對富營養(yǎng)化湖泊水色變化特點，篩選了與湖體水色及藻華相關(guān)的、性價比較高的 且能實現(xiàn)野外無人值守測量的參數(shù)，并利用氣象傳感器、水文傳感器、水質(zhì)傳感器、水面成 像光譜儀、水下光譜儀以及水體后向散射儀、水體光吸收計和攝像頭實時高頻記錄這些水 質(zhì)參數(shù)，以數(shù)據(jù)流的形式，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸給數(shù)據(jù)中心。
[0025]根據(jù)本發(fā)明實施例的湖泊遙感野外自動監(jiān)測方法，所述成像光譜儀可記錄觀測區(qū) 域內(nèi)所有像素的400-1000nm的離水輻亮度和向下輻照度，水下光譜可記錄水下剖面的向 上/向下輻照度和向上輻亮度，所述后向散射儀測定水體后向散射系數(shù)，所述水體光吸收 計測定水體的光吸收系數(shù)，所述水質(zhì)傳感器可記錄水面下不同深度處水質(zhì)的葉綠素a、藻藍(lán) 素、濁度、pH、氧化還原電位參數(shù)，所述水文傳感器記錄平臺水域的流速及波浪參數(shù)，所述攝 像頭記錄平臺周邊500m內(nèi)的水色變化，所述氣象傳感器記錄風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對 濕度、降水參數(shù)，上述儀器的數(shù)據(jù)采集時間間隔均設(shè)置為10 min。
[0026]根據(jù)本發(fā)明實施例的湖泊遙感野外自動監(jiān)測方法，所述數(shù)據(jù)中心軟件將自動完成 多所采集數(shù)據(jù)的分類、插值、存儲、發(fā)布的操作；研究人員和監(jiān)測人員可以通過IE瀏覽平臺 實時高頻捕捉的湖泊水色信息，并據(jù)此對未來水色變化及藻華狀況作出預(yù)測預(yù)警。
[0027]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、系統(tǒng)安全穩(wěn)定，由于采用大型管樁以及大量的警示及安全設(shè)施，極大的提高了整個 平臺系統(tǒng)抵御自然災(zāi)害(臺風(fēng)、洪水等)和人為破壞(船只碰撞、盜竊等)的能力；并能保證系 統(tǒng)能在一種平穩(wěn)的環(huán)境中運行，降低由于震動對設(shè)施設(shè)備的損耗；
2、供電系統(tǒng)的持久穩(wěn)定，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在水體環(huán)境中，電力供應(yīng)一直是技術(shù)瓶 頸。由于湖泊水色監(jiān)測需要在晴好天氣進(jìn)行，因此，太陽能供電系統(tǒng)完全可以滿足系統(tǒng)內(nèi)所 有儀器的供電要求。本系統(tǒng)采用太陽能電池組供電保障，使得自動監(jiān)測系統(tǒng)能夠在各種惡 劣天氣條件下維持監(jiān)控和報警系統(tǒng)穩(wěn)定運行。同時這套電力系統(tǒng)也足以保證多套功耗較大 設(shè)施設(shè)備的能耗，極大的提高平臺配置儀器設(shè)備的能力；
3、運行維護(hù)方便。與浮標(biāo)相比，所建平臺面積大且牢固，能夠方便現(xiàn)場工作人員的日程 維護(hù)，且能保證其安全性；
4、能夠做到準(zhǔn)確、實時高頻同步捕捉水上/水下湖泊水色光譜信息及其外環(huán)境要素信 息，所述外環(huán)境要素信息包括風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向、葉綠素a濃度、懸浮泥沙濃度、黃色物 質(zhì)含量、水溫等。本監(jiān)測平臺是針對完全依據(jù)富營養(yǎng)化湖泊水色變化及藻華發(fā)生特點建立的，以最多10 min為時間間隔記錄圖像、氣象、水文及水質(zhì)等大規(guī)模涉及湖泊水色的參數(shù)， 實時高頻捕捉湖泊水色信息和藻華信息。
[0028]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中:
圖1a是根據(jù)本發(fā)明實施例的適用于淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意正視
圖；
圖1b是根據(jù)本發(fā)明實施例的適用于淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意側(cè)視
圖；
圖1c是根據(jù)本發(fā)明實施例的適用于淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意俯視
圖；
圖1d是根據(jù)本發(fā)明實施例的適用于淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)的平臺儀器房內(nèi) 部結(jié)構(gòu)意俯視圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的適用于淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳輸 流程圖；
圖3a是基于本發(fā)明記錄成像光譜圖；
圖3b是基于本發(fā)明記錄單個像元光譜圖。
【具體實施方式】
[0030]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0031]實施例一
圖la、lb、lc和Id是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括支撐平臺、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心。
[0032]所述支撐平臺須比所在水域歷史最高水位高出lm，其由管樁共計48根支撐，每根 長Sm，打入湖底約3m左右，上面鋪設(shè)防腐木隔板20 (即平臺)，平臺上面設(shè)置防雨的儀器房 26，同時為了方便平臺作業(yè)，在儀器房2 —側(cè)焊接不銹鋼梯子4可至房頂，開展房頂氣象站 系統(tǒng)13以及太陽能電池板系統(tǒng)12的維護(hù)，另一側(cè)成像光譜儀觀測塔架2，在平臺保護(hù)欄東 南角設(shè)有小型操作臺和支架8，其中所述儀器房的四角分別對應(yīng)東南、東北、西北和西南方 向。此平臺系統(tǒng)可以承受極大的負(fù)重，能夠在臺風(fēng)洪水的襲擊下保持足夠的平穩(wěn)性，且能夠 在高溫高濕條件下長期存在。成像光譜儀觀測塔架2用于放置水面成像光譜儀11，在平臺 保護(hù)欄東南角設(shè)有小型操作臺8和支架用于放置水質(zhì)儀18、水體后向散射儀16、水體光吸 收計17等，其中所述儀器房的四角分別對應(yīng)東南、東北、西北和西南方向。
[0033]保護(hù)設(shè)施包括焊接在成像光譜儀觀測塔架上的避雷針27及安裝平臺儀器房的西 南角、東北角、東南角上航標(biāo)燈9。同時在平臺上四周焊接保護(hù)圍欄6，并在外圍設(shè)立防護(hù)圍樁7。此套保護(hù)設(shè)施可以更好的保護(hù)平臺系統(tǒng)免受雷擊、盜竊及船只碰撞等引起的破壞。保 護(hù)圍欄6由鋼柱和鍍鋅管構(gòu)成，防護(hù)圍樁7主要由正方形水泥樁和鍍鋅管構(gòu)成。
[0034]如圖2所示，供電系統(tǒng)包括太陽能電池組12以及蓄電池組28。太陽能電池組12 與蓄電池組28相連。蓄電池組28安放在平臺上儀器房26內(nèi)。太陽能電池組12固定在焊 接在儀器房頂?shù)牟讳P鋼架29上并面向南方。所述供電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 供電，亦可為平臺上其他大型儀器設(shè)備供電。該供電系統(tǒng)能夠最大程度保證平臺系統(tǒng)能夠 支撐更多的儀器設(shè)施設(shè)備運行及更高的采樣頻率。所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組件及蓄電池組安放 在儀器房內(nèi)26，儀器房為3 m*4m*2.4 m，作為連接儀器電纜的通道，箱體兩側(cè)開四排用于散 熱的透氣窗25,正面是一扇門，頂部為彩鋼板,防止雨水滲入。
[0035]所述警示系統(tǒng)為在保護(hù)圍欄6和防護(hù)圍樁7四周懸掛的警示標(biāo)語。
[0036]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括感知層，感知層指的是各類傳感器對各類與湖泊水色及其 環(huán)境要素相關(guān)參數(shù)的采集，包括:水面/水下光譜、氣象、水文和水質(zhì)參數(shù)，具體說來，包括 成像光譜儀11、水下光譜儀19、氣象傳感器13、水文傳感器15、水質(zhì)傳感器18、水體后項散 射儀16和水體吸收衰減儀17，其中，成像光譜儀11通過不銹鋼螺絲固定在成像光譜儀觀 測塔架2的云臺上；浮標(biāo)式水下光譜儀19通過不銹鋼纜繩與保護(hù)圈東南角柱相連；氣象傳 感器13使用不銹鋼螺絲安裝平臺上儀器房頂26 ;水文傳感器15吊裝在平臺棧橋5之下， 通過不銹鋼粗纜繩與平臺相連，實時記錄波浪及湖流剖面；水體后向散射儀16吊裝于小型 吊機(jī)8的一個吊臂下，水體光衰減吸收計17和水質(zhì)傳感器18吊裝于吊機(jī)的另一個吊臂下， 通過吊機(jī)的操作臺的控制，可實現(xiàn)上述儀器的同步在水體同一深度開展相關(guān)參數(shù)的測量工 作。上述所有傳感器所獲取數(shù)據(jù)均通過自配數(shù)據(jù)傳輸及供電集成電纜與圖2中的平臺儀器 房內(nèi)的中央控制器接線盒21相連接。
[0037]本實施例的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括攝像頭10，2個攝像頭在平臺東南房檐角下分別 對著平臺北側(cè)、西側(cè)，在平臺房門上安置于I個攝像頭，對著平臺的正面和棧橋上；所述數(shù) 據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的水色及其環(huán)境信息傳輸給數(shù)據(jù) 中心(圖2)。
[0038]所述成像光譜儀11可記錄觀測區(qū)域內(nèi)所有像素的400_1000nm的離水輻亮度和向 下輻照度，水下光譜儀19可記錄水下剖面的向上/向下輻照度和向上輻亮度，所述后項散 射儀16測定水體后項散射系數(shù)，所述水體光吸收計17測定水體的不同深度的向上/向下 輻照度、向上輻亮度，所述水質(zhì)傳感器18可受吊機(jī)操作臺控制，記錄水面下不同深度處的 水質(zhì)的葉綠素a、藻藍(lán)素、濁度、pH、氧化還原電位參數(shù)、溶解氧、水溫等，所述水文傳感器15 記錄平臺水域的流速及波浪參數(shù)，所述攝像頭9記錄平臺周邊500m內(nèi)的水色變化；所述氣 象傳感器13記錄風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對濕度、降水參數(shù)，上述儀器的數(shù)據(jù)采集時間間 隔均設(shè)置為10 min。
[0039]所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括通信模塊22和接線盒21，所述成像光譜儀11、水下光譜儀 19、氣象傳感器13、水文傳感器15、水體后項散射儀16、水體吸收計17、水質(zhì)傳感器18接入 接線盒21，接線盒21通過導(dǎo)線和數(shù)據(jù)線與蓄電池組28和通信模塊22相連接，數(shù)據(jù)通信模 22塊則負(fù)責(zé)將傳感器收集數(shù)據(jù)暫存在本節(jié)點和通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)中心30。數(shù)據(jù)中心 30設(shè)備主要是一臺安裝有數(shù)據(jù)庫和發(fā)布網(wǎng)站的服務(wù)器及監(jiān)視器構(gòu)成。
[0040]實施例二圖2是本發(fā)明的流程圖，如圖所示，一種利用實施例一所述的湖泊遙感野外自動監(jiān)測 系統(tǒng)的湖泊水色遙感野外自動監(jiān)測方法，該方法包括以下步驟:
(1)在晴天利用太陽能電池組12將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并存儲在蓄電池組28中；蓄電 池組28則是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(包括航標(biāo)燈9、攝像頭10、氣象傳感器13、水文傳感器15、水質(zhì) 傳感器18、水面成像光譜采集系統(tǒng)11、水下光譜儀19及水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)的后向散射 儀16和光吸收計17和通信模塊22的電力來源；
(2)利用攝像頭10采集半徑500m內(nèi)水面的視頻圖像；然后依據(jù)湖水表面藻華或水色 變化特征，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的內(nèi)置程序?qū)D像中出現(xiàn)水色變化信息提取并傳輸給數(shù)據(jù)中 心；
(3)針對富營養(yǎng)化湖泊水色變化特點，篩選了與湖體水色及藻華相關(guān)的、性價比較高的 且能實現(xiàn)野外無人值守測量的參數(shù)，并利用氣象傳感器13、水文傳感器15、水質(zhì)傳感器18、 水面成像光譜儀11、水下光譜儀19以及水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)的后向散射儀16和光吸收 計17和攝像頭10實時高頻記錄這些水質(zhì)參數(shù)，以數(shù)據(jù)流的形式，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸給 數(shù)據(jù)中心30 ；
根據(jù)本發(fā)明實施例的湖泊遙感野外自動監(jiān)測方法，所述成像光譜儀11可記錄觀測區(qū) 域內(nèi)所有像素的400-1000nm的離水輻亮度和向下輻照度,水下光譜儀19可記錄水下50cm 的向上/向下輻照度和向上輻亮度，所述后項散射儀16測定水體剖面后項散射系數(shù)，所述 水體光吸收計17測定水體剖面的光吸收系數(shù)，所述水質(zhì)傳感器18可受吊機(jī)操作臺控制，記 錄水面下不同深度處的水質(zhì)的葉綠素a、藻藍(lán)素、濁度、pH、氧化還原電位參數(shù)、溶解氧、水溫 等，所述水文傳感器15記錄平臺水域的流速及波浪參數(shù)，所述攝像頭10記錄平臺周邊500m 內(nèi)的水色變化；所述氣象傳感器13記錄風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對濕度、降水參數(shù)，上述 儀器的數(shù)據(jù)采集時間間隔均設(shè)置為10 min。
[0041]根據(jù)本發(fā)明實施例的湖泊遙感野外自動監(jiān)測方法，所述數(shù)據(jù)中心軟件將自動完成 多所采集數(shù)據(jù)的分類、插值、存儲、發(fā)布的操作；研究人員和監(jiān)測人員可以通過IE瀏覽平臺 實時高頻捕捉的湖泊水色信息，并據(jù)此對未來水色變化及藻華狀況作出預(yù)測預(yù)警。
[0042]具體實施方法如下:
(I)選擇水深較淺的且遭受藻華危害的淺水湖泊作為觀測對象。平臺系統(tǒng)所建水域 水下地形平坦，基本上為堅硬的黃土物質(zhì)所組成，黃土層表面僅少量深層淤泥，適合打樁固 定。平臺所在水域是該湖泊藍(lán)藻水華發(fā)生最為頻繁的區(qū)域之一。
[0043](2)借助工程船將五根直徑0 400mm，長度為8 m為大口徑管樁31打入底泥中，并 橫向通過“工”型鋼梁相互連接，作為整個平臺的基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上鋪設(shè)5 m*5 m的防腐 木板20。最終平臺需要高出水域歷史最高水位I m以上，以防止平臺被洪水淹沒。此外，在 平臺正面有通往棧橋的Im寬的梯子5，平臺一側(cè)固定有0.5 m寬的梯子4通往儀器房頂，用 于搬運貨物及作業(yè)人員通行和開展正常的儀器維護(hù)工作。
[0044](3)在鋼板四周由鍍鋅鋼管焊接保護(hù)圍欄6，并在距離平臺1.5 m處安裝10 m*10 m的防護(hù)圍樁7，并在此圍欄和圍樁上懸掛警示標(biāo)語及聯(lián)系電話。在平臺成像光譜儀觀測塔 架頂部焊接固定一根鋼筋制成的避雷針27，在平臺儀器房西南角以及太陽能電磁板下面安 裝用于警示船只勿靠近的航標(biāo)燈9。
[0045](4)同時在平臺上面向南方固定使用不銹鋼架29固定4塊的太陽能電池組12。太陽能電池組12輸出的電力被存儲在4塊12 V，150安時的蓄電池組28中，平臺其他負(fù)載均 從這組電池組中獲取電力供應(yīng)。
[0046](5)依據(jù)富營養(yǎng)化湖泊水體水色變化以及藻華現(xiàn)象特征，監(jiān)測參數(shù)的選取依據(jù)以 下原則:a與湖泊水色及藻華密切相關(guān)；b能夠?qū)崿F(xiàn)自動監(jiān)測，盡量少的維護(hù)操作；c更高的 性價比及穩(wěn)定性。據(jù)此選擇圖像、成像光譜、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對濕度、降水、三維湖 流、波浪、溶解氧、水溫、葉綠素a、藻藍(lán)素、濁度、pH、氧化還原電位、水體固有光學(xué)屬性(水體 光吸收系數(shù)、后向散射系數(shù))作為監(jiān)測參數(shù)。其中監(jiān)測葉綠素a、藻藍(lán)素、濁度、pH、氧化還原 電位等參數(shù)記錄選用美國YSI公司生產(chǎn)的YSI6600V2多功能水質(zhì)儀18，YSI6600V2被安放 在吊機(jī)的一個機(jī)械臂下，在控制臺調(diào)解下，能夠測量不同水深處的水質(zhì)數(shù)據(jù)；湖流-波浪監(jiān) 測采用ADV高精度聲學(xué)多普勒點速流速儀15，將此儀器放置在平臺棧橋5的一側(cè)的水底，監(jiān) 測平臺水域的流速及波浪；水體后向散射儀16H0BI Labs HydroScat-6單獨安裝在吊機(jī)上 的一個吊臂上，而水體吸收衰減儀17a_Sphere則與水質(zhì)一起吊裝的一個吊臂上；圖像通過 固定在攝像頭10采集，可以記錄平臺周邊500m內(nèi)的水色變化；風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對 濕度、降水等參數(shù)使用HOBO小型氣象站13記錄，該氣象站安裝在平臺儀器房頂26上。為保 證高時間分辨率記錄湖泊水色變化時間，上述儀器的數(shù)據(jù)采集時間間隔均設(shè)置為10 min。 此外，傳感器通過儀器自配數(shù)據(jù)傳輸和供電集成電纜與儀器房26中的接線盒21相連接，以 獲取電力供應(yīng)和傳輸數(shù)據(jù)。
[0047](6)接線盒21通過導(dǎo)線與蓄電池組28相連接，為平臺各類負(fù)載提供電力。同時， 又通過電纜與通信模塊22相連接，將各類傳感器收集的數(shù)據(jù)暫存在本地或者通過商用3G 無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)中心30。數(shù)據(jù)中心30中的軟件將自動完成多所采集數(shù)據(jù)的分類、 插值、存儲、發(fā)布等操作。研究人員和監(jiān)測人員可以通過IE瀏覽平臺實時高頻捕捉的湖泊 水色信息，并據(jù)此對未來水色變化及藻華狀況作出預(yù)測預(yù)警。
[0048]試驗例一
該系統(tǒng)可以對湖泊水色變化的遙感光學(xué)信號以及外環(huán)境要素開展同步監(jiān)測，包括圖 像、光譜、溶解氧、水溫、葉綠素a，藻藍(lán)素、氧化還原電位、濁度、湖流、波浪、水深、氣溫、風(fēng) 速、風(fēng)向、大氣壓、降水、相對濕度等連續(xù)實時自動高頻記錄。這是一個真實環(huán)境下可以同時 獲取多種水環(huán)境參數(shù)及其遙感光學(xué)信號的試驗平臺。建設(shè)該平臺，將全面提升我國湖泊水 環(huán)境的定量遙感研究水平，同時將奠定我國在湖泊水環(huán)境遙感方面的領(lǐng)先地位。該平臺的 建設(shè)將實現(xiàn)“空中傳感器一水面光譜一水下光譜一水體水環(huán)境參數(shù)”于一體的現(xiàn)場數(shù)據(jù)實 時獲取，以便更加有效地開展湖泊水環(huán)境遙感研究，推動我國湖泊水環(huán)境遙感監(jiān)測的業(yè)務(wù) 化水平，提升我國定量遙感的研究水平，同時為太湖流域相關(guān)水資源管理部門提供科學(xué)決 策支撐與服務(wù)。
[0049]圖3a和b是自動監(jiān)測平臺記錄的2013年I月18日水體成像光譜情況，水下光譜 以及外環(huán)境要素的同步監(jiān)測情況，通過該平臺，可以開展湖泊水色定量遙感閉合實驗、藻華 的尺度效應(yīng)試驗、藻類水平及垂向分布異質(zhì)性對水下光場影響試驗，可大大推動我國湖泊 水環(huán)境遙感監(jiān)測的業(yè)務(wù)化水平，提升我國定量遙感的研究水平，同時為太湖流域相關(guān)水資 源管理部門提供科學(xué)決策支撐與服務(wù)。
[0050]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“ 一個實施例”、“ 一些實施例”、“示例”、“具體示 例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不 一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何 的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0051]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括支撐平臺、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心，其中，所述支撐平臺包括由若干樁支撐的平臺，所述平臺上面設(shè)置防雨的儀器房，所述平臺的一側(cè)設(shè)有上至房頂?shù)奶葑樱硪粋?cè)設(shè)有成像光譜儀觀測塔架，所述平臺四周邊緣設(shè)置有保護(hù)欄，在平臺東南角設(shè)有小型操作臺和支架，平臺的外圍還設(shè)立防護(hù)圍樁；所述供電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)供電；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括氣象傳感器、水文傳感器、水質(zhì)傳感器、水面成像光譜采集器、 水下光譜采集器、水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)以及攝像頭，其中，所述氣象傳感器安裝固定在儀器房頂之上；水面成像光譜采集器安裝在平臺側(cè)邊的觀測塔架上，觀測塔架上固定有能 180度水平轉(zhuǎn)動和上下垂直移動的云臺底座，觀測塔架上有供所述水面成像光譜采集器進(jìn)行上下運行的軌道；所述水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)也安裝在平臺東南角上，所述小型操作臺通過4根地樁固定于湖底，所述小型操作臺帶有2個吊臂，分別通過繩索懸掛有后向散射儀、水體衰減吸收儀和水質(zhì)儀，其中，所述后向散射儀單獨懸掛于一個吊臂，所述水體衰減吸收儀和所述水質(zhì)儀懸掛于另一吊臂，通過所述小型操作臺的控制面板控制上述3臺儀器進(jìn)行水體內(nèi)部剖面的同步監(jiān)測；水下光譜儀直接懸浮于于水面，通過繩索固定于所述小型操作臺地樁上；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，并將所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的藻類不同生長階段的湖泊水色遙感光譜及其外環(huán)境要素信息傳輸給所述數(shù)據(jù)中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括3個攝像頭，其中2個攝像頭在平臺東南房檐角下分別對著平臺北側(cè)、西側(cè)，在平臺儀器房門上安置I個攝像頭，對著平臺的正面和棧橋，其中所述平臺儀器房的四角分別對應(yīng)東南、東北、西北和西南方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述供電系統(tǒng)包括太陽能電池組以及蓄電池組，其中，太陽能電池組安裝于平臺儀器房頂部，蓄電池組安裝在平臺儀器房內(nèi)部，太陽能電池組與蓄電池組共同提供電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述水文傳感器固定在平臺棧橋下方，水質(zhì)傳感器則固定于水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)的I個吊臂上，通過所述小型操作臺控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括接線盒和通信模塊，所述氣象傳感器、水文傳感器、水質(zhì)傳感器、水面成像光譜采集系統(tǒng)、水下光譜采集器、水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)以及攝像頭通過相應(yīng)接口與接線盒相連，接線盒與通信模塊相連接，通信模塊與數(shù)據(jù)中心相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)中心包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和顯示器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括保護(hù)裝置，保護(hù)裝置包括避雷針和/或航標(biāo)燈，所述避雷針安裝在高于水面15m及以上的觀測塔頂端，所述航標(biāo)燈安裝在平臺儀器房的西南角、東北角和東南角上，其中所述儀器房的四角分別對應(yīng)東南、東北、西北和西南方向。
9.一種使用權(quán)利要求1-8任一項所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測系統(tǒng)的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:(1)在晴天利用太陽能電池組為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)提供電力，并將轉(zhuǎn)化的富余電能存儲在蓄電池組中；蓄電池組在夜間或充電量低于用電量的白天為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)提供電力；(2)利用攝像頭采集半徑500m內(nèi)水面的視頻圖像；通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)提取所述視頻圖像中的水色變化信息，并將該信息傳輸給所述數(shù)據(jù)中心，所述水色變化信息為依據(jù)湖水表面藻華或水色三要素所引發(fā)的水色變化；(3)使用氣象傳感器、水文傳感器、水質(zhì)傳感器、水面成像光譜儀、水下光譜儀以及水下光場同步監(jiān)測系統(tǒng)和攝像頭實時高頻記錄與湖體水色及藻華相關(guān)的且能實現(xiàn)野外無人值守測量的參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸給數(shù)據(jù)中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的淺水湖泊遙感野外自動監(jiān)測方法，其特征在于:所述成像光譜儀記錄觀測區(qū)域內(nèi)所有像素的400-1000nm的離水輻亮度和向下輻照度；水下光譜儀記錄水下50cm處的向上/向下輻照度和向上輻亮度；所述后向散射儀測定水體后項散射系數(shù)；所述水體衰減吸收儀測定水體的光吸收系數(shù)；所述水質(zhì)傳感器記錄水面下不同深度處水質(zhì)的葉綠素a、藻藍(lán)素、濁度、pH、氧化還原電位參數(shù)；所述水文傳感器記錄平臺水域的流速及波浪參數(shù)； 所述攝像頭記錄平臺周邊500m內(nèi)的水色變化；所述氣象傳感器記錄風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對濕度、降水參數(shù)；上述儀器的數(shù)據(jù)采集時間間隔同步設(shè)置為10 min。
【文檔編號】G01C13/00GK103604423SQ201310597522
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】張玉超, 馬榮華, 段洪濤 申請人:中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所