本發(fā)明涉及海水水質(zhì)檢測，尤其涉及一種?基于自動(dòng)多源數(shù)據(jù)同化的海水水質(zhì)監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、海水水質(zhì)對于海洋生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)發(fā)展以及沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)穩(wěn)定都具有至關(guān)重要的意義。搭建一個(gè)應(yīng)用于海水水質(zhì)監(jiān)測的自動(dòng)多源數(shù)據(jù)同化平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對海水水質(zhì)參數(shù)的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，從而提高海水水質(zhì)監(jiān)測的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，同時(shí)為海洋環(huán)境保護(hù)和資源管理提供科學(xué)依據(jù)。此外，該平臺(tái)還能方便不同監(jiān)測機(jī)構(gòu)之間、科研人員與管理人員之間以及公眾與相關(guān)部門之間的信息共享與互通，降低因信息不暢通導(dǎo)致的決策失誤風(fēng)險(xiǎn)，提高海洋管理的協(xié)同效率。

2、目前，對于海水水質(zhì)監(jiān)測通常采用傳統(tǒng)的定點(diǎn)采樣和實(shí)驗(yàn)室分析方法，或者單一數(shù)據(jù)源的監(jiān)測技術(shù)。然而，通過這種方法，監(jiān)測數(shù)據(jù)的覆蓋范圍有限，且難以反映海水水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化。由于海洋環(huán)境復(fù)雜多變，存在大量不同類型的數(shù)據(jù)來源，傳統(tǒng)方法在數(shù)據(jù)量大且多源時(shí)對于數(shù)據(jù)的整合和分析不夠精確，從而導(dǎo)致海水水質(zhì)監(jiān)測不夠全面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于自動(dòng)多源數(shù)據(jù)同化的海水水質(zhì)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，其主要目的在于提高海水水質(zhì)檢測的全面性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于自動(dòng)多源數(shù)據(jù)同化的海水水質(zhì)監(jiān)測方法，包括：

3、采集海水監(jiān)測區(qū)域的衛(wèi)星遙感圖像，對所述衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行圖像定標(biāo)，得到定標(biāo)圖像，識(shí)別所述定標(biāo)圖像的圖像信息，基于所述圖像信息，對所述海水監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行富營養(yǎng)層級(jí)劃分，得到富營養(yǎng)劃分海洋區(qū)域；

4、采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的光學(xué)傳感數(shù)據(jù)，利用所述光學(xué)傳感數(shù)據(jù)分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的顆粒物的吸收特性，基于所述吸收特性，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的懸浮顆粒物濃度；

5、采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的溫度傳感數(shù)據(jù)，基于所述溫度傳感數(shù)據(jù)，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的海水密度變化程度和海水透明度變化程度，基于所述海水密度變化程度和所述海水透明度變化程度，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)變化水平；

6、采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的鹽度數(shù)據(jù)和溶解氧數(shù)據(jù)，基于所述溫度傳感數(shù)據(jù)、所述鹽度數(shù)據(jù)及所述溶解氧數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的生態(tài)結(jié)構(gòu)模型，以利用所述生態(tài)結(jié)構(gòu)模型，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的生態(tài)結(jié)構(gòu)變化程度；

7、基于所述富營養(yǎng)劃分海洋區(qū)域、所述懸浮顆粒物濃度、所述水質(zhì)變化水平及所述生態(tài)結(jié)構(gòu)變化程度，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的海洋多屬性綜合圖，實(shí)時(shí)采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的海水多源數(shù)據(jù)，以利用所述海水多源數(shù)據(jù)對所述海洋多屬性綜合圖進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，得到實(shí)時(shí)更新屬性圖，利用所述實(shí)時(shí)更新屬性圖，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)水平，并在所述水質(zhì)水平不滿足預(yù)設(shè)值時(shí)，對所述海水監(jiān)測區(qū)域的對應(yīng)的監(jiān)測用戶發(fā)出預(yù)警。

8、可選地，所述對所述衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行圖像定標(biāo)，得到定標(biāo)圖像，包括：

9、提取所述衛(wèi)星遙感圖像中的目標(biāo)點(diǎn);

10、利用下述公式計(jì)算所述目標(biāo)點(diǎn)的回波能量：

11、；

12、其中，表示回波能量，m表示目標(biāo)點(diǎn)總數(shù)，表示目標(biāo)點(diǎn)區(qū)域圖像的像素強(qiáng)度值，表示目標(biāo)點(diǎn)區(qū)域圖像的像素點(diǎn)數(shù)，表示目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)回波區(qū)域圖像的像素點(diǎn)數(shù)，表示目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的回波點(diǎn)總數(shù)，表示目標(biāo)點(diǎn)區(qū)域圖像的像素大小，表示目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)回波區(qū)域圖像的像素大?。?/p>

13、查詢所述衛(wèi)星遙感圖像的相對輻射定標(biāo)精度；

14、根據(jù)所述回波能量和所述相對輻射定標(biāo)精度，利用下述公式計(jì)算所述衛(wèi)星遙感圖像的輻射定標(biāo)常數(shù)：

15、；

16、其中，表示定標(biāo)常數(shù)，p表示回波能量，表示衛(wèi)星遙感圖像的輻射面積，表示衛(wèi)星遙感圖像的輻射角度。

17、根據(jù)所述輻射定標(biāo)常數(shù)，對所述衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)，得到定標(biāo)圖像。

18、可選地，所述識(shí)別所述定標(biāo)圖像的圖像信息，包括：

19、對所述定標(biāo)圖像進(jìn)行圖像分解，得到分解圖像；

20、提取所述分解圖像的小波系數(shù)；

21、根據(jù)所述小波系數(shù)，對所述分解圖像進(jìn)行圖像融合，得到融合圖像；

22、檢測所述融合圖像的圖像角點(diǎn)；

23、對所述圖像角點(diǎn)進(jìn)行多尺度表征，得到多尺度角點(diǎn)；

24、利用所述多尺度角點(diǎn)，識(shí)別定標(biāo)圖像的圖像信息。

25、可選地，所述根據(jù)所述小波系數(shù)，對所述分解圖像進(jìn)行圖像融合，得到融合圖像，包括：

26、利用下述公式計(jì)算所述小波系數(shù)的均方差：

27、；

28、其中，表示均方差，m表示分解圖像的數(shù)量，表示第u個(gè)分解圖像的小波系數(shù)，表示第v個(gè)分解圖像的小波系數(shù)，

29、基于所述均方差，將所述分解圖像中處于同一頻域內(nèi)的分解圖像進(jìn)行圖像融合，得到融合圖像。

30、可選地，所述基于所述圖像信息，對所述海水監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行富營養(yǎng)層級(jí)劃分，得到富營養(yǎng)劃分海洋區(qū)域，包括：

31、查詢所述圖像信息中波段信息；

32、基于所述波段信息，計(jì)算所述海水監(jiān)測區(qū)域的葉綠素指數(shù)；

33、基于所述葉綠素指數(shù)對所述海水監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行富營養(yǎng)層級(jí)劃分，得到富營養(yǎng)劃分海洋區(qū)域。

34、可選地，所述利用所述光學(xué)傳感數(shù)據(jù)分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的顆粒物的吸收特性，包括：

35、對所述光學(xué)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到預(yù)處理數(shù)據(jù)；

36、對所述預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，得到校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

37、基于所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計(jì)算所述顆粒物的吸收系數(shù)；

38、基于所述吸收系數(shù)，分析所述顆粒物的吸收特性。

39、可選地，所述基于所述吸收特性，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的懸浮顆粒物濃度，包括：

40、基于所述吸收特性，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的海水光學(xué)特性參數(shù)；

41、查詢所述海水監(jiān)測區(qū)域的歷史水光學(xué)特性參數(shù)；

42、基于所述歷史水光學(xué)特性參數(shù)，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的歷史濁度曲線；

43、基于所述歷史濁度曲線和所述海水光學(xué)特性參數(shù)，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的懸浮顆粒物濃度。

44、可選地，所述基于所述海水密度變化程度和所述海水透明度變化程度，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)變化水平，包括：

45、查詢所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)影響重要參數(shù)；

46、基于所述水質(zhì)影響重要參數(shù)、所述海水密度變化程度及所述海水透明度變化程度，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)評價(jià)因素集；

47、構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)變化水平的評價(jià)等級(jí)；

48、構(gòu)建所述評價(jià)因素集中各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的隸屬度函數(shù)，并分配所述評價(jià)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重；

49、基于所述水質(zhì)評價(jià)因素集、所述評價(jià)等級(jí)、所述隸屬度函數(shù)及所述指標(biāo)權(quán)重分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)變化水平。

50、可選地，所述基于所述溫度傳感數(shù)據(jù)、所述鹽度數(shù)據(jù)及所述溶解氧數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的生態(tài)結(jié)構(gòu)模型，包括：

51、對所述溫度傳感數(shù)據(jù)、所述鹽度數(shù)據(jù)及所述溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，得到整合數(shù)據(jù)；

52、將所述整合數(shù)據(jù)輸入至預(yù)配置的機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，以對所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行模型訓(xùn)練，得到訓(xùn)練模型；

53、構(gòu)建所述訓(xùn)練模型的測試樣本；

54、基于所述測試樣本，利用下述公式計(jì)算所述訓(xùn)練模型的平均絕對誤差：

55、；

56、其中，表示平均絕對誤差，n表示測試樣本的數(shù)量，表示測試樣本第i個(gè)數(shù)據(jù)的真實(shí)值，表示測試樣本第i個(gè)數(shù)據(jù)的預(yù)測值；

57、根據(jù)所述平均絕對誤差，對所述訓(xùn)練模型進(jìn)行性能評估，得到性能評估結(jié)果；

58、在所述性能評估結(jié)果滿足預(yù)設(shè)結(jié)果時(shí)，得到生態(tài)結(jié)構(gòu)模型。

59、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種基于自動(dòng)多源數(shù)據(jù)同化的海水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

60、富營養(yǎng)區(qū)域劃分模塊，用于采集海水監(jiān)測區(qū)域的衛(wèi)星遙感圖像，對所述衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行圖像定標(biāo)，得到定標(biāo)圖像，識(shí)別所述定標(biāo)圖像的圖像信息，基于所述圖像信息，對所述海水監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行富營養(yǎng)層級(jí)劃分，得到富營養(yǎng)劃分海洋區(qū)域；

61、懸浮顆粒物濃度分析模塊，用于采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的光學(xué)傳感數(shù)據(jù)，利用所述光學(xué)傳感數(shù)據(jù)分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的顆粒物的吸收特性，基于所述吸收特性，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的懸浮顆粒物濃度；

62、水質(zhì)變化分析模塊，用于采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的溫度傳感數(shù)據(jù)，基于所述溫度傳感數(shù)據(jù)，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的海水密度變化程度和海水透明度變化程度，基于所述海水密度變化程度和所述海水透明度變化程度，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)變化水平；

63、生態(tài)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建模塊，用于采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的鹽度數(shù)據(jù)和溶解氧數(shù)據(jù)，基于所述溫度傳感數(shù)據(jù)、所述鹽度數(shù)據(jù)及所述溶解氧數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的生態(tài)結(jié)構(gòu)模型，以利用所述生態(tài)結(jié)構(gòu)模型，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的生態(tài)結(jié)構(gòu)變化程度；

64、水質(zhì)預(yù)警模塊，用于基于所述富營養(yǎng)劃分海洋區(qū)域、所述懸浮顆粒物濃度、所述水質(zhì)變化水平及所述生態(tài)結(jié)構(gòu)變化程度，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的海洋多屬性綜合圖，實(shí)時(shí)采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的海水多源數(shù)據(jù)，以利用所述海水多源數(shù)據(jù)對所述海洋多屬性綜合圖進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，得到實(shí)時(shí)更新屬性圖，利用所述實(shí)時(shí)更新屬性圖，分析所述海水監(jiān)測區(qū)域的水質(zhì)水平，并在所述水質(zhì)水平不滿足預(yù)設(shè)值時(shí)，對所述海水監(jiān)測區(qū)域的對應(yīng)的監(jiān)測用戶發(fā)出預(yù)警。

65、本發(fā)明通過采集海水監(jiān)測區(qū)域的衛(wèi)星遙感圖像能夠從高空大范圍地觀測海水監(jiān)測區(qū)域，提供宏觀的海洋表面信息，這對于了解整個(gè)監(jiān)測區(qū)域的狀況、發(fā)現(xiàn)大面積的異?，F(xiàn)象以及進(jìn)行長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測具有重要作用；采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的光學(xué)傳感數(shù)據(jù)可以通過分析光學(xué)傳感數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地確定懸浮顆粒物的濃度，從而了解海水的渾濁度和水質(zhì)狀況；本發(fā)明通過采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的溫度傳感數(shù)據(jù)可以了解海洋環(huán)流、氣候變化以及人類活動(dòng)等因素對海洋水質(zhì)的影響；本發(fā)明通過采集所述海水監(jiān)測區(qū)域的鹽度數(shù)據(jù)和溶解氧數(shù)據(jù)可以幫助用戶分析海洋生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的組成和變化，以更好的了解海水水質(zhì)狀況；最后，本發(fā)明通過基于所述富營養(yǎng)劃分海洋區(qū)域、所述懸浮顆粒物濃度、所述水質(zhì)變化水平及所述生態(tài)結(jié)構(gòu)變化程度，構(gòu)建所述海水監(jiān)測區(qū)域的海洋多屬性綜合圖可以整合多個(gè)重要的海洋屬性參數(shù)，從不同角度綜合反映海水監(jiān)測區(qū)域的整體狀態(tài)，并且可以幫助用戶快速了解不同區(qū)域的海洋狀況，以制定針對性的管理措施，如針對富營養(yǎng)化區(qū)域采取減少營養(yǎng)物質(zhì)輸入的措施，對水質(zhì)較差區(qū)域加強(qiáng)污染治理等。因此，本發(fā)明可以提高海水水質(zhì)檢測的全面性。