水体热污染监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水体热污染监测系统，属于无人机遥感检测技术领域，具体包括航拍器、地面控制中心和后图像处理分析平台，其中航拍器包括通过稳像云台挂载于无人机飞行器上的长波红外光学系统、长波面阵红外探测器、导航定位装置和数据处理及存储装置，该系统仅以单个的长波红外光学系统和单个的长波面阵红外探测器进行红外成像，并且长波红外光学系统和长波面阵红外探测器均单波段地工作在远红外波段，对被监测水域进行单波段红外成像，因此有效降低了监测系统的算法复杂度、结构复杂度以及载荷重量，也降低了系统成本，同时本发明专利技术所提出的水体热污染监测系统具有拍摄路线和观测时间机动灵活、遥感数据获取成本低、针对性强等优点。

Monitoring system for heat pollution of water body

The invention relates to a heat pollution monitoring system, which belongs to the field of remote sensing detection technology of UAV, including aerial and ground control center and after image processing and analysis platform, which includes aerial image stabilization by PTZ in long wavelength infrared light aircraft mounted on the school system, long array infrared detector, navigation and positioning device data processing and storage device, the system is only to long wavelength long wavelength infrared optical system and a single array infrared detector of infrared imaging, and long wave infrared optical system and long array infrared sensors are single band working in the far infrared band of the monitored water of single band infrared imaging, thus effectively reduce the the monitoring system of the algorithm complexity, structure complexity and the weight of the load, but also reduce the cost of the system at the same time, the present invention The monitoring system of heat pollution of water body has the advantages of flexible shooting route and observation time, low cost of obtaining remote sensing data and strong pertinence.

【技术实现步骤摘要】
水体热污染监测系统
本专利技术涉及无人机遥感检测
，特别是涉及一种水体热污染监测系统。
技术介绍
热污染是指现代工业生产和生活中，排放的废热所造成的环境污染。随着我国经济和城市建设的迅速发展，近岸水体热污染问题已成为一个日益严重的环境问题，火力发电站、核电站等的冷却废水以及石油、化工、造纸等工业废水中均含有大量废热，这些废热排入水体后，改变了自然水体的水质，对于水下生态系统产生了重要影响。随着遥感技术的不断发展，利用遥感测量技术对水体热污染进行监测已成为当前水体热污染监测的一个重要手段，相对于利用温度浮标进行直接定点测量的方法，遥感测量法具有观测面积大、温度数据连续、观测效果直观、人工成本低等优点。根据红外探测器所挂载的载体不同，利用遥感测量技术进行水体热污染监测的方法可分为卫星热污染监测法、载人飞机热污染监测法以及无人机热污染监测法。目前，卫星热污染监测法应用较多，其主要是通过具有红外波段的气象卫星获取红外遥感数据，但是利用卫星进行热污染的监测，存在一定的限制，由于绝大多数卫星均具有固定的运行轨道和运行周期，那么待监测水域的过顶时间会受到严格限制，若想对水域的不同时间段状态的多时段监测(如废热的不同排放周期、海水不同潮汐状态下的热力场分布的研究等)，卫星热污染监测法显得无能为力，而且由于拍摄距离远，不同的大气模型和云层状态均会对温度反演精度产生严重影响，在某些情况下，由于云层的遮挡，可能直接导致成像失败，严重影响对于紧急突发事件的监测。载人飞机热污染监测法虽然在航线设置和拍摄时段上相对于卫星热污染监测法有所改进，但是其高额的飞行成本、较长的起落过程以及飞行路径的限制等，都严重限制了该方法的应用，因此利用载人飞机进行热污染监测的应用和研究较少。无人机遥感技术作为继航空、航天遥感之后的第三代遥感技术，有效弥补了当前卫星遥感和航空遥感的技术缺陷，而且具有价格低廉、安全性好、操作灵活等优点。虽然无人机热污染监测法具有以上诸多优点，但是目前的无人机热污染监测法往往需要利用多个波段的多光谱成像产品进行热污染监测，其算法复杂度、结构复杂度、载荷重量、系统成本均较高，不利于无人机热污染监测法的推广和应用。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有的无人机热污染监测法的算法复杂度、结构复杂度、载荷重量和系统成本均较高，不利于推广和应用的问题，提供一种水体热污染监测系统，该系统能够实现对既定范围的水域进行整体红外成像和热力场统计分析，从而实现对水体的热污染监控，对于加强核/火电站的排水温度监测及对水生生态环境影响的研究具有重要意义。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种水体热污染监测系统，包括航拍器、地面控制中心和后图像处理分析平台，所述航拍器包括无人机飞行器、稳像云台、长波红外光学系统、长波面阵红外探测器、导航定位装置和数据处理及存储装置，所述长波红外光学系统、所述长波面阵红外探测器、所述导航定位装置和所述数据处理及存储装置通过所述稳像云台挂载于所述无人机飞行器上，所述地面控制中心与所述航拍器通过无线数据传输方式进行通信，且所述地面控制中心通过所述无线数据传输方式控制所述航拍器对被监测水域进行航拍；所述长波红外光学系统在航拍过程中对所述被监测水域进行红外成像，得到所述被监测水域的红外图像，所述长波面阵红外探测器接收所述红外图像并对所述红外图像进行光电转换，得到所述被监测水域的航拍红外图像数据，并将所述航拍红外图像数据实时发送至所述数据处理及存储装置进行存储；所述后图像处理分析平台获取所述数据处理及存储装置存储的所述航拍红外图像数据和所述导航定位装置实时采集的所述无人机飞行器的附加位置信息，并根据所述航拍红外图像数据和所述附加位置信息进行图像拼接，得到所述被监测水域的整体红外图像；所述后图像处理分析平台根据所述被监测水域的红外发射率、所述航拍器航拍过程中的实际环境参数和所述整体红外图像的各点的灰度与辐射温度的映射关系，对所述整体红外图像进行红外温度反演，得到所述被监测水域的温度场分布图像。上述水体热污染监测系统有别于传统的卫星、载人飞机红外遥感系统，其是一款专门针对给定水域热力场状态分布的无人机红外航拍测温系统，该系统仅以单个的长波红外光学系统和单个的长波面阵红外探测器进行红外成像，并且长波红外光学系统和长波面阵红外探测器均单波段地工作在远红外波段，对被监测水域进行单波段红外成像，因此有效降低了监测系统的算法复杂度、结构复杂度以及载荷重量，也降低了系统成本，结合后图像处理分析平台的图像拼接技术和红外温度反演技术，最终获得了用于对被监测水域的水体热污染进行分析的温度场分布图像，实现对被监测水域水体热污染的监测。本专利技术所提出的水体热污染监测系统具有拍摄路线和观测时间机动灵活、遥感数据获取成本低、针对性强等特点，对于一定范围内的水体热状态在不同时段的研究和监测具有重要意义，同时对于加强核/火电站的排水温度监测及对水生生态环境影响的研究也具有十分积极的意义。附图说明图1为本专利技术其中一个实施例中水体热污染监测系统的结构示意图；图2为本专利技术其中一个具体实施方式中水体热污染监测系统的结构示意图；图3为本专利技术另一个具体实施方式中水体热污染监测系统的结构示意图；图4为长波红外光学系统的光路设计图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。在其中一个实施例中，如图1所示，水体热污染监测系统包括航拍器100、地面控制中心200和后图像处理分析平台300，其中，航拍器100包括无人机飞行器110、稳像云台120、长波红外光学系统130、长波面阵红外探测器140、导航定位装置150和数据处理及存储装置160，并且长波红外光学系统130、长波面阵红外探测器140、导航定位装置150和数据处理及存储装置160均通过稳像云台120挂载于无人机飞行器110上。具体地，地面控制中心200与航拍器100通过无线数据传输方式进行通信，并且地面控制中心200通过无线数据传输方式控制航拍器100对被监测水域进行航拍，其中被监测水域是指需要获取热力场分布情况的既定范围的水域，无线数据传输方式可采用公网数据传输方式或者专网数据传输方式，并通过无线数据传输模块实现任意一种无线数据传输方式。长波红外光学系统130在航拍过程中对被监测水域进行红外成像，得到被监测水域的红外图像，长波面阵红外探测器140接收长波红外光学系统130所生成的红外图像并对红外图像进行光电转换，得到被监测水域的航拍红外图像数据，并将航拍红外图像数据实时发送至数据处理及存储装置160进行存储。在本专利技术中，长波红外光学系统130主要包括一个长波红外波段成像的光学镜头，该光学镜头用于采集视场内被监测水域的红外图像，长波面阵红外探测器140则接收光学镜头采集的红外图像，并将接收到的光学信号转换为电信号，即对长波红外光学系统130所生成的红外图像进行光电转换，得到被监测水域的航拍红外图像数据，长波面阵红外探测器140与航拍器100中的数据处理及存储装置160连接，长波面阵红外探测器140将得到的被监测水域的航拍红外图像数据实时发送至数据处理及存储装置160，数据处理及存储装置160对接收到的红外图像数据进行一定处理后，进行实时存储，其中数据处理及存储装置160可以利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水体热污染监测系统，其特征在于，包括航拍器(100)、地面控制中心(200)和后图像处理分析平台(300)，所述航拍器(100)包括无人机飞行器(110)、稳像云台(120)、长波红外光学系统(130)、长波面阵红外探测器(140)、导航定位装置(150)和数据处理及存储装置(160)，所述长波红外光学系统(130)、所述长波面阵红外探测器(140)、所述导航定位装置(150)和所述数据处理及存储装置(160)通过所述稳像云台(120)挂载于所述无人机飞行器(110)上，所述地面控制中心(200)与所述航拍器(100)通过无线数据传输方式进行通信，且所述地面控制中心(200)通过所述无线数据传输方式控制所述航拍器(100)对被监测水域进行航拍；所述长波红外光学系统(130)在航拍过程中对所述被监测水域进行红外成像，得到所述被监测水域的红外图像，所述长波面阵红外探测器(140)接收所述红外图像并对所述红外图像进行光电转换，得到所述被监测水域的航拍红外图像数据，并将所述航拍红外图像数据实时发送至所述数据处理及存储装置(160)进行存储；所述后图像处理分析平台(300)获取所述数据处理及存储装置(160)存储的所述航拍红外图像数据和所述导航定位装置(150)实时采集的所述无人机飞行器(110)的附加位置信息，并根据所述航拍红外图像数据和所述附加位置信息进行图像拼接，得到所述被监测水域的整体红外图像；所述后图像处理分析平台(300)对所述整体红外图像进行红外温度反演，得到所述被监测水域的温度场分布图像。...

【技术特征摘要】
1.一种水体热污染监测系统，其特征在于，包括航拍器(100)、地面控制中心(200)和后图像处理分析平台(300)，所述航拍器(100)包括无人机飞行器(110)、稳像云台(120)、长波红外光学系统(130)、长波面阵红外探测器(140)、导航定位装置(150)和数据处理及存储装置(160)，所述长波红外光学系统(130)、所述长波面阵红外探测器(140)、所述导航定位装置(150)和所述数据处理及存储装置(160)通过所述稳像云台(120)挂载于所述无人机飞行器(110)上，所述地面控制中心(200)与所述航拍器(100)通过无线数据传输方式进行通信，且所述地面控制中心(200)通过所述无线数据传输方式控制所述航拍器(100)对被监测水域进行航拍；所述长波红外光学系统(130)在航拍过程中对所述被监测水域进行红外成像，得到所述被监测水域的红外图像，所述长波面阵红外探测器(140)接收所述红外图像并对所述红外图像进行光电转换，得到所述被监测水域的航拍红外图像数据，并将所述航拍红外图像数据实时发送至所述数据处理及存储装置(160)进行存储；所述后图像处理分析平台(300)获取所述数据处理及存储装置(160)存储的所述航拍红外图像数据和所述导航定位装置(150)实时采集的所述无人机飞行器(110)的附加位置信息，并根据所述航拍红外图像数据和所述附加位置信息进行图像拼接，得到所述被监测水域的整体红外图像；所述后图像处理分析平台(300)对所述整体红外图像进行红外温度反演，得到所述被监测水域的温度场分布图像。2.根据权利要求1所述的水体热污染监测系统，其特征在于，所述航拍器(100)还包括数据收发装置(170)，所述数据收发装置(170)通过所述稳像云台(120)挂载于所述无人机飞行器(110)上，所述数据收发装置(170)通过无线数据传输方式与所述地面控制中心(200)进行通信；所述地面控制中心(200)接收所述数据收发装置(170)发射的航拍可见光图像数据和无人机飞行器(110)飞行状态数据，并对所述航拍可见光图像数据和所述无人机飞行器(110)飞行状态数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳超，高策，王博，陈小林，张建忠，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22