调查湖泊沉水植物的方法技术

本发明专利技术涉及一种调查湖泊沉水植物的方法，该方法为：采用双频识别声呐采集生成湖泊内测区的影像，根据影像计算出测区内沉水植物的覆盖度；对测区进行样方测定而得到样方内沉水植物的种类、不同种类沉水植物的占比以及鲜重密度；基于测区内沉水植物的覆盖度以及样方内沉水植物的种类、不同种类沉水植物的占比、鲜重密度，利用测区总面积×测区内沉水植物的覆盖度×样方内鲜重密度×样方内某一种类沉水植物的占比得到测区内该种类沉水植物的生物量，进而得出测区内不同种类沉水植物的生物量。本发明专利技术可以提高湖泊生态调查效率和结果准确度，可广泛应用于湖泊生态环境的调查、治理、修复等工作中。

【技术实现步骤摘要】
调查湖泊沉水植物的方法
本专利技术属于湖泊水环境调查领域，涉及一种对湖泊内的沉水植物进行调查的方法，尤其是一种使用双频识别声呐调查沉水植物的方法。
技术介绍
20世纪80年代以来，社会经济迅速发展带来的点源和面源污染，导致湖泊水质急剧下降，湖泊生态系统自我调节功能降低。湖泊沉水植物作为湖泊生态系统的重要调节者，在固定底泥、防止沉积物再悬浮、净化水质等方面具有重要的作用。然而，湖泊沉水植物会随着富营养化进程，发生衰退甚至消失的现象。沉水植物的逐步消亡打破了原有生态平衡，并由此引发了湖泊水质恶化、生态系统破坏等一系列生态环境问题，严重影响了水体功能的正常发挥和湖泊周边人民的身体健康。探究湖泊沉水植物群落结构的演替规律、保护和修复湖泊沉水植物，在湖泊水生态环境修复工作中扮演着十分重要的角色。而湖泊沉水植物分布和群落结构的探测与调查，往往受到环境、人力、物力、时间等条件的制约，传统的调查方法得到的数据并不能准确反映实际情况。因此，有必要探索出一种新的调查技术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种提高调查结果准确度且简单易行的调查湖泊沉水植物的方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种调查湖泊沉水植物的方法，该方法为：采用双频识别声呐采集生成湖泊内测区的影像，根据所述影像计算出所述测区内沉水植物的覆盖度；对所述测区进行样方测定而得到样方内沉水植物的种类、不同种类沉水植物的占比以及鲜重密度；基于所述测区内沉水植物的覆盖度以及所述样方内沉水植物的种类、不同种类沉水植物的占比、鲜重密度，利用测区总面积×测区内沉水植物的覆盖度×样方内鲜重密度×样方内某一种类沉水植物的占比得到所述测区内该种类沉水植物的生物量，进而得出所述测区内各种不同种类沉水植物的生物量。采用双频识别声呐采集生成湖泊内测区的影像的方法为：预先针对所述测区布置合理的测线，在预设的调查时间内，将所述双频识别声呐和GPS定位系统一同固定于船只的船舷处同一位置，采用走航式探测方法而利用所述GPS定位系统导航所述船只而使所述双频识别声呐按照所述测线移动，从而生成所述测区的影像。优选的，所述GPS定位系统采用RTKGPS。优选的，所述双频识别声呐的探头设置于湖泊水面以下并与水平面呈一锐角夹角，所述锐角夹角的角度为25°至35°。优选的，所述双频识别声呐的探头与探测目标的距离为1～2m。优选的，所述船只带动所述双频识别声呐的平移速度小于或等于3m/s，并设置窗口起点距离为0.83m，长度为2.5m。优选的，先设置所述测区内的若干个探测点，并基于各所述探测点形成所述测线，使所述测线经过全部所述探测点。优选的，所述探测点的设置遵循GIS方法中的成层随机布点原则，并兼顾探测点分布的均匀性和随机性，且在待调查的湖泊地图中实点标出，记录个探测点的坐标位置。优选的，所述测线的相对所述探测点的平面偏差在1.5cm之内。优选的，计算所述测区内沉水植物的覆盖度的方法为：将所述双频识别声呐采集生成的影像进行灰度变换而获得所述影像中各个像素的灰度值，基于各个像素的灰度值得出的影像灰度直方图而提取所述影像中水域背景和植被的临界分割阈值，并根据所述临界分割阈值将所述影像进行二值分割而分辨出各像素分别对应水域背景或植被，再基于二值分割后的影像中对应植被的像素占影像总像素之比计算出沉水植物的覆盖度。优选的，采用分水岭边界分割算法并利用Candy算子对所述双频识别声呐采集生成的影像进行边界提取，从而确定所述临界分割阈值，或人工设定所述临界分割阈值。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1、本专利技术运用声学仪器调查湖泊沉水植物覆盖度，可快速获取沉水植物的生理轮廓、分布特点等，结合样方采样，使得对沉水植物的调查效率和结果准确度得以大大提高；2、双频识别声呐尺寸小、重量轻、携带方便，适合野外作业；3、本专利技术仅需少量人工采样，不会因多点采样而对沉水植被造成明显伤害，不会对生态环境造成影响；4、获取的影像数据处理后仅需与采集样方进行少量人工对比即可获得结果，大大节约人工成本。附图说明附图1为本专利技术的调查湖泊沉水植物的方法所使用装置的示意图。附图2为本专利技术的方法流程图。以上附图中：1、船只；2、双频识别声呐；3、GPS定位系统；4、接线盒；5、笔记本电脑/计算机。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。实施例一：一种调查湖泊沉水植物的方法，实现该方法所使用的装置主要包括：(a)双频识别声呐2(标准型)；(b)GPS定位系统3；(c)能够对双频识别声呐2获得的影像进行处理的计算机5；(d)作为运载工具的船只1。该调查湖泊沉水植物的方法通过以下步骤实现：1、采用双频识别声呐2采集生成湖泊内测区的影像，根据影像计算出测区内沉水植物的覆盖度。(1)确定探测点以及调查时间①针对待调查的湖泊中的指定测区，在测区内设置若干个探测点。探测点的设置遵循GIS方法中的成层随机布点原则，并兼顾探测点分布的均匀性和随机性，并在待调查的湖泊地图中实点标出，记录个探测点的坐标位置。②根据沉水植物的季节性变化情况确定合适的调查时间。(2)布置合理的测线基于各探测点形成测线，使得测线能够经过全部测点。利用湖泊所在地测绘局的CORS系统进行测线平面控制，控制测线的相对探测点的平面偏差在1.5cm之内。(3)探测前准备以船只1作为运载工具，将双频识别声呐2和GPS定位系统3一同固定于船只1的船舷处同一位置，使双频识别声呐2的探头设置于湖泊水面以下并与水平面呈一锐角夹角(通常该锐角夹角的角度为25°至35°范围内任一值)，探头与探测目标的距离在设定的探测距离(通常该探测距离为1～2m)内。通常将双频识别声呐2和GPS定位系统3沿纵向(即大致垂直于水面的方向)排布于船舷处。采用标准型双频识别声呐，其主要特征参数如表1。表1标准型双频识别声呐主要的特征参数该双频识别声呐2的主体(包括有探头)通过电缆与接线盒4相连接，再通过网线与数据采集用的笔记本电脑/计算机5相连，笔记本电脑/计算机5可以设置在船只1上。GPS定位系统3采用高精度的LeicaRTKGPS，通过该差分GPS集合导航软件可以进行行船轨迹定位。(4)走航式探测在预设的调查时间内，利用GPS定位系统3导航船只1，而使双频识别声呐2按照既设的测线移动，从而利用双频识别声呐2采集生成湖泊内测区的影像。船只1带动双频识别声呐2的平移速度不宜超过3m/s，即小于或等于3m/s。为了获得沉水植物的高分辨率的影像，设置双频识别声呐最优工作参数为：采集窗口起点距离0.8-0.9m，长度2-3m，典型值为采集窗口起点距离0.83m，长度2.5m。通过上述走航式探测，可以获得高质量的测区影像。(5)影像分析处理在笔记本电脑/计算机5中设置了基于微软MicrosoftVisualStudio开发环境、采用C++语言编程的双频识别声呐数字图像处理系统。双频识别声呐2采集生成的影像传输至笔记本电脑/计算机5中，利用上述双频识别声呐数字图像处理系统而对影像进行分析。先将双频识别声呐2生成的DDF影像转换为JPG、BMP等常见格式的影像，然后将图像进行灰度变换，利用行列扫描算法，逐像素扫面而获得影像中各个像素的灰度值，并进一步得出影像对应的灰度直方图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调查湖泊沉水植物的方法，其特征在于：所述方法为：采用双频识别声呐采集生成湖泊内测区的影像，根据所述影像计算出所述测区内沉水植物的覆盖度；对所述测区进行样方测定而得到样方内沉水植物的种类、不同种类沉水植物的占比以及鲜重密度；基于所述测区内沉水植物的覆盖度以及所述样方内沉水植物的种类、不同种类沉水植物的占比、鲜重密度，利用测区总面积×测区内沉水植物的覆盖度×样方内鲜重密度×样方内某一种类沉水植物的占比得到所述测区内该种类沉水植物的生物量，进而得出所述测区内各种不同种类沉水植物的生物量。

【技术特征摘要】
1.一种调查湖泊沉水植物的方法，其特征在于：所述方法为：采用双频识别声呐采集生成湖泊内测区的影像，根据所述影像计算出所述测区内沉水植物的覆盖度；对所述测区进行样方测定而得到样方内沉水植物的种类、不同种类沉水植物的占比以及鲜重密度；基于所述测区内沉水植物的覆盖度以及所述样方内沉水植物的种类、不同种类沉水植物的占比、鲜重密度，利用测区总面积×测区内沉水植物的覆盖度×样方内鲜重密度×样方内某一种类沉水植物的占比得到所述测区内该种类沉水植物的生物量，进而得出所述测区内各种不同种类沉水植物的生物量。2.根据权利要求1所述的调查湖泊沉水植物的方法，其特征在于：采用双频识别声呐采集生成湖泊内测区的影像的方法为：预先针对所述测区布置合理的测线，在预设的调查时间内，将所述双频识别声呐和GPS定位系统一同固定于船只的船舷处同一位置，采用走航式探测方法而利用所述GPS定位系统导航所述船只而使所述双频识别声呐按照所述测线移动，从而生成所述测区的影像。3.根据权利要求2所述的调查湖泊沉水植物的方法，其特征在于：所述GPS定位系统采用RTKGPS。4.根据权利要求2所述的调查湖泊沉水植物的方法，其特征在于：所述双频识别声呐的探头设置于湖泊水面以下并与水平面呈一锐角夹角，所述锐角夹角的角度为25°至35°；所述双频识别声呐的探头与探测目标的距离为1~2m。5.根据权利要求2所述的调查湖泊沉水植物的方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钢，钱钧，徐毅，王茂枚，周广宇，石银涛，蔡军，舒实，陈楠，罗青，姜果，
申请(专利权)人：江苏省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32