一种养殖水环境预警调控方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及养殖水环境调控领域，尤其涉及一种养殖水环境预警调控方法、装置及系统。所述养殖水环境预警调控方法包括：获取特定养殖水环境区域的高光谱图像；根据所述高光谱图像在所述特定养殖水环境区域中选取采样点，以及在所述采样点上测得第一水质参数；利用所述高光谱图像和所述第一水质参数对所述特定养殖水环境区域的第二水质参数进行反演；根据反演的结果对水质已经恶化的特定养殖水环境区域提出预警。本发明专利技术利用无人机高光谱遥感技术通过高光谱图像反演水质参数，并结合常规方法对水质参数进行采样，为养殖水环境水质监测和养殖水环境调控开辟了新的途径，同时也有利于淡水渔业养殖水环境的保护。

【技术实现步骤摘要】
一种养殖水环境预警调控方法、装置及系统本申请要求于2020年12月23日提交中国专利局、申请号为202011534129.2、专利技术名称为“一种养殖水环境预警调控方法、装置及系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本专利技术涉及养殖水环境调控领域，尤其涉及一种养殖水环境预警调控方法、装置及系统
技术介绍
2018年的水产品养殖总产量超过5000万吨，占我国水产品养殖总产量的78％以上。然而，目前淡水养殖产业也面临诸多问题和挑战。比如养殖形式主要是以散户连片式养殖为主，且存在养殖模式较为粗放、养殖密度过高等问题，其结果一方面造成养殖池塘水质恶化，引起养殖对象疾病频发；另一方面大量残余的饵料、水生动物的排泄物未经处理直接被排放到天然水域中，使养殖区域及周边水体富营养化日趋加剧，给生态环境造成了巨大压力，并成为制约淡水养殖业健康可持续发展的重要限制性因素。因此，对池塘水环境及时精准调控显得尤为重要，也越来越引起养殖户的重视。此外，水环境控制不好，极易造成氮、磷、藻类、有机物等有毒有害物的积累，最终导致养殖对象的品质和产量下降，进一步造成严重的经济损失。而要做好水质调控，必须先要了解水环境的各类参数，其主要包括氨氮、硝态氮、优势藻类、微生物数量、悬浮物、总氮和总磷等指标，调控好这些参数是获得较大经济效益和环境效益的关键。目前，针对于我国小规模而分散式的养殖水环境区域采取的仍是常规的水质监测方法，即对特定养殖水环境区域定期、定点进行长年累月的采样及水质监测，这种方法受人力、物力、时间及天气的限制，采集的数据量不可能太多；而且其具有成本高、速度慢等缺陷；并且对于整个养殖水环境区域而言，这些测点数据只具有局部和典型的代表意义，难以获得大范围淡水养殖水环境区域的水质参数分布和变化情况，不能满足对该养殖水环境区域的水质大尺度、实时的监测要求。因此，迫切需求一种实时、快速监测养殖水环境区域的水质动态变化并采取相应调控方法的有效手段。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种养殖水环境预警调控方法、装置及系统，旨在解决现有技术中所存在的至少一个问题。第一方面，本专利技术提供的一种养殖水环境预警调控方法包括：获取特定养殖水环境区域的高光谱图像；根据所述高光谱图像在所述特定养殖水环境区域中选取采样点，以及在所述采样点上测得第一水质参数；利用所述高光谱图像和所述第一水质参数对所述特定养殖水环境区域的第二水质参数进行反演；根据反演的结果对水质已经恶化的特定养殖水环境区域提出预警。无人机高光谱遥感技术具有监测范围广、速度快、成本低的特点，更具备长期、动态监测养殖池塘水环境的优势；本专利技术利用无人机高光谱遥感技术获取高光谱图像进而反演水质参数，并结合常规方法对水质参数进行采样，不仅能极大地提高监测效率降低监测成本，又可以反映常规方法难以揭示的污染源和污染物迁徙等特征，为养殖水环境区域的水质监测和调控开辟了新的途径，同时也有利于淡水渔业养殖水环境区域的保护。可选地，所述获取特定养殖水环境区域的高光谱图像包括：提供一航拍设备，所述航拍设备包括无人机以及搭载于所述无人机上的光谱仪；待所述无人机飞抵所述特定养殖水环境区域上空后，控制所述光谱仪获取所述特定养殖水环境区域的所述高光谱图像。本专利技术通过采用市面上已有的无人机和光谱仪即可完成对高光谱图像的获取，其优点在于技术成熟易于实现。可选地，所述养殖水环境预警调控方法还包括：对已经获取的所述高光谱图像进行预处理。本专利技术通过对高光谱图像进行预处理更有利于提升后续对第二水质参数反演度的精度，进一步保证及时准确预警。可选地，所述对已经获取的所述高光谱图像进行预处理包括：对所述高光谱图像执行镜头校正；对所述高光谱图像执行黑白帧校正；以及对所述高光谱图像执行大气校正。通过执行镜头校正可以修正光谱仪因内置推扫而导致的影像内部畸变对拼接的影响；通过执行黑白帧校正可以降低光谱仪的系统误差；通过执行大气校正可以消除高光谱图像因大气、水汽等因素的影响。可选地，所述利用所述高光谱图像和所述第一水质参数对所述特定养殖水环境区域的第二水质参数进行反演包括：提取与所述采样点所对应的所述高光谱图像中各个波段的反射率值；根据所述反射率值对至少一个所述波段相对应的第一水质参数进行相关性统计；将相关性统计的结果利用BP模型、RBF神经网络模型和SVM模型的一种或多种完成所述第二水质参数的反演。本专利技术采用机器学习技术，选取最佳水质参数反演模型，为第二水质参数的反演提供依据。可选地，所述养殖水环境预警调控方法还包括：根据所述第一水质参数和所述第二水质参数研判特定养殖水环境区域中水质的变化趋势。本专利技术通过对特定养殖水环境区域中水质的变化趋势进行研判，可以及时发现水质可能存在恶化等情况，为后续及时处置奠定基础。可选地，所述养殖水环境预警调控方法还包括：根据所述变化趋势对所述特定养殖水环境区域的水质进行调控。本专利技术可以起到预警调控作用，即能够及时提示养殖户对较差水质的养殖塘等进行水环境调控，及时改善养殖水环境，有效降低了养殖风险，有效避免了蓝绿藻爆发等严重后果。可选地，所述第一水质参数包括TN、氨氮、亚硝态氮、TP、DP、叶绿素a、优势藻类、悬浮物、透明度、PH、DO及微生物数量的一种或多种；所述第二水质参数包括TN、氨氮、硝氮、亚硝态氮、TP、DP、叶绿素、悬浮物和透明度的一种或多种。本专利技术通过对水质中的多种参数进行采集和反演可以极大提高数据的准确性，尽可能避免误判的发生。第二方面，本专利技术提供的一种养殖水环境预警调控装置包括：处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如本专利技术第一方面中所述的养殖水环境预警调控方法的步骤。本专利技术所示出的养殖水环境预警调控装置通过高光谱图像反演水质参数，并结合常规方法对水质参数进行采样，不仅能极大地提高监测效率降低监测成本，又可以反映常规方法难以揭示的污染源和污染物迁徙特征，为养殖水环境水质监测和养殖水环境调控开辟了新的途径，同时也有利于淡水渔业养殖水环境的保护。第二方面，本专利技术提供的一种养殖水环境预警调控系统包括：养殖水环境预警调控装置以及航拍设备，所述航拍设备与所述养殖水环境预警调控装置通信连接，所述养殖水环境预警调控装置执行如本专利技术第一方面中所述的养殖水环境预警调控方法的步骤。本专利技术所提出的养殖水环境预警调控系统具有系统组成简单，易于实现等优点。附图说明图1为本专利技术实施例养殖水环境预警调控方法的流程图；图2A为本专利技术实施例未经过镜头校正的高光谱图像；图2B为本专利技术实施例经过镜头校正后的高光谱图像；图2C为本专利技术实施例未经过镜头校正的高光谱图像的DN值曲线；图2D为本专利技术实施例经过镜头校正后的高光谱图像的DN值曲线；图3A为本专利技术实施例未经过黑白帧校正的高光谱图像的DN值曲线；图3B为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种养殖水环境预警调控方法，其特征在于，包括：/n获取特定养殖水环境区域的高光谱图像；/n根据所述高光谱图像在所述特定养殖水环境区域中选取采样点，以及在所述采样点上测得第一水质参数；/n利用所述高光谱图像和所述第一水质参数对所述特定养殖水环境区域的第二水质参数进行反演；/n根据反演的结果对水质已经恶化的特定养殖水环境区域提出预警。/n

【技术特征摘要】
20201223 CN 20201153412921.一种养殖水环境预警调控方法，其特征在于，包括：
获取特定养殖水环境区域的高光谱图像；
根据所述高光谱图像在所述特定养殖水环境区域中选取采样点，以及在所述采样点上测得第一水质参数；
利用所述高光谱图像和所述第一水质参数对所述特定养殖水环境区域的第二水质参数进行反演；
根据反演的结果对水质已经恶化的特定养殖水环境区域提出预警。


2.根据权利要求1所述的养殖水环境预警调控方法，其特征在于，所述获取特定养殖水环境区域的高光谱图像包括：
提供一航拍设备，所述航拍设备包括无人机以及搭载于所述无人机上的光谱仪；
待所述无人机飞抵所述特定养殖水环境区域上空后，控制所述光谱仪获取所述特定养殖水环境区域的所述高光谱图像。


3.根据权利要求1所述的养殖水环境预警调控方法，其特征在于，所述养殖水环境预警调控方法还包括：
对已经获取的所述高光谱图像进行预处理。


4.根据权利要求3所述的养殖水环境预警调控方法，其特征在于，所述对已经获取的所述高光谱图像进行预处理包括：
对所述高光谱图像执行镜头校正；
对所述高光谱图像执行黑白帧校正；以及
对所述高光谱图像执行大气校正。


5.根据权利要求1所述的养殖水环境预警调控方法，其特征在于，所述利用所述高光谱图像和所述第一水质参数对所述特定养殖水环境区域的第二水质参数进行反演包括：
提取与所述采样点所对应的所述高光谱图像中各个波段的反射率值；
根据所述反射率...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘梅，原居林，倪蒙，练青平，郭爱环，顾志敏，
申请(专利权)人：浙江省淡水水产研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33