【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于浮游植物监测，具体涉及一种针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法及系统。
技术介绍
1、集水区、湖泊、湿地、河流、河口和海洋系统的模型现在被广泛用于模拟浮游植物的动态变化，并揭示营养物质的影响；浮游植物作为高营养级生物与气候之间的纽带，具有时间和空间尺度特性，因此吸引了大量学者的研究兴趣；气候变化被认为是通过影响水体的物理化学环境和生物过程来扩大浮游植物水华的潜在催化剂，水生生物地球化学和生态学的过程理解不断取得进展，并且目前现有技术不仅包括大量的生态模型方法，也有遥感观测、实验室观测等方法对湖泊、水库、海洋的浮游植物进行监测；但现有的监测存在不及时不准确，难以真实捕捉浮游植物变化的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法及系统，能够实现野外监测，且监测结果准确及时。
2、本专利技术提供了如下的技术方案：
3、第一方面，提供一种针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，包括：
4、根据前一天的浮游植物出现情况，确定水域中浮游植物的敏感监测区；
5、在水深方向上按照设定指令对敏感监测区进行浮游植物监测，获取在不同水深时，浮游植物的气囊体积以及水体的营养盐浓度和真光层深度；
6、对监测结果进行降噪处理；
7、利用降噪处理后的数据构建浮游植物的水动力特性模型；
8、将构建的模型以及降噪处理后的数据进行输出，实现对浮
9、可选地，所述根据前一天的浮游植物出现情况，确定水域中浮游植物的敏感监测区中，通过利用无人机对多个监测区域进行一天内的多次拍摄，以确定敏感监测区；
10、当无人机拍摄的多个监测区域满足第一设定条件时，则将该监测区域确定为敏感监测区。
11、可选地，所述第一设定条件为：
12、
13、其中，nq为i像元单位中一天内有效图像总数，ni为i像元单位中一天内浮游植物出现的有效图像，mi为i像元单位中一天内浮游植物消失的有效图像，αi为反射修正系数，βi为校准系数。
14、可选地，所述在水深方向上按照设定指令对敏感监测区进行浮游植物监测，获取在不同水深时，浮游植物的气囊体积以及水体的营养盐浓度和真光层深度中，所述对敏感监测区进行浮游植物监测为：
15、水下监测仪向浮游植物集群发出不同波段的光信号，并接收浮游植物反射的光波信号，实现对敏感监测区浮游植物监测；
16、所述设定指令包括监测频率和水深方向上设定的多个监测深度；所述监测频率为设定监测深度所对应的监测频率或者在获取的浮游植物的监测结果达到设定阈值时，按照设定阈值确定监测频率。
17、可选地，所述水下监测仪向浮游植物集群发出不同波段的光信号，并接收浮游植物反射的光波信号，实现对敏感监测区浮游植物监测中，所述水下监测仪包括涡平衡器，所述涡平衡器用于平稳监测状态；在对敏感监测区进行浮游植物监测时，根据第二设定条件，对水流噪声校准系数进行不断迭代，并根据迭代后的水流噪声校准系数，对涡平衡器旋转速率进行校准。
18、可选地，所述第二设定条件为：
19、
20、其中，ε为校准系数，ωi+1为i+1像元单位的水流噪声校准系数，ωi为i像元单位的水流噪声校准系数；
21、所述涡平衡器旋转速率r为：
22、
23、其中，n为涡平衡器中涡轮机的转速，ωi为水流噪声校准系数，f为涡平衡器叶轮的旋转频率，d1为涡轮浮力调节阀的开度，p为涡平衡器叶轮的叶片数，v为涡轮浮力调节阀前后的压力平衡差；
24、所述水流噪声校准系数ωi为：
25、
26、其中，νvortex为涡旋稳定系数，τtds为浊度系数，θlight为光反射速率，fi为涡轮抵抗浮力，rv为气泡溃灭速率，fi为单位水流压强。
27、可选地，所述利用降噪处理后的数据构建浮游植物的水动力特性模型中，所述水动力特性模型f为：
28、f＝(vgas,d,zlight,∑ni,μ)
29、其中，vgas为浮游植物细胞集气囊体积，d为当前所在水深，zlight为真光层深度，∑ni为营养盐累积效应百分数，μ为光吸收影响系数。
30、可选地，所述方法还包括：
31、对研究水域进行前验知识的收集；所述前验知识包括地形特征、水深、水位、水速、水面积、水体营养盐指数、浮游植物类别及历史变迁资料、水质类型、风速、风向、蒸发、降水和云覆盖特征。
32、第二方面，提供一种针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测系统，包括：
33、区域决策模块，用于根据前一天的浮游植物出现情况，确定水域中浮游植物的敏感监测区；
34、细胞探测模块，用于在水深方向上按照设定指令对敏感监测区进行浮游植物监测，获取在不同水深时，浮游植物的气囊体积以及水体的营养盐浓度和真光层深度；
35、噪声清除模块，用于对监测结果进行降噪处理；
36、处理建模模块，用于利用降噪处理后的数据构建浮游植物的水动力特性模型；
37、输出模块，用于将构建的模型以及降噪处理后的数据进行输出，实现对浮游植物的水动力特性监测。
38、可选地，所述细胞探测模块包括水下监测仪和子处理单元；
39、所述水下监测仪为多目标自移式水下细胞仪；所述多目标自移式水下细胞仪包括细胞仪本体、浮力叶轮、涡平衡器、自旋光发射传感探头、变频波发生器、可视探头和反射信号接收器；
40、所述浮力叶轮设于细胞仪本体的顶部且至少包括左右对称分布的两个；所述涡平衡器设于细胞仪本体的底部；所述自旋光发射传感探头、变频波发生器、可视探头和反射信号接收器均固定在细胞仪本体上；所述自旋光发射传感探头至少包括左右对称分布的两个；
41、所述浮力叶轮用于根据涡平衡器的平衡结果控制细胞仪本体的移动范围和移动方向；所述涡平衡器用于平稳细胞仪本体监测状态，所述自旋光发射传感探头对敏感监测区的浮游植物集群进行不同波段的光发射；所述变频波发生器用于以“m”字波形变频协助调节光信号发射的频率；所述可视探头用于后台可视化监测水体状态，所述反射信号接收器用于对浮游植物反射的光波进行接收；
42、所述涡平衡器包括涡旋识别探头、浊度识别探头、光识别反射探头和涡轮浮力调节阀；所述涡轮浮力调节阀至少有两个，且左右对称分布在细胞仪本体的左右两侧；
43、所述涡旋识别探头用于确定涡旋稳定系数和气泡溃灭速率，所述浊度识别探头用于确定水体的浊度系数，所述光识别反射探头用于确定光反射速率、水深、真空层深度和光吸收影响系数，所述涡轮浮力调节阀用于校准涡平衡器旋转速率；
44、所述子处理单元，用于根据第二设定条件，对水流噪声校准系数进行不断迭代。
45、与现有技术相比本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述根据前一天的浮游植物出现情况，确定水域中浮游植物的敏感监测区中，通过利用无人机对多个监测区域进行一天内的多次拍摄，以确定敏感监测区；
3.根据权利要求2所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述第一设定条件为：
4.根据权利要求1所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述在水深方向上按照设定指令对敏感监测区进行浮游植物监测，获取在不同水深时，浮游植物的气囊体积以及水体的营养盐浓度和真光层深度中，所述对敏感监测区进行浮游植物监测为：
5.根据权利要求4所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述水下监测仪向浮游植物集群发出不同波段的光信号，并接收浮游植物反射的光波信号，实现对敏感监测区浮游植物监测中，所述水下监测仪包括涡平衡器，所述涡平衡器用于平稳监测状态；在对敏感监测区进行浮游植物监测时，根据第二设定条件，对水流噪声校准
6.根据权利要求5所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述第二设定条件为：
7.根据权利要求1所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述利用降噪处理后的数据构建浮游植物的水动力特性模型中，所述水动力特性模型F为：
8.根据权利要求1所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，还包括：
9.一种针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测系统，其特征在于，所述细胞探测模块包括水下监测仪和子处理单元；
...【技术特征摘要】
1.一种针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述根据前一天的浮游植物出现情况，确定水域中浮游植物的敏感监测区中，通过利用无人机对多个监测区域进行一天内的多次拍摄，以确定敏感监测区；
3.根据权利要求2所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述第一设定条件为：
4.根据权利要求1所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述在水深方向上按照设定指令对敏感监测区进行浮游植物监测，获取在不同水深时，浮游植物的气囊体积以及水体的营养盐浓度和真光层深度中，所述对敏感监测区进行浮游植物监测为：
5.根据权利要求4所述的针对垂直移动的浮游植物水动力特性监测方法，其特征在于，所述水下监测仪向浮游植物集群发出不同波段的光信号，并接收浮游植物反射的光波信号，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈韦钰，陈彦宏，范文飙，王陆军，王红军，周旭日，潘颖，
申请(专利权)人：江苏开放大学江苏城市职业学院，
类型：发明
国别省市：
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