[发明专利]一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法

说明书

本发明公开了一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法,包括船体、中央控制系统、动力及转向控制系统、卫星GPS导航模块、沼泽湿地植物高光谱监测系统、水生态环境监测系统、数据存储单元和供电系统，动力及转向控制系统通过航行控制器与中央控制系统通信连接，卫星GPS导航模块和数据存储单元通过串口总线与中央控制系统通信连接，沼泽湿地植物高光谱监测系统和水生态环境监测系统通过总线与中央控制系统通信连接，实现了浅水沼泽湿地水生态环境的灵活、快速、高效定速、定点、定线和无损害扰动的自动监测。

技术领域

本发明涉及浅水沼泽湿地水生态指标监测技术领域，具体涉及一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法。

背景技术

水生态监测作为环境监测体系的重要组成部分，不仅是水生态系统规划、保护与修复的重要基础关键环节，还是生态系统健康保障的一项核心前提工作。随着水环境监测的不断发展和成熟，传统的水环境监测也由单一的理化指标为主的水质监测向水质和水生生物指标的综合型水生态监测转变。可见，水生态监测起源于最初的水质监测，由COD、BOD等常规指标，到后来引入有机物、重金属、氮、磷等指标，后期由于富营养化的发展，又重新加入了浮游植物等水生生物监测指标。水生态监测的持续发展为流域水生态系统健康保护和退化生态系统恢复和重建提供了基础。

浅水沼泽湿地作为一种重要的湿地类型之一，在调节气候、涵养水源、调节洪水、水质净化以及生物多样性维持等方面具有重要的功能。但浅水沼泽湿地由于水深较浅、泥沼易陷以及植被构成多样复杂等因素，严重制约了湿地水生态的快速、及时和高效监测工作。

传统的浅水沼泽湿地水生态监测往往需要监测人员涉水实地勘察，而沼泽湿地多生长由苔草及禾本科挺水植物和漂浮植物组成，很多植物具有根状茎，常交织成厚的草根层或浮毡层，在实地采样和调查时容易羁绊监测人员以致于难以保证监测人员的安全，且费时费力，同时经常会对湿地生态系统系统带来破坏性(如收割式测定)的监测扰动，并难以实现湿地生态指标与水环境指标的同步测定，难以快速监测湿地的挺水植物和漂浮植物的生长状况，无法自动、快速和定量地探测湿地水生态环境质量。同时，在现有的水生态监测中，包括常见的遥感多光谱分类技术，均缺乏湿地植物种类的高精度有效识别功能，因此也亟需在湿地水生态监测中同步开展湿地植物，诸如湿生植物、挺水植物、浮叶植物、漂浮植物等类型的快速监测和自动识别技术。

现有技术中的无人监测船，其局限性在于以下几个方面：1.虽然采用开敞式螺旋桨，其动力效率相对不足且噪声较大；2.缺乏转向控制装置，在灵活性方面存在一定不足；3.船体缺乏碰撞等防护保护设计，易于损耗；4.功能较为单一，不具备湿地水生态环境自动监测功能；5.不具有湿地植物高精度识别监测功能，在专业环境监测应用方面仍有待开发。

现有技术中的无人监测船，也存在监测水体环境光谱的为人船，这些无人船的不足在于：1.其船体设计上没有考虑到浅水沼泽湿地特定复杂环境，难以避免浅水水草对船体和螺旋桨的缠扰和羁绊，不能有效的通过浅水沼泽湿地复杂的礁石和浅滩和实现对于浅水沼泽湿地水生态环境的监测；2.无人船缺乏水流条件下航向保持功能设计，由于水流对船体航行航线的冲击作用，难以保证船体进行断面测定的直线航行；3.光谱测量装置放置于船体牵引装置中，无法避免船体自身对光谱测量装置的遮挡，在一定角度时船体形成的阴影将会对光谱测定结果带来误差影响；4.该光谱测量装置主要对水体环境进行光谱信息测量，缺乏湿地植被光谱监测；5.不具有水环境监测数据的实时传输功能，难以实时掌握监测工作的实况和数据情况。

为了更好的实现浅水沼泽湿地水生态的快速监测，为浅水沼泽湿地植物的高精度快速识别分析提供条件和为湿地水生态系统健康评估和退化湿地恢复、重建提供基础，并有效地提高湿地水生态自动监测技术能力及精度，本发明提出了一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法。

发明内容