[发明专利]一种近海海域生态环境监测系统及方法

权利要求书

1.一种近海海域生态环境监测方法，用于一种近海海域生态环境监测系统，所述近海海域生态环境监测系统包括监测终端(1)以及多个设置在近海海域不同区域的监测浮标(2)，所述监测浮标(2)包括浮标本体，所述浮标本体上设有微处理器(3)、电源模块(4)、GPS模块(5)、无线通信模块(6)、数据采集模块(7)和太阳能充电模块(8)，所述微处理器(3)分别与电源模块(4)、GPS模块(5)、无线通信模块(6)、数据采集模块(7)电连接，所述太阳能充电模块(8)与电源模块(4)电连接，所述无线通信模块(6)通过无线网络与监测终端(1)无线连接，所述数据采集模块(7)包括用于检测海域空气负氧离子浓度的负氧离子传感器S1、用于检测海域水体轻颗粒物浓度的轻颗粒物传感器S2、用于检测海域水温的水温传感器S3、用于检测海域水体重颗粒物浓度的重颗粒物传感器S4、用于检测海域水体PH值的PH传感器S5、用于检测海域水体溶氧量的溶氧传感器S6、用于检测海域水体电导率的水体电导率传感器S7、用于检测海域水体氨氮含量的氨氮传感器S8、用于检测海域噪音的声音传感器S9、用于检测海域紫外线辐射量的紫外辐射传感器S10，其特征在于，包括以下步骤：

负氧离子传感器S1输出检测数据D_s1(t)到微处理器，轻颗粒物传感器S2输出检测数据D_s2(t)到微处理器，水温传感器S3输出检测数据D_s3(t)到微处理器，重颗粒物传感器S4输出检测数据D_s4(t)到微处理器，PH传感器S5输出检测数据D_s5(t)到微处理器，溶氧传感器S6输出检测数据D_s6(t)到微处理器，水体电导率传感器S7输出检测数据D_s7(t)到微处理器，氨氮传感器S8输出检测数据D_s8(t)到微处理器，声音传感器S9输出检测数据D_s9(t)到微处理器，紫外辐射传感器S10输出检测数据D_s10(t)到微处理器，t为时间，微处理器通过无线通信模块将检测数据发送到监测终端；

监测终端分别对每个监测浮标发送的检测数据进行分析处理，判断该监测浮标所在区域的生态环境状态，包括以下步骤：

S1：监测终端将检测数据D_s1(t)、D_s2(t)、D_s3(t)、D_s4(t)、D_s5(t)、D_s6(t)、D_s7(t)、D_s8(t)、D_s9(t)、D_s10(t)分别进行归一化处理，归一化到[1，10]区间内，得到对应的归一化数据L_s1(t)、L_s2(t)、L_s3(t)、L_s4(t)、L_s5(t)、L_s6(t)、L_s7(t)、L_s8(t)、L_s9(t)、L_s10(t)；

S2：监测终端根据归一化数据L_s1(t)、L_s2(t)、L_s3(t)、L_s4(t)、L_s5(t)、L_s6(t)、L_s7(t)、L_s8(t)、L_s9(t)、L_s10(t)计算出对应的特征值EN_s1、EN_s2、EN_s3、EN_s4、EN_s5、EN_s6、EN_s7、EN_s8、EN_s9、EN_s10，并计算出生态环境评价参数SENK；

S3：监测终端每隔N秒计算一次生态环境评价参数SENK的平均值SENKA、EN_s5的平均值ENA_s5、EN_s8的平均值ENA_s8；

当SENKA≥W1且ENA_s5、ENA_s8都位于设定范围内时，判断该监测浮标所在区域当前生态环境为优等；

当W2＜SENKA＜W1且ENA_s5、ENA_s8都位于设定范围内时，判断该监测浮标所在区域当前生态环境为中等；

当SENKA≤W2或ENA_s5、ENA_s8中任意一个超出设定范围时，判断该监测浮标所在区域当前生态环境为差等；

所述步骤S2包括以下步骤：

S21：将归一化数据L_s1(t)、L_s2(t)、L_s3(t)、L_s4(t)、L_s5(t)、L_s6(t)、L_s7(t)、L_s8(t)、L_s9(t)、L_s10(t)分别作为输入信号X(t)代入生态判别模型，计算出对应的特征值EN_s1、EN_s2、EN_s3、EN_s4、EN_s5、EN_s6、EN_s7、EN_s8、EN_s9、EN_s10；

归一化数据L_si(t)作为输入信号X(t)代入生态判别模型计算出对应的特征值ENs_i的方法如下，i＝1-10：

将L_si(t)作为输入信号X(t)代入生态判别模型：

其中，P(y)为负载系统，B(t)为激励信号，y为生态判别模型的动态参数，c、a、b、g为参数，t为时间，cos(2πft)为输入信号的频率分量，f是频率，M为激励信号B(t)的信号强度；

从小到大调节g的值，公式(1)、公式(2)向跃迁条件逼近，当公式(1)、公式(2)中任意一个公式达到跃迁状态时，停止调节g，将当前g的值记录为g_si，得到生态判别模型的特征曲线FEDP_si：

取特征曲线FEDP_si的最大值F1和最小值F2，特征值EN_si＝F1-F2；

S22：将EN_s1作为负氧离子传感器S1的响应特征信号值，将作为轻颗粒物传感器S2的响应特征信号值，将EN_s3作为水温传感器S3的响应特征信号值，将作为重颗粒物传感器S4的响应特征信号值，将EN_s5作为PH传感器S5的响应特征信号值，将EN_s6作为溶氧传感器S6的响应特征信号值，将EN_s7作为水体电导率传感器S7的响应特征信号值，将EN_s8作为氨氮传感器S8的响应特征信号值，将EN_s9作为声音传感器S9的响应特征信号值，将EN_s10作为紫外辐射传感器S10的响应特征信号值；

以每个传感器的响应特征信号作为该传感器的响应轴在平面上绘制一个具有10个传感器响应轴的多轴矢量图，所有传感器响应轴的原点为同一点，传感器Sn响应轴与传感器S(n+1)响应轴之间的夹角为36度，n＝1，2……9；

根据负氧离子传感器S1、轻颗粒物传感器S2、重颗粒物传感器S4、溶氧传感器S6、水体电导率传感器S7对应的响应特征信号值EN_s1、EN_s6、EN_s7在对应的传感器响应轴上标注出相应的响应点，其余传感器对应的响应特征信号值设定为0.25并在对应的传感器响应轴上标注出相应的响应点，将相邻传感器响应轴上标注出来的响应点通过直线连接围成一个封闭空间A1，计算出围成的封闭空间的面积之和SA1；

根据水温传感器S3、声音传感器S9、紫外辐射传感器S10对应的响应特征信号值EN_s3、EN_s9、EN_s10在对应的传感器响应轴上标注出相应的响应点，其余传感器对应的响应特征信号值设定为0.25并在对应的传感器响应轴上标注出相应的响应点，将相邻传感器响应轴上标注出来的响应点通过直线连接围成一个封闭空间，计算出围成的封闭空间A2的面积之和SA2；

计算生态环境评价参数SENK＝SA1-SA2。

2.根据权利要求1所述的一种近海海域生态环境监测方法，其特征在于，所述负氧离子传感器S1为HSTL-FYLZ传感器，轻颗粒物传感器S2为SIN-PTU110传感器，水温传感器S3为ZS02传感器，重颗粒物传感器S4为SIN-PSS110传感器，PH传感器S5为SIN-TDS210传感器，溶氧传感器S6为SIN-DM2800传感器，水体电导率传感器S7为SIN-TDS210传感器，氨氮传感器S8为AMT-W400传感器，声音传感器S9为JHM-NS02传感器，紫外辐射传感器S10为GUVA-S12SD传感器。