本發(fā)明涉及水資源、水環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種水生植物在線監(jiān)測預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
水體富營養(yǎng)化以及生存環(huán)境適宜，水葫蘆、浮萍等水生植物近年來在我國南方一些河道、湖泊、水庫呈季節(jié)性生長蔓延態(tài)勢，嚴(yán)重影響水產(chǎn)養(yǎng)殖、船舶航運、水力發(fā)電、水廠取水、水面環(huán)境以及水質(zhì)等，受其影響的地區(qū)大力開展打撈工作，不能解決長期問題。其中水葫蘆已在我國南方17個省市自治區(qū)泛濫成災(zāi)，是目前世界上危害最嚴(yán)重的多年生水生雜草之一。
據(jù)統(tǒng)計，90年代初，昆明大觀河和滇池水葫蘆瘋長成災(zāi)，覆蓋了整個河面和部分滇池的水面，水葫蘆的覆蓋面積達(dá)到1000hm2，蓋度近100％，已經(jīng)嚴(yán)重破壞了滇池的生態(tài)平衡，水質(zhì)下降，水生物種減少，還有異味。浙江沿海平原和北部平原的水域面積大致為4000多平方公里，據(jù)保守估計至少1000多平方公里水域受到水葫蘆不同程度的污染，估計每平方公里水域產(chǎn)出7.5萬噸鮮水葫蘆，則全省潛在的鮮水葫蘆資源量約為7500萬噸(干重約為375萬噸)。福建省在2003-2004年遇到了嚴(yán)重的連年炎熱、干旱、少雨氣候，全省大規(guī)模爆發(fā)了水葫蘆，許多河道河網(wǎng)、引水渠道、水庫水面(包括發(fā)電水庫和供水源點)、水閘閘前等處均不同程度出現(xiàn)水葫蘆泛濫現(xiàn)象，總面積近306.7km2。2014年下半年湖北省長湖流域120平方公里，洪澤湖流域400平方公里左右都被水葫蘆覆蓋，大小溝渠、總干渠、西干渠、洪排河水葫蘆更加嚴(yán)重，總長度約600公里，面積近千平方公里。2012年2月福建省閩江水口鎮(zhèn)水葫蘆浩浩蕩蕩延綿近10公里。截至2014年11月24日上海市水葫蘆打撈量已達(dá)到3.2×105t，高峰期日均打撈量8000t，僅市屬單位就每天出動60艘船，150余名員工。
為了維護(hù)水體環(huán)境的清潔，世界上許多國家和地區(qū)，每年都要投入大量的人力、物力和財力來打撈此種雜草。1999年浙江省溫州市打撈水葫蘆總投入1000萬元人民幣。上海召開APEC期間，為保證黃浦江和蘇州河水面清潔，日打撈量達(dá)300噸，最高一天達(dá)431噸。云南省昆明市為治理滇池里的水葫蘆，近幾年花40多億元。2002年上海用于打撈的資金就高達(dá)8000萬元人民幣。云南的昆明、福建的莆田、浙江的杭州、溫州、嘉興、寧波、紹興等地，在水葫蘆快速生長季節(jié)出動大量的人力、物力，每年消耗上千萬元用于人工打撈水葫蘆。
然而由于水葫蘆含水率較大，目前對于其打撈量缺乏較為準(zhǔn)確的測量手段，且由于未建立科學(xué)、實時在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，使得水管部門無法利用信息化技術(shù)手段進(jìn)行水生植物污染當(dāng)量的監(jiān)測、預(yù)警以及高效調(diào)度作業(yè)力量，以及時快速清理污染。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種水生植物在線監(jiān)測預(yù)警方法，以實現(xiàn)水生植物全天候、實時在線監(jiān)測，及水生植物污染當(dāng)量較為準(zhǔn)確的測算及趨勢預(yù)警。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種水生植物在線監(jiān)測預(yù)警方法，主要包括：
當(dāng)有水生植物通過預(yù)設(shè)的監(jiān)測區(qū)域時，通過雷達(dá)與視頻相結(jié)合的方法獲取通過監(jiān)測斷面水生植物的種類、面積、移動速度，測算水生植物污染當(dāng)量，并結(jié)合水生植物漂移模型，對水生植物運動趨勢進(jìn)行預(yù)測，對下游水管部門進(jìn)行及時預(yù)警。
監(jiān)測雷達(dá)與視頻識別設(shè)備，通過聯(lián)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)水生植物發(fā)現(xiàn)即看到。
根據(jù)監(jiān)視區(qū)域的具體情況，通過雷達(dá)終端軟件靈活繪制警戒區(qū)，對進(jìn)入警戒區(qū)的目標(biāo)自動報警，實現(xiàn)虛擬圍界。對靠近要害地域的目標(biāo)提前探測，進(jìn)行預(yù)警探測，對防止突發(fā)事件提供可靠的預(yù)警信息。
利用目標(biāo)跟蹤技術(shù)，實現(xiàn)對目標(biāo)的持續(xù)觀測，協(xié)助管理人員進(jìn)行持續(xù)觀察或進(jìn)行處置行動。
借助水生植物污染趨勢數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建水生植物漂移趨勢數(shù)據(jù)模型，測算水生植物的漂移速度及水生植物在一定時間范圍內(nèi)的漂移距離，并最終做到24小時實時監(jiān)控水生植物污染當(dāng)量，并能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測的水生植物即將到達(dá)的水域。
利用水生植物監(jiān)測預(yù)警管理綜合平臺，實現(xiàn)水生植物污染當(dāng)量及運動趨勢的智能分級預(yù)警、智能調(diào)度、信息發(fā)布。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
(1)采用雷達(dá)監(jiān)測、視頻識別、GIS跟蹤等監(jiān)控手段，使得監(jiān)測的可靠性和穩(wěn)定性得以提高，另外也提高了處理監(jiān)測數(shù)據(jù)的效率；
(2)實現(xiàn)水生植物污染當(dāng)量及運動趨勢的智能分級預(yù)警、智能調(diào)度。
附圖說明
圖1為水浮植物面積示意圖
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種水生植物在線監(jiān)測預(yù)警方法，其主要包括以下步驟：
步驟1：當(dāng)有水生植物通過預(yù)設(shè)的監(jiān)測區(qū)域時，布設(shè)在監(jiān)控區(qū)域的雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)利用漂浮物與水面對微波回波強(qiáng)度有差異的原理，用來對反射性物體檢測和定位，雷達(dá)通過天線輻射電磁能量，目標(biāo)反射回的電磁波被雷達(dá)截獲后，經(jīng)過處理檢測出目標(biāo)的距離、速度、面積和方位等信息。雷達(dá)通過測量動目標(biāo)的位置，得到目標(biāo)軌跡，從而判定目標(biāo)的運動方向，對未來位置做出預(yù)測。
步驟2：雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，利用雷達(dá)-視頻聯(lián)動控制系統(tǒng)，手動/自動選取目標(biāo)引導(dǎo)、地圖位置等引導(dǎo)聯(lián)動光電探測系統(tǒng)對該區(qū)域目標(biāo)進(jìn)行識別，進(jìn)一步明確水生植物種類。
步驟3：利用水生植物污染趨勢數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建水生植物漂移趨勢數(shù)據(jù)模型，測算水生植物的漂移速度及水生植物在一定時間范圍內(nèi)的漂移距離。
步驟4：利用已獲取的水生植物污染面積、漂移速度及趨勢，測算水生植物污染當(dāng)量，并根據(jù)河道水力特性較為準(zhǔn)確的預(yù)測的水生植物即將到達(dá)的水域。
步驟5：利用水生植物來量及運動趨勢，提供水生植物智能發(fā)現(xiàn)、預(yù)警、調(diào)度方案，協(xié)助管理人員。
步驟6：自動向不同層面、不同對象進(jìn)行水生植物污染物爆發(fā)及處理信息發(fā)布。
在監(jiān)測過程中，雷達(dá)有效探測距離近，若采用脈沖體制，脈寬窄，功率大，存在測距多值等問題?？紤]連續(xù)波體制。即只在發(fā)射的時候接收，不發(fā)射的時候不接收信號。對水浮植物的探測分辨單元為1米。距離分辨力由帶寬決定，采用150MHz帶寬的線性調(diào)頻信號，最終采用調(diào)頻連續(xù)波測量河流橫截面維距離上目標(biāo)分布，并通過測算目標(biāo)通過該橫截面的時間來計算目標(biāo)面積的方法。
水浮植物的面積由兩維度組成，如附圖1所示。一維為與河流流向垂直的橫截面，即雷達(dá)探測測量維，分辨單元為1m；另一維為與河流流向同向的目標(biāo)長度，分辨單元為橫截面維測量時間間隔×目標(biāo)移動速度。與河流流向同向的目標(biāo)長度＝水流方向分辨單元×探測持續(xù)時間；段內(nèi)分辨單元個數(shù)＝橫截面維測量時間間隔×水浮植物移動速度×持續(xù)時間段內(nèi)分辨單元個數(shù)，其中橫截面維測量時間間隔由探測雷達(dá)決定。通常情況下，水浮植物的移動速度為水流速度的93％—100％之間，水浮植物的速度采用流速儀精確實時測量(在極慢流速條件下，要求流速儀測量精度小于0.05m/s)，綜合當(dāng)時氣象條件，修正水浮植物的移動速度。持續(xù)時間段內(nèi)分辨單元個數(shù)采用固定門限判斷。
河流截面維為雷達(dá)的主要測量方向。雷達(dá)采用線性調(diào)頻連續(xù)波體制。由于距離分辨力要求為1m，信號帶寬設(shè)計為150MHz。在調(diào)頻時間寬度選取上，距離分辨力僅與信號帶寬有關(guān)，距離分辨力＝C/2B；距離分辨力1m；B＝150MHz；調(diào)頻時間寬度＝T；頻率分辨力為1/T；天線采用收發(fā)分置的雙天線形式，由于需要精確測量河流截面距離。因此，天線采用上下結(jié)構(gòu)，保證波束方位中心基線一致。天線為平板形式。
水浮植物在每一個距離單元的回波為與雷達(dá)等距離的，波束覆蓋到部分的全部回波的疊加。在水浮植物進(jìn)入測量截面前和離開測量截面后的幾個分辨單元內(nèi)，均可能形成滿足判斷準(zhǔn)則要求的回波強(qiáng)度。發(fā)射采用固放，保證高可靠性。接收到的回波功率：發(fā)射功率Pt＝發(fā)射功率×脈寬(1ms)；
Gt＝Gr＝30dB；λ＝3/350(m)；R＝200m；σ為波束照射的單位距離分辨單元內(nèi)的水浮植物雷達(dá)散射面積，按分辨單元1m×1m，散射面積0.01平米。按照Pr高于接收機(jī)靈敏度30dB，計算所需發(fā)射功率為：1w。發(fā)射采用脈沖模式。1秒發(fā)射10個波形。接收采用下變頻，信號去斜(解調(diào)頻)后A/D。發(fā)射和接收同時。發(fā)射結(jié)束時關(guān)閉接收機(jī)。信號處理處理該段數(shù)據(jù)。每個波形寬度1ms，每個波形信號處理時間100ms。
將河流截面維時間強(qiáng)度值、河流流向維時間強(qiáng)度值融合，即可獲得水浮植物的三維態(tài)勢分布。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于上述實施方式，凡是屬于本發(fā)明原理的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下進(jìn)行的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。