一种湖泊生态环境监测系统及方法与流程

技术特征：
1.一种湖泊生态环境监测系统，其特征在于，包括遥控无人船(1)和遥控终端(2)，所述遥控无人船(1)包括船体，所述船体上设有控制器(3)、电源模块(4)、gps模块(5)、无线通信模块(6)、数据采集模块(7)以及驱动船体移动的动力组件(8)，所述控制器(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)、动力组件(8)电连接，所述无线通信模块(6)能够与遥控终端(2)无线通信，所述数据采集模块(7)包括用于检测湖泊空气负氧离子浓度的负氧离子传感器s1、用于检测湖泊轻颗粒物浓度的轻颗粒物传感器s2、用于检测湖泊水温的水温传感器s3、用于检测湖泊重颗粒物浓度的重颗粒物传感器s4、用于检测湖泊ph值的ph传感器s5、用于检测湖泊溶氧量的溶氧传感器s6、用于检测湖泊水体电导率的水体电导率传感器s7、用于检测湖泊氨氮含量的氨氮传感器s8、用于检测湖泊噪音的声音传感器s9、用于检测湖泊紫外线辐射量的紫外辐射传感器s10。2.一种湖泊生态环境监测方法，用于权利要求1所述的一种湖泊生态环境监测系统，其特征在于，包括以下步骤：s1：负氧离子传感器s1输出检测数据d
s1
(t)到控制器，轻颗粒物传感器s2输出检测数据d
s2
(t)到控制器，水温传感器s3输出检测数据d
s3
(t)到控制器，重颗粒物传感器s4输出检测数据d
s4
(t)到控制器，ph传感器s5输出检测数据d
s5
(t)到控制器，溶氧传感器s6输出检测数据d
s6
(t)到控制器，水体电导率传感器s7输出检测数据d
s7
(t)到控制器，氨氮传感器s8输出检测数据d
s8
(t)到控制器，声音传感器s9输出检测数据d
s9
(t)到控制器，紫外辐射传感器s10输出检测数据d
s10
(t)到控制器，t为时间；s2：控制器将检测数据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)；s3：控制器根据归一化数据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
s8
、en
s9
、en
s10
，并计算出生态环境评价参数senk；s4：控制器每隔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，判断当前生态环境为差等。3.根据权利要求2所述的一种湖泊生态环境监测方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：s31：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)代入湖泊生态判别模型，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
s8
、en
s9
、en
s10
；归一化数据l
si
(t)作为输入信号x(t)代入湖泊生态判别模型计算出对应的特征值en
si
的方法如下，i＝1
‑
10：将l
si
(t)作为输入信号x(t)代入森林生态判别模型
其中，p(y)为负载系统，b(t)为激励信号，y为湖泊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
，得到湖泊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；s32：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；根据传感器s1、传感器s2、传感器s4、传感器s6、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；根据传感器s3、传感器s9、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。4.根据权利要求3所述的一种湖泊生态环境监测方法，其特征在于，所述ena
s5
的设定范围为ena
s5
＜1.1，所述ena
s8
的设定范围为1.2≤ena
s8
＜3.2。

技术总结
本发明公开了一种湖泊生态环境监测系统及方法。该系统包括遥控无人船和遥控终端，所述遥控无人船包括船体，所述船体上设有控制器、电源模块、GPS模块、无线通信模块、数据采集模块以及驱动船体移动的动力组件，所述控制器分别与电源模块、GPS模块、无线通信模块、数据采集模块、动力组件电连接，所述无线通信模块能够与遥控终端无线通信，所述数据采集模块包括负氧离子传感器S1、轻颗粒物传感器S2、水温传感器S3、重颗粒物传感器S4、PH传感器S5、溶氧传感器S6、水体电导率传感器S7、氨氮传感器S8、声音传感器S9、紫外辐射传感器S10。本发明能够实时在线监测湖泊生态环境数据，判断当前湖泊生态环境健康状态。生态环境健康状态。生态环境健康状态。


技术研发人员：孙雨玘 叶海芬 宁景苑 黄科涛 梅正昊 熊思怡 张苏婕 蒋晨豪 李昱权 吴鹏 惠国华
受保护的技术使用者：浙江农林大学
技术研发日：2021.09.24
技术公布日：2021/11/17