一种湖泊沉水植物快速计数装置及方法与流程

1.本发明属于水域计量计数领域，更具体地说是一种湖泊沉水植物快速计数装置及方法。


背景技术：

2.沉水植物是湖泊生态系统的重要组成部分，能吸收水体中的氮磷等营养元素，对控制湖泊富营养化具有重要生态价值；沉水植物通过吸收水体溶解性、悬浮性的营养物质并固定在自身体内，从底质中吸收各种营养物质，降低了水体和底质营养盐浓度，抑制了浮游植物的生长。沉水植物可以减弱风浪和湖流对底质的影响，减少底质再悬浮和营养盐的释放，促进水体中悬浮物的沉降，提高水体透明度，改善水下光照环境；沉水植物创造出静水的环境，为浮游动物提供了庞大的栖息表面积，为浮游动物群落的生存营造了良好的环境和条件，高密度的浮游动物则可以捕获浮游藻类，从而间接地控制浮游植物的生物量，达到改善水质目的。
3.水下高清摄像机，是采用高质量电缆为视频传输控制线，外加控制箱等辅助控制设备组成的水下摄像系统，采用高灯广角配备红外线感应灯，浑水夜视可见，主要功能是测量/监控/勘探等。可以用于海底资源调查，河湖底生物群落观测等。
4.基于上述沉水植物和水下摄像机的功能，为了能快速直观的了解湖泊中沉水植物的群落结构、生物量及生物种类，改善湖泊水生态环境提供实时有效的数据资料，结合水下摄像机的扩展功能，因而可研究一种快速、直观、准确的沉水植物生物量的定量计数装置及方法。
5.中国专利文件201810168497.6公开了一种湖泊水库沉水植物的定量装置及调查方法，应用于湖泊水库沉水植物的定量调查方法，包括牵引绳索、自动松绳勾和抓草斗；自动松绳勾包括平板和勾板，牵引绳索与平板连接；勾板一端设有勾头，勾板与平板铰接；抓草斗包括两个抓斗，抓斗用于抓盛水生植物,两个抓斗相向一端铰接连接，铰接处设有钢丝绳，抓草斗通过铰接处的钢丝绳连接于平板上；两个抓斗互相远离的一端通过钢丝绳连接于一起。在确定湖泊或水库的采样区域内，利用该装置抓取沉水植被，计算采样水体的沉水植物群落生物量和多样性。该装置及方法虽然适用不同水深的生物量估算研究，但其抓斗抓取生物量具有随机性，且无法做到实时有效计量，效率低，生物计量准确性差，设备操作复杂，无法直观了解其生长环境，因此并不适用湖泊复杂生物结构的快速高效计量研究。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种湖泊沉水植物快速计数装置及方法。
7.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种湖泊沉水植物快速计数装置，它包括显示屏、浮体装置、可伸缩杆以及水下高清摄像机；
8.所述浮体装置漂浮于湖泊水面上，所述浮体装置的底部固接有所述可伸缩杆，所述可伸缩杆的下端连接有所述水下高清摄像机，所述浮体装置的顶部通过信号传输线连接
有所述显示屏，所述信号传输线的另一端与所述水下高清摄像机的信号输出端相连接。
9.优选的是，可伸缩杆的内部设有中空结构，中空结构内设有供所述信号传输线通过的通道。
10.优选的是，所述可伸缩杆垂直于所述浮体装置设置，所述可伸缩杆包括可伸缩连接的上部杆体、中部杆体和下部杆体，上部杆体、中部杆体和下部杆体的直径依次递减且三者的中轴线上均设有中空结构的线缆通道，所述下部杆体的下端且位于所述水下高清摄像机的上方固接有一配重圆环块，所述配重圆环块一侧的底部粘接有水下测距激光雷达，所述水下测距激光雷达的数据通过数据传输线穿过线缆通道连接至测距显示器；所述浮体装置上还设置有手摇绞盘，手摇绞盘的底座固接于浮体装置的上表面，手摇绞盘的钢丝绳依次穿过上部杆体、中部杆体和下部杆体的线缆通道并与下部杆体的底端固接，所述手摇绞盘的大齿轮的侧下方设有大齿轮锁止部，所述大齿轮锁止部包括弧形锁止片和与其转动连接的圆柱轴以及设置在圆柱轴两端并与其固接的一对支撑座，支撑座的底部固接在所述浮体装置的上表面，所述弧形锁止片的上部设有可与大齿轮的齿部相嵌并卡住的尖端部，所述弧形锁止片的下部设有供所述圆柱轴穿过的柱状孔洞；
11.所述可伸缩杆设置为：在水下时，配重圆环块和水下高清摄像机在重力作用下，会将可伸缩杆的长度被拉伸至最大；然后测量人员将浮体装置稳定住，再通过手摇绞盘的摇把带动钢丝绳将下部杆体的底端向上拉动进而带动水下高清摄像机向上移动，测样人员根据测距显示器的显示距离调整可伸缩杆的长度至适宜的测量范围。
12.优选的是，所述浮体装置旁设有采样工作船，采样工作船将浮体装置拖拽移动，所述显示屏和测距显示器放置于采样工作船上并由外接电源供电。
13.优选的是，所述浮体装置包括：
14.用于漂浮于水面上的方形浮体部，所述方形浮体部的中部设有供电动伸缩杆顶部穿过并固接的安装孔洞；
15.四根竖直配重杆，其分别设置于方形浮体部底部四角；
16.四根v形配重杆，其分别将相邻两根竖直配重杆上部相连接，所述v形配重杆的底端与所述竖直配重杆的底端位于相同的水平高度；
17.四个稳流滤网部，其粘接设置在所述v形配重杆与方形浮体部底部之间；
18.所述方形浮体部可为浮板或者中空浮箱，其长宽均为50-60cm，长宽度不能过大，过大不方便控制和操作，所述竖直配重杆和v形配重杆的底端均连接有一配重圆球。
19.优选的是，在对湖泊底沉水植物观察计数时，根据水深深度调节可伸缩杆的长度，摄像机拍摄画面通过信号传输线连接到显示屏，在其上显示湖泊底沉水植物生长情况和生物量，开启录屏计数，达到快速沉水植物生物量计量的目的。
20.优选的是，所述浮体装置包括：
21.用于漂浮于水面上的方形浮体部，所述方形浮体部的中部设有供电动伸缩杆顶部穿过并固接的安装孔洞；
22.四根竖直配重杆，其分别设置于方形浮体部底部四角；
23.四根v形配重杆，其分别将相邻两根竖直配重杆上部相连接，所述v形配重杆的底端与所述竖直配重杆的底端位于相同的水平高度；
24.四个稳流滤网部，其粘接设置在所述v形配重杆与方形浮体部底部之间；
25.所述方形浮体部可为浮板或者中空浮箱，所述竖直配重杆和v形配重杆的底端均连接有一配重圆球。
26.一种湖泊沉水植物快速计数方法，具体包括以下步骤：
27.s1、通过现场测量或网络地图，测定需要测量生物量的湖泊面积；
28.s2、通过便携式仪器湖泊水体进行测定水深，统计等深线数据；
29.s3、基于测定的湖泊面积及湖泊不同点位深度等数据，划分好测量生物量的不同区域；
30.s4、采用湖泊沉水植物快速计数装置对水体沉水植物生物量进行观察测量；根据湖泊水体深度，确定可伸缩杆总长度，然后调整好可伸缩杆的测量长度，测试下水下摄像机和显示屏数据传输是否正常，固定在浮体装置上，沿着测量区域进行移动，录屏观测沉水植物生物量；水下摄像机的拍摄角度为220
°
，则其湖面间隔扫摄距离l＝2
×
tan110
×
h，h表示为水下摄像机端部与湖泊底的距离；
31.t1、根据测量区域面积大小分为两种计算方法，
①
测量湖泊面积≤50m2，数据为经验值，采用全面积扫摄模式录屏计数；
②
测量湖泊面积＞50m2，采用选取五点平均数法计量，即选取面积图形的四个角落和中间位置五个点位，单个面积为10m2，求取单位面积的生物量，再核算湖泊总面积的生物量。
32.t2、根据上述条件建立沉水植物生物量的计算公式i，计算测量区域沉水植物生物量；
[0033][0034]
式中：s0为单位面积的生物量，单位为株/m2；s1为扫摄面积范围内的植株量，单位为株；a为水下摄像机扫摄区域面积，单位为m2；
[0035]
若测量湖泊面积＞50m2，则计算公式如下：
[0036][0037]
s＝s0×a[0038]
式中：s0为单位面积的生物量，单位为株/m2；s1、s2、s3、s4、s5为扫摄面积范围内的植株量，单位为株；a1、a2、a3、a4、a1为水下摄像机扫摄区域面积，单位为m2；s为测量区域面积的生物量，单位为株；a为测量区域湖泊面积，单位为m2。
[0039]
若测量湖泊面积≤50m2，则计算公式如下：
[0040]
s＝s0[0041]
式中：s、s0为测量区域面积的生物量，单位为株。
[0042]
优选的是，采用选取五点平均数法计量时，选取面积图形的五个点位为需要测量生物量的湖泊的四个角落和中间位置。
[0043]
本发明能够更加准确的估算湖泊水库沉水植物的生物量及其覆盖率；更加全面的了解湖泊水库沉水植物的群落结构和物种多样性。手摇绞盘和水下测距激光雷达配合可伸缩连接的上部杆体、中部杆体和下部杆体将可伸缩杆的长度控制在适宜的适量范围。可伸缩杆的总长度根据水域的深度范围来设置，上部杆体的长度要大于中部杆体和下部杆体的长度。浮体装置的设计能有效提高其在水面的稳定性，竖直配重杆、v形配重杆和配重圆球
共同配合，将浮体装置有效延伸至水面以下，同时增加配重提高稳定性。稳流滤网部设置于v形配重杆与方形浮体部底部之间，能通过滤网有效缓冲水流的波动，在实际使用中对于提高浮体稳定性所表现出的效果尤其明显。
[0044]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过上面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
[0045]
说明书附图
[0046]
图1为实施例1的结构示意图。
[0047]
图2为面积图形的五个点位的分布示意图。
[0048]
图3为实施例2的结构示意图。
[0049]
图4为浮体装置的结构示意图。
[0050]
图5为大齿轮和大齿轮锁止部的结构示意图。
[0051]
图6为弧形锁止片的结构示意图。
[0052]
图7为圆柱轴和一对支撑座的结构示意图。
具体实施方式
[0053]
下面结合实施例对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。
[0054]
《实施例1》
[0055]
一种湖泊沉水植物快速计数装置，它包括显示屏1、浮体装置2、可伸缩杆3以及水下高清摄像机4；
[0056]
所述浮体装置2漂浮于湖泊水面上，所述浮体装置2的底部固接有所述可伸缩杆3，所述可伸缩杆3的下端连接有所述水下高清摄像机4，所述浮体装置2的顶部通过信号传输线5连接有所述显示屏1，所述信号传输线5的另一端与所述水下高清摄像机4的信号输出端相连接。
[0057]
在对湖泊底沉水植物观察计数时，根据水深深度调节可伸缩杆3的长度，摄像机拍摄画面通过信号传输线5连接到显示屏1，在其上显示湖泊底沉水植物生长情况和生物量，开启录屏计数，达到快速沉水植物生物量计量的目的。
[0058]
《实施例2》
[0059]
在实施例1的基础上，可伸缩杆3的内部设有中空结构，中空结构内设有供所述信号传输线5通过的通道。
[0060]
所述可伸缩杆3垂直于所述浮体装置2设置，所述可伸缩杆3包括可伸缩连接的上部杆体31、中部杆体32和下部杆体33，上部杆体31、中部杆体32和下部杆体33的直径依次递减且三者的中轴线上均设有中空结构的线缆通道，所述下部杆体33的下端且位于所述水下高清摄像机的上方固接有一配重圆环块16，所述配重圆环块16一侧的底部粘接有水下测距激光雷达17，所述水下测距激光雷达17的数据通过数据传输线19穿过线缆通道连接至测距显示器18；
[0061]
所述浮体装置2上还设置有手摇绞盘34，手摇绞盘34的底座固接于浮体装置2的上表面，手摇绞盘34的钢丝绳依次穿过上部杆体31、中部杆体32和下部杆体33的线缆通道并与下部杆体33的底端固接，所述手摇绞盘34的大齿轮40的侧下方设有大齿轮锁止部41，所
述大齿轮锁止部41包括弧形锁止片42和与其转动连接的圆柱轴45以及设置在圆柱轴45两端并与其固接的一对支撑座44，支撑座44的底部固接在所述浮体装置2的上表面，所述弧形锁止片42的上部设有可与大齿轮40的齿部相嵌并卡住的尖端部，所述弧形锁止片42的下部设有供所述圆柱轴45穿过的柱状孔洞43；
[0062]
所述可伸缩杆3设置为：在水下时，配重圆环块16和水下高清摄像机在重力作用下，会将可伸缩杆3的长度被拉伸至最大；然后测量人员将浮体装置2稳定住，再通过手摇绞盘34的摇把带动钢丝绳将下部杆体33的底端向上拉动进而带动水下高清摄像机4向上移动，测样人员根据测距显示器18的显示距离调整可伸缩杆3的长度至适宜的测量范围，再通过大齿轮锁止部41将手摇绞盘34的钢丝绳固定住。手摇绞盘和水下测距激光雷达配合可伸缩连接的上部杆体、中部杆体和下部杆体将可伸缩杆的长度控制在适宜的适量范围。可伸缩杆的总长度根据水域的实际深度范围来设置，上部杆体的长度要大于中部杆体和下部杆体的长度。实际测量中，需配置多个不同测量深度的浮体装置，不同浮体装置的可伸缩杆的长度根据实际测量需求进行设置。
[0063]
所述浮体装置2旁设有采样工作船，采样工作船将浮体装置2拖拽移动，所述显示屏1和测距显示器18放置于采样工作船上并由外接电源供电。
[0064]
所述浮体装置2包括：
[0065]
用于漂浮于水面上的方形浮体部10，所述方形浮体部10的中部设有供电动伸缩杆3顶部穿过并固接的安装孔洞14；
[0066]
四根竖直配重杆11，其分别设置于方形浮体部10底部四角；
[0067]
四根v形配重杆12，其分别将相邻两根竖直配重杆11上部相连接，所述v形配重杆12的底端与所述竖直配重杆11的底端位于相同的水平高度；
[0068]
四个稳流滤网部15，其粘接设置在所述v形配重杆12与方形浮体部10底部之间；
[0069]
所述方形浮体部10可为浮板或者中空浮箱，其长宽均为50-60cm，长宽度不能过大，过大不方便控制和操作，所述竖直配重杆11和v形配重杆12的底端均连接有一配重圆球13。浮体装置的设计能有效提高其在水面的稳定性，竖直配重杆、v形配重杆和配重圆球共同配合，将浮体装置有效延伸至水面以下，同时增加配重提高稳定性。稳流滤网部设置于v形配重杆与方形浮体部底部之间，能通过滤网有效缓冲水流的波动，在实际使用中对于提高浮体稳定性所表现出的效果尤其明显。
[0070]
利用实施例1或实施例2进行湖泊沉水植物快速计数的方法，具体包括以下步骤：
[0071]
s1、通过现场测量或网络地图，测定需要测量生物量的湖泊面积；
[0072]
s2、通过便携式仪器湖泊水体进行测定水深，统计等深线数据；
[0073]
s3、基于测定的湖泊面积及湖泊不同点位深度等数据，划分好测量生物量的不同区域；
[0074]
s4、采用湖泊沉水植物快速计数装置对水体沉水植物生物量进行观察测量；根据湖泊水体深度，确定可伸缩杆3总长度，然后调整好可伸缩杆3的测量长度，测试下水下摄像机4和显示屏1数据传输是否正常，固定在浮体装置2上，沿着测量区域进行移动，录屏观测沉水植物生物量；水下摄像机的拍摄角度为220
°
，则其湖面间隔扫摄距离l＝2
×
tan110
×
h，h表示为水下摄像机端部与湖泊底的距离；
[0075]
t1、根据测量区域面积大小分为两种计算方法，
①
测量湖泊面积≤50m2，数据为经
验值，采用全面积扫摄模式录屏计数；
②
测量湖泊面积＞50m2，采用选取五点平均数法计量，即选取面积图形的四个角落和中间位置五个点位，单个面积为10m2，求取单位面积的生物量，再核算湖泊总面积的生物量。
[0076]
t2、根据上述条件建立沉水植物生物量的计算公式i，计算测量区域沉水植物生物量；
[0077][0078]
式中：s0为单位面积的生物量，单位为株/m2；s1为扫摄面积范围内的植株量，单位为株；a为水下摄像机扫摄区域面积，单位为m2；
[0079]
若测量湖泊面积＞50m2，则计算公式如下：
[0080][0081]
s＝s0×a[0082]
式中：s0为单位面积的生物量，单位为株/m2；s1、s2、s3、s4、s5为扫摄面积范围内的植株量，单位为株；a1、a2、a3、a4、a1为水下摄像机扫摄区域面积，单位为m2；s为测量区域面积的生物量，单位为株；a为测量区域湖泊面积，单位为m2。
[0083]
若测量湖泊面积≤50m2，则计算公式如下：
[0084]
s＝s0[0085]
式中：s、s0为测量区域面积的生物量，单位为株。
[0086]
在另一种技术方案中，采用选取五点平均数法计量时，选取面积图形的五个点位为需要测量生物量的湖泊的四个角落和中间位置。
[0087]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。