[发明专利]基于海空无人采集装备的近岸海域水质采样网络规划方法

权利要求书

1.一种基于海空无人采集装备的近岸海域水质采样网络规划方法，其特征在于，其中，海空无人采集装备包括利用无人机和无人船搭载的海洋环境信息采集仪，用于采集海洋气象、水色及水质参数数据，包括如下步骤：

S1.收集反映研究海域水质状况的历史采样数据，并将所述历史采样数据映射到地理信息系统GIS中；

S2.基于地理信息系统GIS对历史采样数据进行插值处理，以获取研究海域的水质分布；

S3.采用基于网格的多密度聚类算法对研究海域的水质分布进行聚类，划分出若干不同水质的监测海域；

S4.根据聚类后的海域划分结果对固定采集设备布设点进行规划；

S5.以固定采集设备布设点为参考点，建立三角网格生长数学模型，对无人船采集装备的巡航点位置进行规划；

S6.结合陆源入海排污口分布情况、固定采集设备布设点及无人船采集装备巡航点规划结果，对无人机采集装备固定巡航点进行设定，同时根据无人船采集装备在巡航点海域的在线水质监测状况，动态设定无人机采集装备临时应急巡航点；

S7.对固定采集设备布设点、无人船采集装备的巡航点、无人机采集装备固定巡航点及

无人机采集装备应急巡航点规划结果进行整理分析，形成海空一体化海洋环境信息采样网络；

步骤S5中，以固定采集设备布设点为参考点，建立三角网格生长数学模型，对无人船采集装备的巡航点位置进行规划，具体过程如下：

第k个三角网格生长长度计算公式定义为：

l_k＝αC_kl₀(3)

其中为当前海域的平均水质指标与第一类水质指标浓度的差异度，α为常量系数，l₀为初始长度，K为当前海域的样本点数据个数；当前海域为当前生长区域以l₀为半径的海域；采样点i的水质指标浓度为C_i＝(c_i1，c_i2，…，c_im)；w_j为第j个水质指标的权重；为第1类水质第j个指标标准值；

首先以固定采集设备布设点B_i作为中心点，向外扩展等边三角形ΔT_i1T_i2T_i3，其中B_i到三角形3个顶点的距离均为l_i1；以B_i为顶点，以B_iT_i1为角平分线，向外扩展等腰三角形ΔB_iT_i4T_i5，其中T_i1到三角形底边顶点T_i4、T_i5的距离为l_i2；以B_i为顶点，以B_iT_i2为角平分线，向外扩展等腰三角形ΔB_iT_i6T_i7，其中T_i2到三角形底边顶点T_i6、T_i7的距离为l_i3；将生长的顶点与该顶点所在等腰三角形内的点的连线作为角平分线，将该等腰三角形内的点作为顶点，以此为规则继续生长等腰三角形，最终生长成以固定采集设备布设点B_i为参考点的三角网格，其顶点集合为{T_i1，T_i2，…，T_iM}，该顶点集合为无人船采集装备的巡航点。

2.根据权利要求1所述的一种基于海空无人采集装备的近岸海域水质采样网络规划方法，其特征在于：

利用无人机搭载的海洋环境信息采集仪包括气象仪和多光谱仪，用于采集水色、风速、风向、温湿度参数数据；通过多光谱仪进行多光谱水色分析，以定性判别海洋水质状况并检测突发性海洋水体污染；通过气象仪进行气象参数分析，以估计海面风场、海浪场、海流场影响海洋污染扩散迁移的海洋环境因素；

利用无人船搭载的海洋环境信息采集仪包括水质多参数检测仪和营养盐监测仪，用于采集DO、COD、pH、水温、盐度、总磷、总氮参数数据，实现海洋水质参数的在线监测分析。