[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

说明书

本发明公开了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，其中，海空无人采集装备用于采集海洋气象、水色及水质参数数据，包括如下步骤：收集反映海域水质状况的历史采样数据，结合GIS系统进行数据插值处理；采用基于网格的多密度聚类算法对水质数据进行聚类，划分出若干不同水质海域，以优化固定采集设备布设点；基于固定采集设备布设点建立三角网格生长数学模型，对无人船采集装备巡航点进行规划，并结合陆源入海排污口分布情况设定无人机采集装备固定巡航点，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，动态设置无人机采集装备临时应急巡航点；最终形成海空一体化海洋环境信息采样网络。本发明能保证监测数据更有效，并减少固定采集设备布设量，节约成本。

技术领域

本发明涉及海洋环境保护及水质监测技术领域，具体涉及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。

背景技术

近岸海域是陆地和海洋两大生态系统的交汇区域，是人类海洋活动十分频繁的地带，近岸海域环境质量状况对人类生存和海洋经济发展有着十分重要而深远的影响。但近年来，近岸海域污染问题日益严峻，海洋环境质量持续下降，严重威胁了海洋经济建设和生态环境保护。根据2016年中国近岸海域环境质量公报，2016年全国近岸海域水质中四类及劣四类海水比例达16.3％，四类及劣四类海水面积达43554平方公里，主要集中在辽东湾、渤海湾、长江口、珠江口以及江苏、浙江、广东部分近岸海域，主要超标因子为无机氮和活性磷酸盐。因此急需加强近岸海域环境信息的采集与监测工作，以便及时掌握近岸海域环境质量状况并快速开展有利污染防治措施，降低陆源入海、大气沉降等污染物对近岸海域的生态环境破坏。近岸海域水质监测的传统方法有浮标、潜标、人工出海等方式，存在采集周期长、投入成本高、采样数据代表性偏差且滞后等问题，发展灵活高效的采集装备并进行合理规划是当前海洋环境监测的主要趋势。

发明内容

为了克服现有技术中的至少一种缺陷，本发明提供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，其目的在于，形成灵活覆盖面广的海空一体化海洋环境信息采样网络，以降低监测设备投入成本、增强采样灵活性，获取更有代表性、覆盖面广的采样数据。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

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海量历史采样数据，并将所述历史采样数据映射到地理信息系统GIS中；历史采样数据为过去已采集的数据；

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(如浮标、潜标等)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，提高无人机采集装备的灵活性和及时性；

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，形成灵活覆盖面广的海空一体化海洋环境信息采样网络。