[发明专利]一种基于数码高清图像的蓝藻水华监测方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于数码高清图像的蓝藻水华监测方法和系统，建立蓝藻水华数码高清图像监测系统，筛选监测点，实时监测监控站点覆盖范围内的蓝藻盖度信息，对监测的蓝藻盖度信息进行每天一次或多次的处理分析，基于像素的分类和混合像元分解的构建数码高清图像水华提取与覆盖度计算算法，并对蓝藻盖度进行强度分级，将处理结果以覆盖度变化曲线的方式显示，同时显示数据分析时间点的监测图片信息，初步实现蓝藻水华数码高清图像自动解析。采用本发明的方法和系统能够及时全面准确掌握监控站点的蓝藻水华的发生面积，可以为水质监测和水质改善提供重要的科学依据与技术支撑。

技术领域

本发明涉及环境工程与图像处理技术领域，具体涉及一种基于数码高清图像的蓝藻水华监测方法和系统。

背景技术

水是生命之源，而湖泊是地球上最重要的淡水资源之一、是湖泊流域地区经济可持续发展和人们赖以生存的重要基础。目前，我国内陆湖泊面临的一个主要问题是水体的富营养化，其重要特征是藻类，特别是蓝藻大量繁殖，异常生长，极易堆积，形成水华；部分甚至在河口以及近岸淤积，腐烂分解，消耗溶解氧，引起水体生物大量死亡，形成黑水团，发出恶臭，破坏水体景观和生态系统平衡，严重威胁湖泊饮用水源地水质安全。

近年来，随着经济的快速发展，大量点源、面源污染进入水体，太湖、巢湖等湖泊水质污染严重，水体富营养化情况日益严峻，蓝藻水华频繁发生。蓝藻异常生长，极易堆积形成水华，在河口以及近岸淤积，不仅破坏水体景观和生态系统平衡，而且由于蓝藻在生长和死亡过程中释放毒素，消耗溶解氧，容易引起水体生物大量死亡，湖泊水质恶化，严重威胁湖泊和水库周围地区的饮用水安全。因此，快速、全面、准确的掌握蓝藻信息，对于蓝藻的预测预警和防控非常重要。

湖泊水质变化，时效性强，特别是重点区域，需要全天候连续观测。传统的监测技术已无法满足水资源保护的多方位、高水平、实时性的要求。目前，设置在岸边或者湖体中心的视频监测系统是水体蓝藻水华监测的重要技术手段之一，可以提供高清图像，监测较为直观，实时性强，受天气影响小，不仅可以及时掌握监测区域蓝藻水华的发生面积、程度、位置及变化情况等，还可以对卫星遥感监测结果进行验证和补充，今后将发挥越来越重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对数码高清图像的蓝藻水华监测方法和系统，能连续、实时、准确地监测目标水域的相关水质参数及其变化状况，在发生特定状况时实现自动预警指挥，可以为各水质管理部门提供服务。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于数码高清图像的蓝藻水华监测系统，包括：

图像采集模块；用于实时采集水面视频图像，并通过通信模块发送至控制中心；

供电模块；用于供能；

通信模块；用于接收图像采集模块的视频流信息，并发送至控制中心；

控制中心；用于接收视频流信息，筛选视频帧中的图像信息并进行图像处理，将像元筛分为纯水华像元、混合像元和非水华像元并计算水华覆盖度与强度，将统计结果进行可视化输出，完成蓝藻水华监测。

其中，所述图像处理流程如下：

1)筛选视频帧图像，降噪处理后，提取图像R，G，B通道DN值DN_red、DN_green和DN_blue；

2)基于下式计算像元的GI指数：

3)设定GI阈值，将像元划分为纯水华像元，非水华像元和水华、纯水混合像元；

所述混合像元GI阈值计算方式如下：