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申请/专利权人：国家海洋局北海海洋技术保障中心

摘要：本发明属于海洋生态环境监测的技术领域，公开了一种湿地生物环境协同在线监测系统及方法。该方法利用光学相机连续拍摄高分辨率的湿地影像，同时在同一区域有布设多参数水质仪，获取与植被生长相关的环境要素；利用DSP控制器和小型计算机交互数据的形式集成自动采集系统，实现湿地影像和环境要素数据的自动采集、上传；对上传的湿地影像和环境要素数据进行湿地影像的生物参数解译和水质生物参数的关联分析，获取植被覆盖度、植株高度、植被指数以及蟹洞数量和大小，以及获取湿地植被、底栖生物对环境因子变化的响应。本发明弥补了人工实地采样和空天遥感监测的不足，为湿地生态变化机理研究提供了数据和技术支撑。

主权项：1.一种湿地生物环境协同在线监测方法，其特征在于，该方法包括：S1，利用光学相机连续拍摄高分辨率的湿地影像，在同一地点布设多参数水质仪，获取与植被生长相关的环境要素；湿地影像包括生物要素，生物要素为湿地动植物生长状态指标，包括湿地植被及底栖生物分布，环境要素包括关键水质参数、潮汐，所述关键水质参数包括温度、盐度、水位和pH值；S2，利用DSP控制器和小型计算机交互数据集成自动采集系统，实现湿地影像和环境要素数据的自动采集、上传；S3，对上传的湿地影像和环境要素数据进行湿地影像的生物参数解译和水质生物参数的关联分析，获取植被覆盖度、植株高度、植被指数以及蟹洞数量和大小，获取湿地植被、底栖生物对环境因子变化的响应；在步骤S1中，所述利用光学相机连续拍摄高分辨率的湿地影像，包括：利用像素均为5472×3648的两组高清相机，采用地基观测方式，离地高度4-5m，相机镜头以36°的俯视角向下拍摄，且两相机镜筒呈22°的夹角，捕捉湿地生态系统的变化；多参数水质仪布设与相机小于50米的水域中，每小时采集一次温度、盐度、水位和pH值；在步骤S3中，湿地影像的生物参数解译包括：植被覆盖度、植株高度、植被指数以及蟹洞数量和大小的计算，具体包括：a.影像预处理，获取的影像数据需要经过筛选，去除大风大雾天气、涨潮淹没环境下拍摄的湿地影像，再将两台相机拍摄的影像进行拼接，获得大视场的湿地影像数据；b.植被覆盖度提取，通过直接线性变换，将影像转为鸟瞰图，统计植被冠层所占像素数与整体像素数比例获得覆盖度；c.植株高度提取，利用原始图像在相机附近选取一子区域，通过计算植株地面部分首尾两端的像素个数与像素大小的乘积获取株高结果；d.植被指数计算，利用获取的可见光影像提取像素的三个光谱强度值，计算相对绿度指数GCC，相对红度指数RCC，获取植被指数的时间序列；通过利用生长曲线拟合植被指数变化趋势，提取植被指数曲线的拐点获取植被的关键物候期，利用相对绿度指数GCC、相对红度指数RCC，再结合湿地碳储量估算模型，用于湿地碳循环分析；e.蟹洞提取，利用BP神经网络进行蟹洞的识别训练，提取盐沼湿地的蟹洞分布，并统计出蟹洞直径、数量和密度，在BP神经网络训练前，均匀随机选择一部分蟹洞区域作为样本，通过建立不同地物的区分模型实现蟹洞区域提取，之后通过直接线性变换获得与实际尺寸成比例的鸟瞰图，通过图像的二值化处理及圆拟合算法获取蟹洞直径、数量及密度信息；在步骤d中，进行植被指数计算：三个光谱强度值包括红R，绿G，蓝B；在步骤d中，进行植被指数计算：三个光谱强度值包括红R，绿G，蓝B；计算相对绿度指数GCC为：；计算相对红度指数RCC为：；生长曲线拟合的表达式为： （1）式中，为关于的一阶导数，为冬季fpv均值，为夏季fpv与冬季的差值，分别代表调整春季和秋季季节生长曲线形状的参数，为夏季绿度变化趋势，为拍摄时间；使用曲率的局部极值估计物候日期为： （2）式中，为曲率，为关于的二阶导数；在步骤S3中，所述水质生物参数的关联分析包括：利用高清相机和多参数水质仪协同监测的结果分析湿地植被、底栖生物对环境因子变化的响应中，多参数水质仪采集温度、盐度、水位和pH值信息，采样频率为每小时一次，与高清相机形成协同监测，在分析前，水质数据根据当地的历史数据进行异常值剔除，通过水质参数变化获取湿地植被生长的环境状态，对比不同盐度条件下的植被覆盖度、密度、株高参数，分析湿地植被生长分布与环境要素的互馈响应。

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百度查询： 国家海洋局北海海洋技术保障中心 一种湿地生物环境协同在线监测系统及方法