申请/专利权人：中国水利水电科学研究院

申请日：2019-08-09

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN110406638B

主分类号：B63B35/00

分类号：B63B35/00;B63B17/00;B63H7/02;G01N33/00;G01N21/25

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2019.11.29#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明公开了一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法,包括船体、中央控制系统、动力及转向控制系统、卫星GPS导航模块、沼泽湿地植物高光谱监测系统、水生态环境监测系统、数据存储单元和供电系统，动力及转向控制系统通过航行控制器与中央控制系统通信连接，卫星GPS导航模块和数据存储单元通过串口总线与中央控制系统通信连接，沼泽湿地植物高光谱监测系统和水生态环境监测系统通过总线与中央控制系统通信连接，实现了浅水沼泽湿地水生态环境的灵活、快速、高效定速、定点、定线和无损害扰动的自动监测。

主权项：1.一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，包括船体（1）、中央控制系统（2）、动力及转向控制系统（3）、卫星GPS导航模块（4）、沼泽湿地植物高光谱监测系统（5）、水生态环境监测系统（6）、数据存储单元（7）和供电系统（9），所述动力及转向控制系统（3）通过航行控制器（10）与所述中央控制系统（2）通信连接，所述卫星GPS导航模块（4）和数据存储单元（7）通过串口总线与所述中央控制系统（2）通信连接，所述沼泽湿地植物高光谱监测系统（5）和水生态环境监测系统（6）通过总线与所述中央控制系统（2）通信连接，所述供电系统（9）为中央控制系统（2）、动力及转向控制系统（3）、卫星GPS导航模块（4）、沼泽湿地植物高光谱监测系统（5）和水生态环境监测系统（6）提供电源；所述动力及转向控制系统（3）安装在所述船体（1）的船尾上方，用于控制无人监测船的航向；所述中央控制系统（2）安装在所述船体（1）中央，包括中央控制器（201）、惯导传感器（202）和GPRS-4G通信模块（203），所述惯导传感器（202）与中央控制器（201）通过导线连接，所述惯导传感器（202）用于实时监测无人监测船的平稳度，所述GPRS-4G通信模块（203）与中央控制器（201）通过串口总线相连，所述GPRS-4G通信模块（203）用于远程接收信息与命令以及上传数据；所述卫星GPS导航模块（4）安装在船头，用于实现无人监测船的导航定位；所述沼泽湿地植物高光谱监测系统（5）通过桅杆（11）安装在船头上方，包括高光谱监测仪（501）和高清摄像设备（502），所述高清摄像设备（502）和高光谱监测仪（501）通过导线与所述中央控制器（201）通信连接；所述水生态环境监测系统（6）通过牵引机构安装在所述船体（1）后尾；所述水生态环境监测系统（6）包括承载浮台（601）和传感器承载托盘（602），所述传感器承载托盘（602）安装在所述承载浮台（601）上，所述承载浮台（601）通过牵引机构安装在船体（1）后尾；所述牵引机构包括牵引环（12）、保险扣（13）和防锈链（14），所述船体（1）后尾的侧部和承载浮台（601）的侧部均固定安装有牵引环（12），所述防锈链（14）的首尾两端均连接有保险扣（13），所述保险扣（13）与所述牵引环（12）扣接；所述传感器承载托盘（602）上设有多个用于安装水生态环境监测传感器（603）的且倾斜角度为45°的倾斜传感器插口（604），所述生态环境监测传感器与所述中央控制器（201）通信连接，所述承载浮台（601）内侧底部设有配重铅条（605），所述承载浮台（601）两侧均设有侧孔（606）；承载浮台（601）沿船长方向的竖直截面呈弓形。

全文数据：一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法技术领域本发明涉及浅水沼泽湿地水生态指标监测技术领域，具体涉及一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法。背景技术水生态监测作为环境监测体系的重要组成部分，不仅是水生态系统规划、保护与修复的重要基础关键环节，还是生态系统健康保障的一项核心前提工作。随着水环境监测的不断发展和成熟，传统的水环境监测也由单一的理化指标为主的水质监测向水质和水生生物指标的综合型水生态监测转变。可见，水生态监测起源于最初的水质监测，由COD、BOD等常规指标，到后来引入有机物、重金属、氮、磷等指标，后期由于富营养化的发展，又重新加入了浮游植物等水生生物监测指标。水生态监测的持续发展为流域水生态系统健康保护和退化生态系统恢复和重建提供了基础。浅水沼泽湿地作为一种重要的湿地类型之一，在调节气候、涵养水源、调节洪水、水质净化以及生物多样性维持等方面具有重要的功能。但浅水沼泽湿地由于水深较浅、泥沼易陷以及植被构成多样复杂等因素，严重制约了湿地水生态的快速、及时和高效监测工作。传统的浅水沼泽湿地水生态监测往往需要监测人员涉水实地勘察，而沼泽湿地多生长由苔草及禾本科挺水植物和漂浮植物组成，很多植物具有根状茎，常交织成厚的草根层或浮毡层，在实地采样和调查时容易羁绊监测人员以致于难以保证监测人员的安全，且费时费力，同时经常会对湿地生态系统系统带来破坏性如收割式测定的监测扰动，并难以实现湿地生态指标与水环境指标的同步测定，难以快速监测湿地的挺水植物和漂浮植物的生长状况，无法自动、快速和定量地探测湿地水生态环境质量。同时，在现有的水生态监测中，包括常见的遥感多光谱分类技术，均缺乏湿地植物种类的高精度有效识别功能，因此也亟需在湿地水生态监测中同步开展湿地植物，诸如湿生植物、挺水植物、浮叶植物、漂浮植物等类型的快速监测和自动识别技术。现有技术中的无人监测船，其局限性在于以下几个方面：1.虽然采用开敞式螺旋桨，其动力效率相对不足且噪声较大；2.缺乏转向控制装置，在灵活性方面存在一定不足；3.船体缺乏碰撞等防护保护设计，易于损耗；4.功能较为单一，不具备湿地水生态环境自动监测功能；5.不具有湿地植物高精度识别监测功能，在专业环境监测应用方面仍有待开发。现有技术中的无人监测船，也存在监测水体环境光谱的为人船，这些无人船的不足在于：1.其船体设计上没有考虑到浅水沼泽湿地特定复杂环境，难以避免浅水水草对船体和螺旋桨的缠扰和羁绊，不能有效的通过浅水沼泽湿地复杂的礁石和浅滩和实现对于浅水沼泽湿地水生态环境的监测；2.无人船缺乏水流条件下航向保持功能设计，由于水流对船体航行航线的冲击作用，难以保证船体进行断面测定的直线航行；3.光谱测量装置放置于船体牵引装置中，无法避免船体自身对光谱测量装置的遮挡，在一定角度时船体形成的阴影将会对光谱测定结果带来误差影响；4.该光谱测量装置主要对水体环境进行光谱信息测量，缺乏湿地植被光谱监测；5.不具有水环境监测数据的实时传输功能，难以实时掌握监测工作的实况和数据情况。为了更好的实现浅水沼泽湿地水生态的快速监测，为浅水沼泽湿地植物的高精度快速识别分析提供条件和为湿地水生态系统健康评估和退化湿地恢复、重建提供基础，并有效地提高湿地水生态自动监测技术能力及精度，本发明提出了一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法。发明内容本发明的目的在于提供一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法，能进行定速、定点、定线的无损害扰动式地自动监测，能实时监测湿地水生态和水环境指标，还能高精度快速识别监测浅水沼泽湿地植物，有效的通过浅水沼泽湿地复杂的礁石和浅滩实现浅水沼泽湿地水生态环境的监测。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，包括船体、中央控制系统、动力及转向控制系统、卫星GPS导航模块、沼泽湿地植物高光谱监测系统、水生态环境监测系统、数据存储单元和供电系统，所述动力及转向控制系统通过航行控制器与所述中央控制系统通信连接，所述卫星GPS导航模块和数据存储单元通过串口总线与所述中央控制系统通信连接，所述沼泽湿地植物高光谱监测系统和水生态环境监测系统通过总线与所述中央控制系统通信连接，所述供电系统为中央控制系统、动力及转向控制系统、卫星GPS导航模块、沼泽湿地植物高光谱监测系统和水生态环境监测系统提供电源；所述动力及转向控制系统安装在所述船体的船尾上方，用于控制无人监测船的航向；所述中央控制系统安装在所述船体中央，包括中央控制器、惯导传感器和GPRS-4G通信模块，所述惯导传感器与中央控制器通过导线连接，所述惯导传感器用于实时监测无人监测船的平稳度，所述GPRS-4G通信模块与中央控制器通过串口总线相连，所述GPRS-4G通信模块用于远程接收信息与命令以及上传数据；所述卫星GPS导航模块安装在船头，用于实现无人监测船的导航定位；所述沼泽湿地植物高光谱监测系统通过桅杆安装在船头上方，包括高光谱监测仪和高清摄像设备，所述高清摄像设备和高光谱监测仪通过导线与所述中央控制器通信连接；所述水生态环境监测系统通过牵引机构安装在所述船体后尾。进一步地，所述中央控制系统还包括航行命令转换器和遥控信号收发器，所述遥控信号收发器用于收发手持遥控终端的遥控信号，所述遥控信号收发器通过航行命令转换器与所述中央控制器连接。进一步地，所述动力及转向控制系统包括一组涵道式风力螺旋桨和转向机构，所述的一组涵道式风力螺旋桨对称分布在所述船体船尾的上方，所述转向机构安装在所述涵道式风力螺旋桨的下方，所述转向机构通过导线与所述中央控制器通信连接。进一步地，所述卫星GPS导航模块包括卫星信号接收器和卫星信号发射器。进一步地，所述高光谱监测仪旋转安装在桅杆的顶端，所述高清摄像设备旋转安装在桅杆上且位于所述高光谱监测仪的下方。进一步地，所述水生态环境监测系统包括承载浮台和传感器承载托盘，所述传感器承载托盘安装在所述承载浮台上，所述承载浮台通过牵引机构安装在船体后尾。进一步地，所述牵引机构包括牵引环、保险扣和防锈链，所述船体后尾的侧部和承载浮台的侧部均固定安装有牵引环，所述防锈链的首尾两端均连接有保险扣，所述保险扣与所述牵引环扣接。进一步地，所述传感器承载托盘上设有多个用于安装水生态环境监测传感器的且倾斜角度为45°的倾斜传感器插口，所述生态环境监测传感器与所述中央控制器通信连接，所述承载浮台内侧底部设有配种铅条，所述承载浮台两侧均设有侧孔。进一步地，所述水生态环境监测传感器为水温传感器、pH传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、溶解性固体传感器、NH4-N传感器、叶绿素a传感器、蓝绿藻传感器中的一种或多种。一种所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船的监测方法，包括以下几个步骤：S1、通过手持遥控或航行控制器预设巡航路径，并将巡航路径存储到数据存储单元；S2、无人监测船根据巡航路径进行自动巡航，卫星GPS导航模块将船体的实时定位信息传输给中央控制器并存储到数据存储单元；S3、惯导传感器将实时监测到的船体的运动参数传输给中央控制器201并保存在数据存储单元；S4、中央控制器读取巡航路径、定位信息和运动参数，通过动力及转向系统控制无人监测船进行定速、定点、定线巡航至监测区域；S5、高光谱监测仪测得高光谱监测数据，判别和分析湿地植物的植被特征，高清摄像设备摄像和抓拍图像，水质检测模块实时监测水质指标，中央控制器将所述植被特征、图像及水质指标存储到数据存储单元；S6、无线监控与实时数据显示系统通过GPRS-4G模块与中央控制器进行实时通讯交互，然后通过一键返航或遥控返航的方式回到起始监测位置。本发明具有以下有益效果：1本发明可通过手动遥控和预设轨迹两种方式实现船体的自动巡航，从而实现船载仪器对于沼泽湿地水生态的定点、定线和定面的监测；若航行过程中碰到较大的水流冲击，遥控控制动力及转向控制系统使得涵道式风力螺旋浆进行水流适应的侧向转动，实现船体缓冲水流影响，以保持船体的正确航向。2高光谱监测仪和高清摄像设备位于船头桅杆上部，在船体行进过程中高光谱监测仪可实现水平360°和垂直90°的视线无遮挡的全方位拍摄，具有自动调焦、自动扫描速度匹配、自动采集并保存数据的功能；高清摄像设备能够实现360°高清摄像和图像抓拍功能，通过后期解译分析浅水沼泽高光谱监测数据能够高精度地识别和分析湿地植物种类、湿地植被覆盖度、生物量、叶面积指数、叶片含水量、植被茎秆特征、植被健康特征等，所有数据可通过实时无线传输；水生态环境指标通过牵引于船尾后部的承载浮台上的各种传感器对水体进行多参数水环境监测得到，其牵引机构采用的牵引环和保险扣的配合结构，便于拆卸和更换安装传感器，便于水环境监测指标的更换或增加；涵道式风力螺旋浆是在螺旋桨基础上外加涵道构成，设于船体船尾上方，不会被湿地植被羁绊，保证了船的强劲动力，具有动力效率高、安全性强、振动小和噪声低等优点，转向机构使得涵道式风力螺旋浆进行水流适应的侧向转动，实现船体缓冲水流影响，以保持船体的航向，解决了水流冲击下无人船航行偏离航线的难题，为水生态监测提供高精度控制设计条件。3本发明实现了湿地水生态与多参数水环境监测的同步测定，为水环境变化环境下的浅水沼泽湿地水生态特征响应机理研究提供基础数据支撑。附图说明图1为本发明的无人监测船的整体结构正视图；图2为本发明的无人监测船的整体结构示意图；图3为本发明的无人监测船的水生态环境监测系统的结构示意图；图4为本发明的无人监测船的监测系统的控制原理框图；其中：1-船体，2-中央控制系统，201-中央控制器，202-惯导传感器，203-GPRS-4G通信模块，204-航行命令转换器，205-遥控信号收发器，3-动力及转向控制系统，301-涵道式风力螺旋桨，302-转向机构，4-卫星GPS导航模块，401-卫星信号接收器，402-卫星信号发射器，5-沼泽湿地植物高光谱监测系统，501-高光谱监测仪，502-高清摄像设备，6-水生态环境监测系统，601-承载浮台，602-传感器承载托盘，603-水生态环境监测传感器，604-传感器插口，605-铅条，606-侧孔，7-数据存储单元，9-供电系统，10-航行控制器，11-桅杆，12-牵引环，13-保险扣，14-防锈链，15-防撞层，16-电机。具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例1请参照图1和图2，一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，包括船体1、中央控制系统2、动力及转向控制系统3、卫星GPS导航模块4、沼泽湿地植物高光谱监测系统5、水生态环境监测系统6、数据存储单元7和供电系统9，所述动力及转向控制系统3通过航行控制器10与所述中央控制系统2通信连接，所述卫星GPS导航模块4和数据存储单元7通过串口总线与所述中央控制系统2通信连接，所述沼泽湿地植物高光谱监测系统5和水生态环境监测系统6通过总线与所述中央控制系统2通信连接，所述供电系统9为中央控制系统2、动力及转向控制系统3、卫星GPS导航模块4、沼泽湿地植物高光谱监测系统5和水生态环境监测系统6提供电源；本发明的航行控制器10内置储存卡，通过将预定航线和航行轨迹提前设定后存入内置存储卡，可实现自主巡航和定点、定线巡航功能，为灵活、高效的浅水沼泽湿地水生态监测提供条件，数据存储单元7可以选择FLASH芯片作为存储单元，保证突然断电情况下数据的实时存储。所述动力及转向控制系统3安装在所述船体1的船尾上方，用于控制无人监测船的航向；所述中央控制系统2安装在所述船体1中央，包括中央控制器201、惯导传感器202和GPRS-4G通信模块203，所述惯导传感器202与中央控制器201通过导线连接，所述惯导传感器202用于实时监测无人监测船的平稳度，所述GPRS-4G通信模块203与中央控制器201通过串口总线相连，所述GPRS-4G通信模块203用于远程接收信息与命令以及上传数据；本发明的惯导传感器202能够实时检测和测量船体1的加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度运动，保证船体1的平稳航行，内置失控保护功能，避免发生侧翻、丢船等意外。无线监控与实时数据显示系统与GPRS-4G通信模块203进行交互通信，可实时接收和查看高光谱监测数据和水环境监测数据，能够通过GPRS-4G通信模块与中央控制器201进行实时通讯交互，通过一键返航或遥控返航的方式回到起始监测位置。所述卫星GPS导航模块4安装在船头，用于实现无人监测船的导航定位；所述沼泽湿地植物高光谱监测系统5通过桅杆11安装在船头上方，包括高光谱监测仪501和高清摄像设备502，所述高清摄像设备502和高光谱监测仪501通过导线与所述中央控制器201通信连接；所述水生态环境监测系统6通过牵引机构安装在所述船体1后尾。本发明的无人监测船的船体1采用窄长的单体式船身和流线型船底设计，能够避免水草对船体1的缠绕，减轻阻力，船舱扁平使其更加适应于浅水沼泽湿地；船头及船身加敷防撞层15，所述防撞层15填充软体防撞缓冲橡胶材料，使船身既能够避免礁石、浅滩、淤泥、湿地植被等对船体1的撞击，又能够在穿梭于湿地植被中时缓缓将植被推开，也能避免船体1行进时对湿地植被的破坏。请参照图4，所述中央控制系统2还包括航行命令转换器204和遥控信号收发器205，所述遥控信号收发器205用于收发手持遥控终端的遥控信号，所述遥控信号收发器205通过航行命令转换器204与所述中央控制器201连接。本发明的遥控信号接受器可接受无线遥控信号，航控命令转换器转换为电机控制信号，进入航行控制器10，实现定速巡航等功能。请参照图1和图2，所述船体1为动力及转向控制系统3包括一组涵道式风力螺旋桨301和转向机构302，所述的一组涵道式风力螺旋桨301对称分布在所述船体1船尾的上方，所述转向机构302安装在所述涵道式风力螺旋桨301的下方，所述转向机构302通过导线与所述中央控制器201通信连接。本发明在船体1的船尾安装桅杆11，在桅杆11上安装舵机，舵机连接涵道式风力螺旋浆及电机16，涵道式风力螺旋浆是在螺旋桨基础上外加涵道构成，设于船体1船尾上方，不会被湿地植被羁绊，保证了船的强劲动力，具有动力效率高、安全性强、振动小和噪声低等优点，转向机构302位于螺旋桨与船体1连接处，可以根据实际水流方向和船头航行方向，按照设定航线或人为遥控调整风力螺旋桨的推进方向，使得涵道式风力螺旋浆进行水流适应的侧向转动，实现船体1缓冲水流影响，以保持船体1的航向，解决了水流冲击下无人船航行偏离航线的难题，为水生态监测提供高精度控制设计条件。所述卫星GPS导航模块4包括卫星信号接收器401和卫星信号发射器402，卫星GPS导航模块4通过GNSS数据接口与中央控制器201连接实现定位用于实时追踪船的位置。请参照图1和图2，所述高光谱监测仪501旋转安装在桅杆11的顶端，所述高清摄像设备502旋转安装在桅杆11上且位于所述高光谱监测仪501的下方，其安装方式可采用现有技术的安装结构，能实现上述要求的安装结构均可。在船体1行进过程中，本发明的高光谱监测仪501和高清摄像设备502可实现水平360°和垂直90°的视线无遮挡的全方位拍摄，具有自动调焦、自动扫描速度匹配、自动采集并保存数据的功能，基于高光谱监测仪501和高清摄像设备502本发明实现了既定监测点和监测样线上沼泽湿地植物如苔草、芦苇、香蒲湿地植物无损性的自动快速监测，可实时监测和获取不同湿地植物的连续光谱，通过对后期高光谱测定数据与高光谱遥感影像的结合，能够精确判别和分析湿地植物种类、湿地植被覆盖度、生物量、叶面积指数、叶片含水量、植被茎秆特征、植被健康特征等，其数据格式适合于ENVI、eCognition等多种遥感图像处理软件和ArcGIS地理信息系统软件的空间数据处理，便于后期解译和空间数据分析；高清摄像设备502能够实现360°高清摄像和图像抓拍，视频数据可通过实时无线传输，保证在航行过程中实时掌握沼泽湿地水生态环境现状。请参照图2和图3，所述水生态环境监测系统6包括承载浮台601和传感器承载托盘602，所述传感器承载托盘602安装在所述承载浮台601上，所述承载浮台601通过牵引机构安装在船体1后尾，实现船体1行进过程中带动牵引浮台的移动，所述牵引浮台可采用轻型材料制成。所述牵引机构包括牵引环12、保险扣13和防锈链14，所述船体1后尾的侧部和承载浮台601的侧部均固定安装有牵引环12，所述防锈链14的首尾两端均连接有保险扣13，所述保险扣13与所述牵引环12扣接。采用保险扣13与所述牵引环12配合安装，便于拆卸和更换安装传感器，便于水环境监测指标的更换或增加。所述传感器承载托盘602上设有多个用于安装水生态环境监测传感器603的且倾斜角度为45°的倾斜传感器插口604；目的是为了在顺航行方向上减轻航行阻力，同时避免出现传感器正面接触水底而使传感器受到破坏的情形。所述生态环境监测传感器与所述中央控制器201通信连接，所述承载浮台601内侧底部设有配种铅条605，可避免航行过程中承载浮台601的侧翻，同时压实各水生态环境监测传感器603与水体的接触面，提高监测精度和减少误差。所述承载浮台601两侧均设有侧孔606，减轻承载浮台601的重量。请参照图3，所述水生态环境监测传感器603为水温传感器、pH传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、溶解性固体传感器、NH4-N传感器、叶绿素a传感器、蓝绿藻传感器中的一种或多种。水生态环境监测传感器603的种类可根据实际需求进行调整和扩展，优选地，各传感器外侧安装有5cm的橡胶皮筒保护套，橡胶皮筒保护套分布有不规则的1mm透水孔以便于透水监测，橡胶皮筒既能够对传感器起到固定作用，又能够起到保护作用，防止水底礁石、浅滩、淤泥等对传感器的损伤。请参照图4，一所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船的监测方法，包括以下几个步骤：S1、通过手持遥控或航行控制器10预设巡航路径，并将巡航路径存储到数据存储单元7；在启动巡航之前，首先检验无人监测船各系统的连接状态：将中央控制系统2、动力及转向控制系统3、卫星GPS导航模块4、沼泽湿地植物高光谱监测系统5、水生态环境监测系统6和数据存储单元7通过接口进行对应连接，检查供电系统9是否正常供电；S2、无人监测船根据巡航路径进行自动巡航，卫星GPS导航模块4将船体1的实时定位信息传输给中央控制器201并存储到数据存储单元7；具体地，启动供电系统9的电源，调试中央控制器201与手持遥控终端的连接状态，选择设定手持遥控或在航行控制器10中预设巡航轨迹的方式将巡航轨迹通过中央控制器201存储在数据存储单元7；S3、惯导传感器202将实时监测到的船体1的运动参数传输给中央控制器201并保存在数据存储单元7；具体地，卫星GPS导航模块4将船体1的实时定位信息传输给中央控制器201后，惯导传感器202实时检测和测量船体1的加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度等运动参数并将其传输给中央控制器201保存在数据存储单元7；S4、中央控制器201读取巡航路径、定位信息和运动参数，通过动力及转向系统控制无人监测船进行定速、定点、定线巡航至监测区域；具体地，中央控制器201实时读取相关巡航参数与轨迹设定，结合GPS的定位信息对无人监测船的转向机构302进行控制，转向机构302根据水流方向和船头航行方向控制涵道式风力螺旋桨301的推进方向及螺旋桨的功率大小，实现无人监测船的定速、定点、定线巡航控制；S5、高光谱监测仪501测得高光谱监测数据，判别和分析湿地植物的植被特征，根据高清摄像设备502测得的光谱遥感影像，高清摄像设备能够实现360°高清摄像和图像抓拍，水质检测模块实时监测水质指标，中央控制器201将所述植被特征、图像及水质指标存储到数据存储单元7；具体地，高光谱监测仪501能对周围环境进行全方位自动拍摄并采集高光谱监测数据，高清摄像设备50能够对周围环境拍摄图像和视频，高光谱监测仪501根据高光谱测定数据，利用遥感图像处理软件和ArcGIS地理信息系统软件的空间数据处理，来精确判别和分析湿地植物种类、湿地植被覆盖度、生物量、叶面积指数、叶片含水量、植被茎秆特征和植被健康特征，并将监测结果传输给中央控制器201，水生态环境监测传感器603将实时测量的多参数水环境指标和浮游藻类等指标传输到中央控制器201；导航路径及相关参数可以通过4G网络下载到FLASH芯片中保存，船自动根据导航信息航行；S6、无线监控与实时数据显示系统通过GPRS-4G模块203与中央控制器201进行实时通讯交互，然后通过一键返航或遥控返航的方式回到起始监测位置。以上所述的惯导传感器202采用法国iXSEA公司生产的PHINS惯导系统或维特智能生产的WTGAHRS110轴高精度惯导传感器；PRS-4G通信模块203采用华为ME909s-821amini-PCIe或华为ME909s-120mini-PCIe4GLTEM2MModule；航行命令转换器采用盛博公司生产的ADT800PC104数采模块；遥控信号收发器205采用美国DIGI公司生产的XStreamRS-232485RF；卫星信号接收器401和卫星信号发射器402均采用中海达iRTK5X超小型化GNSSRTK接收机或中海达TS7RTKGNSS接收机；高光谱监测仪501采用美国SOC-710便携式高光谱仪或美国SOC-710E便携式高光谱仪；高清摄像设备502采用台湾衡欣AZ9501专业高速摄像或AXISP1364-E高清摄像设备。本发明的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，实现了浅水沼泽湿地水生态环境的灵活、快速、高效定速、定点、定线和无损害扰动的自动监测，为浅水沼泽湿地复杂泥沼和植被环境下无人船灵活穿越和螺旋桨水草缠绕问题解决提供了一种有效途径，为结合遥感影像实现水生态指标的定量分析提供了有利条件，为水环境变化环境下的浅水沼泽湿地水生态特征响应机理研究提供基础数据支撑。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，包括船体1、中央控制系统2、动力及转向控制系统3、卫星GPS导航模块4、沼泽湿地植物高光谱监测系统5、水生态环境监测系统6、数据存储单元7和供电系统9，所述动力及转向控制系统3通过航行控制器10与所述中央控制系统2通信连接，所述卫星GPS导航模块4和数据存储单元7通过串口总线与所述中央控制系统2通信连接，所述沼泽湿地植物高光谱监测系统5和水生态环境监测系统6通过总线与所述中央控制系统2通信连接，所述供电系统9为中央控制系统2、动力及转向控制系统3、卫星GPS导航模块4、沼泽湿地植物高光谱监测系统5和水生态环境监测系统6提供电源；所述动力及转向控制系统3安装在所述船体1的船尾上方，用于控制无人监测船的航向；所述中央控制系统2安装在所述船体1中央，包括中央控制器201、惯导传感器202和GPRS-4G通信模块203，所述惯导传感器202与中央控制器201通过导线连接，所述惯导传感器202用于实时监测无人监测船的平稳度，所述GPRS-4G通信模块203与中央控制器201通过串口总线相连，所述GPRS-4G通信模块203用于远程接收信息与命令以及上传数据；所述卫星GPS导航模块4安装在船头，用于实现无人监测船的导航定位；所述沼泽湿地植物高光谱监测系统5通过桅杆11安装在船头上方，包括高光谱监测仪501和高清摄像设备502，所述高清摄像设备502和高光谱监测仪501通过导线与所述中央控制器201通信连接；所述水生态环境监测系统6通过牵引机构安装在所述船体1后尾。2.根据权利要求1所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，所述中央控制系统2还包括航行命令转换器204和遥控信号收发器205，所述遥控信号收发器205用于收发手持遥控终端的遥控信号，所述遥控信号收发器205通过航行命令转换器204与所述中央控制器201连接。3.根据权利要求1所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，所述动力及转向控制系统3包括一组涵道式风力螺旋桨301和转向机构302，所述的一组涵道式风力螺旋桨301对称分布在所述船体1船尾的上方，所述转向机构302安装在所述涵道式风力螺旋桨301的下方，所述转向机构302通过导线与所述中央控制器201通信连接。4.根据权利要求1所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，所述卫星GPS导航模块4包括卫星信号接收器401和卫星信号发射器402。5.根据权利要求1所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，所述高光谱监测仪501旋转安装在桅杆11的顶端，所述高清摄像设备502旋转安装在桅杆11上且位于所述高光谱监测仪501的下方。6.根据权利要求1所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，所述水生态环境监测系统6包括承载浮台601和传感器承载托盘602，所述传感器承载托盘602安装在所述承载浮台601上，所述承载浮台601通过牵引机构安装在船体1后尾。7.根据权利要求6所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，所述牵引机构包括牵引环12、保险扣13和防锈链14，所述船体1后尾的侧部和承载浮台601的侧部均固定安装有牵引环12，所述防锈链14的首尾两端均连接有保险扣13，所述保险扣13与所述牵引环12扣接。8.根据权利要求6所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，所述传感器承载托盘602上设有多个用于安装水生态环境监测传感器603的且倾斜角度为45°的倾斜传感器插口604，所述生态环境监测传感器与所述中央控制器201通信连接，所述承载浮台601内侧底部设有配种铅条605，所述承载浮台601两侧均设有侧孔606。9.根据权利要求8所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船，其特征在于，所述水生态环境监测传感器603为水温传感器、pH传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、溶解性固体传感器、NH4-N传感器、叶绿素a传感器、蓝绿藻传感器中的一种或多种。10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船的监测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：S1、通过手持遥控或航行控制器10预设巡航路径，并将巡航路径存储到数据存储单元7；S2、无人监测船根据巡航路径进行自动巡航，卫星GPS导航模块4将船体1的实时定位信息传输给中央控制器201并存储到数据存储单元7；S3、惯导传感器202将实时监测到的船体1的运动参数传输给中央控制器201并保存在数据存储单元7；S4、中央控制器201读取巡航路径、定位信息和运动参数，通过动力及转向系统控制无人监测船进行定速、定点、定线巡航至监测区域；S5、高光谱监测仪501测得高光谱监测数据，判别和分析湿地植物的植被特征，高清摄像设备502摄像和抓拍图像，水质检测模块实时监测水质指标，中央控制器201将所述植被特征、图像及水质指标存储到数据存储单元7；S6、无线监控与实时数据显示系统通过GPRS-4G模块与中央控制器201进行实时通讯交互，然后通过一键返航或遥控返航的方式回到起始监测位置。

百度查询： 中国水利水电科学研究院 一种用于监测浅水沼泽湿地水生态的无人监测船及其监测方法

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