基于人机工程学的手持海洋水质分析仪设计

海洋生态环境监测数据的获取和分析,是进行海洋生态环境保护的基础,且同海洋水质监测仪器等设备密不可分。然而,当前国内海洋仪器装备大多依赖进口,国内研发的产品在技术、功能等设计创新方面同欧美国家仍有较大差距。本研究应用人机工程学理论研究设计手持海洋水质分析仪。通过分析手持式仪器设备的人机原则和现有水质分析仪的整体外观、操作界面、信息显示界面等人机状况,提出人体尺寸的分析选择、信息显示与操作界面的人性化、造型与人机的合理等手持海洋水质分析仪造型设计的人机原则。以手持海洋水质分析仪造型设计为例,应用计算机辅助设计技术进行手持海洋水质分析仪创新方案设计,并展开手持海洋水质分析仪的构成与设计要求、人体尺寸数据应用、人机信息显示界面设计、人机操作界面设计、外观设计等内容的设计分析。本研究提出的符合人机工程学的手持海洋水质分析仪设计方案,减轻了作业者的操作疲劳,提高了舒适性,为相关手持产品的设计研究提供了参考。

基于CIE色度角的海洋水质环境监测方法

结合国际照明委员会(Commission International de l’Eclairage, CIE)颜色系统,首先利用基于卫星多光谱遥感反射率的色度角信息获取方法,得到色度角信息数据集;然后,将色度角数据集与航测数据集匹配,建立基于色度角信息的总叶绿素和悬浮颗粒物浓度反演模型;最后利用现场采集的辽宁大连附近海域高清数码图像进行验证。结果表明:基于色度角信息反演得到的叶绿素a质量浓度、悬浮颗粒物质量浓度的反演模型精度较高,二者与色度角的相关系数R^(2)分别为0.73、0.81,且均与色度角呈负相关关系。该模型可以与无人机、数码相机等系统联动,并与卫星遥感组成立体监测系统,为海洋水质环境监测提供一种新方法。

基于传感器网络的海洋水质监测及赤潮预报系统的设计

针对海洋环境变化快、水质检测难度大的问题,通过建立传感器网络,得到更为准确的水质模型,研发了基于传感器网络的海洋环境监测与预报系统,该系统可实现对海洋水质的在线和离线分析以及对未来水质的预测和预报。系统包含数据采集子系统和数据处理子系统,分别实现海水水质要素的采集、水质监测浮标的位置定位和水质分析分类等功能,两者通过GPRS进行通信。实验结果显示,该系统运行良好,具有较高的可靠性,在赤潮等影响海洋水质的事件发生时,该系统可对相关事件的发展变化进行实时跟踪监测和预报,对预防海洋水质灾害的发生具有积极作用。

逐步判别分析法在海洋水质评价中的应用

针对粤西海域海洋水质评价这一问题,依照GB 3097—1997《国家海水水质标准》建立一个由400个站位组成、每个站位包含13个水质指标信息的假设随机样本,利用逐步判别分析法,在随机样本的13个水质指标中按其对水质分类判别能力的大小进行筛选,最终选出化学需氧量、石油类、镉、总磷、总氮这5个具有显著判别能力的指标,并利用这5个指标建立判别函数及水质分类图版,进而克服水质指标数据引入过多对水质评价模型的不利影响。利用上述水质分类图版对粤西海域2010年40个站位的水质状况进行了评价,对比海洋与渔业环境监测站的水质分类结果,其正确率为95%,说明该水质分类图版具有良好的实际应用效果,可作为解决利用多水质指标信息综合评价海洋水质这一问题的有效方法。

海洋水质在线评估可行性分析

立足我国当前海洋生态在线监测的发展情况,文中主要论述了开展海洋水质在线评估的可行性。理论上分析了在线评估的技术基础和评估对象,认为稳定可靠的综合在线监测系统是实现海洋生态在线评估的技术基础,而在线监测获取的监测数据是在线评估的主要对象。还对在线估软件的基本设计思路进行了初步探讨。在线评估软件可实现海水水质等级实时分析、参数测量结果的实时展示和水体富营养化等指标的实时计算。在线评估充分体现了实时、在线的特点,可满足用户对海洋水质状况实时获取的需求。通过分析,认为目前我国开展海洋水质在线评估工作面临的主要工作有两个:一是有限的在线监测要素制约了在线评估数据产品的丰富和多样性,二是在线监测和在线评估工作与现行海水水质测量和评估标准之间的关系有待进一步规范。

基于机器学习理论的海洋水质评价模型

为构建适用于海洋水质的评价模型,这里以大数据下的机器学习理论为基础,利用一个包含40万个站位组成,每个站位包含13个水质指标信息的理论假设大样本,选择三种适用于多特征多分类问题的机器学习算法:决策树、贝叶斯和支持向量机来构建适用于水质评价的模型,得出基于支持向量机算法的评价模型效果最好,可作为解决利用多水质指标信息综合评价海洋水质这一问题的有效方法。

船载海洋水质自动监测系统研制和应用

介绍了船载海洋水质环境自动监测系统的研制和试验应用情况。系统由水质测量仪器、海水采样、数据采集控制和通信单元组成,测量参数包括常规五参数和营养盐。系统实现了自动采样和测量、远程数据传输的功能,在天津市海洋生态红线区开展了试验应用。通过绘制大范围的监测数据图表,分析评估了海洋水质环境状况,并与海洋管理部门公布的信息进行了对比分析。

多参数水质检测仪在海洋水质监测中的应用

多参数水质检测仪是用于海洋水质监测的一种新型仪器,用它可以同时测量海水的温度、深度、盐度、叶绿素浓度、浑浊度、溶解氧和pH值七个参数。本文将详细介绍该仪器的功能及技术指标、标定和使用方法。利用该仪器作者于2002年11月至2003年8月间在渤海和北黄海域进行了调查测量,取得了较好的效果。

海洋水质参数数据采集传输技术的研究

本文提出了一种基于LabVIEW海洋水质参数数据采集系统,该设计方法依托传感器技术和虚拟仪器技术的发展,方法简单、性价比高。设计出的采集系统交互性好,操作方便,并且可以根据用户的需求自定义采集控制和数据分析处理,为低成本下构建数据采集系统提供了一种新思路。

海洋水质模型研究进展及发展趋势

介绍了水质模型的发展阶段,从一维、二维、三维的角度分析了海洋水质模型应用情况,展望了海洋水质模型未来的发展趋势,可为控制污染物排放、海洋水质监测及水资源管理提供系统参考。

基于LSTM模型的海洋水质预测

海洋水质实时预测和实时数据处理技术有利于充分利用海洋资源,发展海洋经济,解决沿海水域海水污染和水质监管问题。论文运用深度学习的长短时记忆网络(Long Short Term Memory Networks,LSTM)算法对不同时间段内采集到的海洋水质数据进行分析建模,以实现对未来海水水质的预测。与传统的支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)算法相比,LSTM取得了更好的拟合效果,拟合优度达到0.9554,平均绝对误差为0.0117,能很好地实现对海水水质的全天候预测,从而有效地监管海洋水质变化情况,提高海洋污染预警及海洋生态保护能力。

我国海洋水质在线监测系统的发展与展望

近些年,随着国家大力推行海洋水质监测系统的建设,我国沿海各省份相继在各自海域和河流入海口建设了大量的海洋水质监测浮标和岸基站海洋水质在线监测系统。经过这些年的快速发展,海洋水质在线监测系统的功能、稳定性和可靠性得到了很大的提高,但是仍然存在一些问题。本文结合海洋水质监测浮标和岸基站海洋水质在线监测系统的发展现状,对目前存在的一些传感器与仪表、水样的预处理、系统的运行维护等问题进行了分析,并对其发展作出了展望。

厦门建成海洋水质在线连续自动监测系统

厦门海域水质自动监测浮标分别布设在厦门同安湾鳄鱼屿、金厦东部海域、白石炮台外海、九龙江口鸡屿海域共4个监测站位。该系统经过了厦门市政府的审批并进行统一招标采购，于2006年底和2007年底分别进行了第一期和第二期的投资建设，从两年的运行情况看，效果良好，达到了预期的效果，目前进入规范化运转阶段。该系统的作用已日益显现，利用实时的监测数据，

海洋水质分析自动化

海洋水质分析是研究渔业资源变动必需的基础资料。不仅要了解海水成分的变动情况。而且还要弄清它和海流，气象等物理因素的关系，以及从浮游生物到大型鱼类的生态情况。

基于可变模糊集的海洋水质环境综合评价模型——以青岛疏浚物海洋倾倒区为例

传统的水质评价方法,往往将评价标准或参考标准处理成点的形式,难以反映水质分级的区间特征,本文探索将可变模糊数学模型应用到海洋水质环境综合评价中,同时将熵权理论与主观权重相结合,以综合权重作为基础构建基于可变模糊集的海洋水质环境评价模型,并将其应用于青岛倾倒区海水水质综合评价中,实例研究证明,该模型能够很好地对海洋水质环境综合情况进行准确评价,该模型通过变化模型参数(α与p,4个模型,1个线性,3个非线性),4种模型相互检验,将稳定结果作为最后评价结果,评价结果更为可信,同时,该模型能够通过级别特征值精确区分各海洋水质采样点的水质优劣,对各采样点的水质级别有更准确的定位,为改进和完善海洋环境评价研究领域提供了新的思路和方法。

基于NPZD模型的海洋水质预测与预报

提出NPZD类型的海洋水质模型,将模型划分为常参数、浮游植物沉降率时变和浮游植物增长率、浮游动物摄食率、沉降率及浮游生物的死亡率均为时变三种情况.分别利用三种模型对赤潮的发生进行预测.数值仿真验证了模型的正确性.结合特定海域的实测数据进行水质分析与预报,结果证实该模型是可行的.

基于物联网的海洋水文水质数据智慧化采集方案

针对海洋水文水质调查的现状与需求,结合先进的物联网(Internet of Things,IoT)技术与灵活的无人船装置技术,提出了一种适用于调查船作业的在线海洋水文水质智慧化采集方案。该方案支持两种调查作业模式(单船独空调查与多船协同调查),能够在线进行海洋水文水质数据的实时采集、处理、传输、存储、展示以及远程控制。最后,基于该方案设计并实现了一个在线海洋水文水质智慧化观测原型系统。实验结果表明,该原型系统能够对海洋水文水质状况进行实时的自动化观测,满足海洋调查中的基础水文水质数据的智慧化采集需求。并在较大程度上改善了现有传统调查方式时效性不足、成本高、观测过于分散等现状。

基于水质浮标在线监测的米氏凯伦藻赤潮过程及环境因子变化特征分析

相较于船舶走航监测,海洋水质浮标在线监测的优势在于能够获取目标海域长期、连续监测数据,能更好地反映环境状况的动态变化。为了厘清米氏凯伦藻赤潮的发生、发展动态,本文以2017年6月南麂附近海域米氏凯伦藻赤潮为例,分析海洋水质浮标获取的连续监测数据,探讨米氏凯伦藻赤潮过程叶绿素a和水环境因子动态变化特征及其与气象要素的关系。赤潮期间,水温为22.8~26.0℃、盐度为28.8‰~31.8‰、气温为20.4~27.3℃,该温盐范围均适宜米氏凯伦藻的细胞生长;较高的光照强度能够支持较高的藻类细胞密度。Pearson相关性分析显示,米氏凯伦藻细胞密度与叶绿素a浓度呈显著正相关;溶解氧(DO)及其饱和度(DO%)、pH、水温、气温等环境因子与叶绿素a浓度呈极显著正相关,盐度与叶绿素a浓度呈极显著负相关。向岸风生海流有利于藻种向近岸较高营养区域汇集,为赤潮的爆发创造有利条件。赤潮过程中,叶绿素a浓度、溶解氧饱和度、pH发生了协同变化,据此特征可以开展赤潮短期预警。

基于模糊评价的福建沿海水质卫星遥感监测模型

卫星遥感技术对于开展连续、实时、大尺度的海洋水质状况监测具有明显优势。该文充分利用卫星遥感的标准算法模型和半分析算法模型分别反演得到叶绿素a、颗粒状有机碳、黄色物质和透明度等海洋生态参数,并选取与福建沿海海水受污染程度密切相关的溶解氧、化学耗氧量、无机氮和活性磷酸盐作为海洋水质的评价因子,通过建立海洋生态参数与海洋水质评价因子两者之间的统计关系模型,在海洋水质综合评价中引入模糊综合评价法,最终建立一套基于卫星遥感和模糊评价的海洋水质监测模型,并利用2009-2013年福建沿海同步获取的海洋水质现场实测数据对模型的反演精度进行验证。结果表明:使用该监测模型开展对福建沿海海洋水质卫星遥感监测是可行的,监测准确率为81%,具有较好的业务化应用前景,由于模型对于Ⅳ类海洋水质监测的准确率明显高于Ⅱ类和Ⅲ类海洋水质,因此,比较适合于福建近岸海域的海洋水质监测。