河道生态监测系统及方法与流程

本发明涉及环境研究技术领域，具体而言，涉及河道生态监测系统及方法。

背景技术：

鱼类生物及其生存环境是统一的整体，两者相互依存、相互补偿、协同进化。因此，生物行为监测成为了河流污染监测、修复、预报和评价的重要手段。利用生物监测技术建立水环境安全生物毒性监测系统是目前国内外环境科学的一个研究热点，鱼类在不同环境因子发生变化时的行为响应也相继得到了广泛研究。

然而，目前以鱼类为监测对象的生物水质监测系统，大都是通过摄像机观察分析鱼类行为的变化来实现水质的监测及预警，由于后期数据处理难度较大，误差大等特点而导致生物监测系统的建设存在较大的偏差，很难得到鱼类行为响应的量化指标。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种河道生态监测系统及方法，用以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种河道生态监测系统，所述系统包括信号接收器、侦测器组件、监测终端及多个声波信号源，所述侦测器组件安装于监测水域内，所述声波信号源固定于所述监测水域内的鱼身上，所述信号接收器与所述侦测器组件电性连接，所述信号接收器与所述监测终端连接；所述侦测器组件用于接收所述声波信号源对应的声波信号，并发送给所述信号接收器；所述信号接收器将接收到的所述声波信号转发送给所述监测终端；所述监测终端对所述声波信号进行处理，以获得每个所述声波信号源对应的二维、三维轨迹。

进一步地，所述侦测器组件包括第一侦测器、第二侦测器、第三侦测器及第四侦测器，所述第一侦测器、第二侦测器、第三侦测器及第四侦测器分别与所述信号接收器电性连接，所述第一侦测器、第二侦测器、第三侦测器及第四侦测器分别安装于所述监测水域内的不同位置，所述第一侦测器、第二侦测器、第三侦测器及第四侦测器分别将接收到的所述声波信号向所述信号接收器发送。

进一步地，所述第一侦测器与所述第二侦测器所属的第一平面，所述第三侦测器与所述第四侦测器所属的第二平面，所述第一平面与所述第二平面平行且不重合。

进一步地，所述第一侦测器与所述第二侦测器之间的第一向量与所述第三侦测器与所述第四侦测器之间的第二向量垂直。

进一步地，所述监测终端对所述声波信号进行处理的方式包括：所述监测终端对所述第一侦测器、第二侦测器、第三侦测器及第四侦测器接收到的所述声波信号进行去噪处理；分别对每一所述声波信号源对应的去噪处理后的所述声波信号进行二维、三维拟合，以获得每个所述声波信号源对应的二维、三维轨迹。

进一步地，所述系统还包括激活器，所述激活器与监测终端连接，所述监测终端用于控制所述激活器的工作状态，以便控制所述激活器改变所述声波信号源的工作状态。

进一步地，当休眠的所述声波信号源靠近所述激活器时，所述激活器用于对靠近的所述声波信号源进行激活，以使所述声波信号源不断地发射出对应的所述声波信号。

进一步地，所述激活器分别利用不同激活码对不同的所述声波信号源进行激活，以使每一所述声波信号源不断地发射出唯一对应的声波信号。

进一步地，当已激活的所述声波信号源靠近所述激活器时，所述激活器还用于控制靠近的所述声波信号源进入休眠，以使所述声波信号源停止发射出所述声波信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种河道生态监测方法，所述方法应用于上述河道生态监测系统中的所述监测终端，所述方法包括：接收所述信号接收器发送的声波信号，所述声波信号包括与至少一个所述声波信号源对应的声波信号；对接收到的所述声波信号进行噪音去除处理，并存储；根据对应的声波信号源对存储的所述声波信号进行分类，其中每一类声波信号对应一所述声波信号源；分别对所述每一类声波信号进行处理，以获得每一所述声波信号源对应的二维、三维轨迹。

与现有技术的区别在于，本发明实施例提供的一种河道生态监测系统及方法。系统中的侦测器组件安装于监测水域内，所述声波信号源固定于所述监测水域内的鱼身上，信号接收器与所述侦测器组件电性连接，所述信号接收器与所述监测终端连接，所述侦测器组件用于接收所述声波信号源对应的声波信号，并发送给所述信号接收器，所述信号接收器将接收到的所述声波信号转发送给所述监测终端，所述监测终端对所述声波信号进行处理，获得每个所述声波信号源对应的二维、三维轨迹。通过获取的轨迹能更准确的确定鱼群的状态，能准确的获取鱼群对环境变化的行为响应指标，实现对鱼群所生存河道的水生态情况更加精准的监测。对水生态环境研究具有重要意义。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一种河道生态监测系统的结构示意图。

图2为图1中侦测器组件的示意图。

图3示出了本发明实施例提供的一种河道生态监测系统的另一部分结构示意图。

图4为图2中监测终端的结构示意图。

图5示出了本发明实施例提供的一种河道生态监测方法的步骤流程图。

图标：100-河道生态监测系统；10-信号接收器；20-侦测器组件；21-第一侦测器；22-第二侦测器；23-第三侦测器；24-第四侦测器；30-监测终端；40-声波信号源；50-激活器；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-输入输出单元；106-显示单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

请参照图1，图1示出一种河道生态监测系统100的示意图。河道生态监测系统100包括信号接收器10、侦测器组件20、监测终端30及多个声波信号源40。

上述信号接收器10分别与侦测器组件20及监测终端30连接，上述信号接收器10用于接收侦测器组件20发送的数据，并将接收到的数据反馈至监测终端30。信号接收器10包括多个数据输入接口。所述信号接收器10通过上述数据输入接口与接收侦测器组件20连接。

上述侦测器组件20用于接收所有声波信号源40发出的声波信号，并将所述声波信号发送至信号接收器10，并由信号接收器10向监测终端30发送。可选地，如图2所示，侦测器组件20包括第一侦测器21、第二侦测器22、第三侦测器23及第四侦测器24。上述第一侦测器21、第二侦测器22、第三侦测器23及第四侦测器24分别与所述信号接收器10电性连接，具体地，第一侦测器21、第二侦测器22、第三侦测器23及第四侦测器24各自通过一对应的数据输入接口与信号接收器10电性连接。所述第一侦测器21、第二侦测器22、第三侦测器23及第四侦测器24分别设置于所述监测水域内的不同位置，所述第一侦测器21、第二侦测器22、第三侦测器23及第四侦测器24分别将接收到的所述声波信号向所述信号接收器发送。第一侦测器21、第二侦测器22、第三侦测器23及第四侦测器24相互直接独立工作互补干扰。具体地，所述第一侦测器21与所述第二侦测器22所属的第一平面，所述第三侦测器23与所述第四侦测器24所属的第二平面，所述第一平面与所述第二平面平行且不重合，所述第一侦测器21与所述第二侦测器22之间的第一向量与所述第三侦测器23与所述第四侦测器24之间的第二向量垂直。以便通过侦测器组件20监听到的声波信号可以提取出发出该声波信号的声波信号源40的三维位置。侦测器组件20可以监听的水域范围至少为500m。如果为了检测更广的范围，可以加设多组侦测器。

声波信号源40固定于所述监测水域内的鱼身上。具体地，可以根据鱼的种类及大小选择固定于鱼的体表或植入鱼的体内。声波信号源40可以在被激活以后不断地向外界发射声波信号。一条鱼身上固定至少一个声波信号源40。需要说明的是，通常可以选择多个被研究的水生物群落，并分别在他们的体表固定一声波信号源40，例如，需要研究鲫鱼群对水环境变化的行为响应时，则选择多条作为实验的鲫鱼，并在它们身上固定声波信号源40，并放回到监测水域内。当声波信号源40接近侦测器组件20检测的范围内时，声波信号源40。

进一步地，如图3所示，河道生态监测系统100还可以包括激活器50。所述激活器50与监测终端30连接，所述监测终端30用于控制所述激活器50的工作状态，以便控制所述激活器50改变所述声波信号源40的工作状态。在激活器50被监测终端30控制进入激活声波源工作状态时，当休眠的所述声波信号源40靠近所述激活器时，所述激活器响应监测终端30的控制对靠近的所述声波信号源40进行激活，以使所述声波信号源40不断地发射出对应的所述声波信号。具体地，所述激活器分别利用不同激活码对不同的所述声波信号源40进行激活，以使每一所述声波信号源40不断地发射出唯一对应的声波信号。在激活器50被监测终端30控制进入休眠声波源工作状态时，当已激活的所述声波信号源40靠近所述激活器时，所述激活器还用于控制靠近的所述声波信号源40进入休眠，以使所述声波信号源40停止发射出所述声波信号。

进一步地，河道生态监测系统100还可以包括声波检测器。在声波信号源40被激活之后可以使用声波检测器对该声波信号源40进行检测，以验证是否能收到该声波信号源40向外发射的声波信号。

上述监测终端30可以是，但不限于台式计算机、便携式计算机、膝上型便携计算机、车载电脑等。如图4所示，所述监测终端30还包括存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105及显示单元106。

所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105及显示单元106各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。固化在所述监测终端30的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块或安装于监测终端30中的应用程序。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块。

用户可以通过输入输出单元105与监测终端30进行数据交互。所述输入输出单元105可以是，但不限于，虚拟键盘、实体键盘及鼠标等。

显示单元106提供与用户之间提供一个交互界面或用于显示轨迹数据。在本实施例中，所述显示单元106可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器进行计算和处理。

监测终端30与信号接收器10之间可以是电性连接，也可以是通信连接。在本发明实施例中，监测终端30还用于对所述声波信号进行处理，以获得每个所述声波信号源40对应的二维、三维轨迹。具体地，可以依据用户的选择生成二维轨迹及三维轨迹中的至少一种轨迹。所述监测终端30对所述声波信号进行处理的方式包括：所述监测终端30对所述第一侦测器21、第二侦测器22、第三侦测器23及第四侦测器24接收到的所述声波信号进行去噪处理；分别对每一所述声波信号源40对应的去噪处理后的所述声波信号进行二维、三维拟合，以获得每个所述声波信号源40对应的二维轨迹及三维轨迹。需要说明的是，当声波信号源40进入侦测器组件20的检测区域内，每一个时刻该声波信号源40发射出的声波信号均会被侦测器组件20中的每一个侦测器接收到。因此，根据每一个侦测器接收到的声波信号可以拟合出声波信号源40的二维位置信息及三维位置信息，获得二维、三维轨迹。该二维、三维轨迹也代表了安装了该声波信号源40的鱼的运动轨迹。通过对鱼类在不同生态环境中的行为响应进行三维定位监测，即可了解鱼类对环境变化的行为响应，进而作为一种对环境变化的预警。具体地，当检测到多条鱼对应的三维轨迹出现了异常，例如，长时间均禁止不动，或显示出了鱼群的迁徙迹象，则表明当前监测水域的水质出现了异常，以便提前预警相关工作人员对环境变化的关注。

第二实施例

请参照图5，图5示出本发明实施例提供的一种河道生态监测方法的步骤流程图。所述方法应用于第一实施例提供的河道生态监测系统100中的监测终端30。所述方法包括：

步骤S101，接收所述信号接收器发送的声波信号，所述声波信号包括与至少一个所述声波信号源40对应的声波信号。

步骤S102，对接收到的所述声波信号进行噪音去除处理，并存储。

步骤S103，根据对应的声波信号源40对存储的所述声波信号进行分类，其中每一类声波信号对应一所述声波信号源40。

在本发明实施例中，不同声波信号源40发送的声波信号也不相同。将属于同一声波信号源40的声波信号分为一类。

步骤S104，分别对所述每一类声波信号进行处理，以获得每一所述声波信号源40对应的二维、三维轨迹。

在本发明实施例中，分别对每一分类声波信号进行三维拟合，以获得对应的三维位置点。以及分别对每一分类声波信号进行二维拟合，以获得对应的二维位置点。根据不同时间点获得的三维位置点及二维位置点，分别生成对应的三维轨迹及二维轨迹。以便相关工作人员进行研究工作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法实现的具体过程，可以参考前述对系统的具体的工作过程的描述，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的一种河道生态监测系统及方法。系统中的侦测器组件安装于监测水域内，所述声波信号源固定于所述监测水域内的鱼身上，信号接收器与所述侦测器组件电性连接，所述信号接收器与所述监测终端连接，所述侦测器组件用于接收所述声波信号源对应的声波信号，并发送给所述信号接收器，所述信号接收器将接收到的所述声波信号转发送给所述监测终端，所述监测终端对所述声波信号进行处理，获得每个所述声波信号源对应的二维、三维轨迹。通过获取的轨迹能更准确的确定鱼群的状态，能准确的获取鱼群对环境变化的行为响应指标。对水生态环境研究具有重要意义。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。