水利工程影响下通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法与流程

1.本发明涉及生态水利技术领域，尤其涉及水利工程影响下通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，越来越多的水利工程逐步建成投产，这些水利工程在防洪、发电、灌溉、航运等方面发挥着巨大的综合效益，但与此同时水库的建设和运行改变了原始的水文条件、打破了原有的生态平衡，造成了许多负面影响。水库的建设和运行对生态与环境的影响一直是备受国内外各界广泛争论和密切关注的热点和焦点问题。长江干流控制性水库建成后首先改变了长江中下游的河流径流量和其原有的季节分配，以及与径流有关生态环境因子，这些变化将直接或间接影响该流域重要生物资源的栖息水域和生活习性，改变生物群落的结构组成、分布特征等，从而对长江上下游一定范围的生态与环境带来深远影响。洞庭湖是长江中游第一个通江湖泊，也是中国水量最大的通江湖泊，同时洞庭湖也在长江流域发挥着重要的调蓄作用。近年来受雨量偏少、干支流水库群同时蓄水、水库清水下泄导致河道冲刷等内外多重因素影响，致使蓄水期洞庭湖的水位降低，动植物赖以生存的环境恶化，湖区珍稀鸟类数量持续下降，因此，研究与保护洞庭湖湖区的珍稀鸟类显得格外重要。
3.目前，通湖泊泊珍稀鸟类的监测方法主要有两种：1.研究人员通过望远镜远处观察鸟类的行为特征，并记录各项数据。2.通过电子监控装置对鸟类进行录像，研究人员对所获取的录像进行统计和分析。随着科学技术的发展，鸟类监测方法已经由一开始的人工使用望远镜进行观察记录逐渐转变成使用电子监控监测设备进行录像记录，同时，监测设备以及监测技术也不断发展，监测设备精度越来越高。但目前对鸟类监测设备及方法的研究仍处于起步阶段，监测设备还是比较简单，功能也比较单一，只能单纯的记录鸟类的捕食行为特征，无法通过图像信息直接对鸟类的捕食次数、捕食成功率等具体数据进行量化，还是需要人为的进行数据统计，大大降低了工作效率，无法快速高效地研究由于某些环境因素的变化对鸟类捕食行为的影响。
4.综上所述，迫切需要一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，既能克服需野外现场作业、分析复杂等问题，又能使操作简单方便，缩短野外作业时间提高精确性，增强可重复性，节省大量的人力物力和时间。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，此装置操作简单方便，目的在于针对现有的鸟觅食行为影响监测设备的不足，提供一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为的影响的监测装置。在以往的监测技术上进行改进，使监测设备监测鸟类觅食行为的同时能够监测水位波动的变化，最终可以得到
鸟类觅食行为和水位波动随时间同时变化的结果，以此来分析通江湖泊中水位波动变化对候鸟觅食的行为特征的影响。
6.为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：水利工程影响下通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置，它包括鸟类觅食行为监测装置、水位变化监测装置、太阳能发电装置和远程数据收集装置；所述鸟类觅食行为监测装置对鸟类捕食的行为进行监控，浮台随着水位变化而上下自由移动，竖直金属杆下部连接有光照感应器，浮台位置变化时光照感应器发出相对应的信号，并被远程系统接收和识别，将水位和鸟类觅食行为的实时信息显示出来，将采集到的数据信息进行量化，在水位波动变化时监测鸟类的觅食行为的变化。
7.所述鸟类觅食行为监测装置位于竖直金属杆的上半部分，所述竖直金属杆上半部分安装有塑料圆环，所述塑料圆环与塑料横杆紧密连接，所述塑料直杆另一端连接有图像收集器，所述图像收集器包括高清摄像机、图像信息发射器和底座；所述高清摄像机、图像信息发射器均安装在底座上方，所述高清摄像机表面安装有多个摄像头，所述高清摄像机通过数据线与图像信息发射器相连接，所述图像收集器通过无线网络将收集的图像信息传递到远程数据收集装置。
8.所述水位变化监测装置处于竖直金属杆的下半部分，所述竖直金属杆中间位置设有一块遮光板，所述竖直金属杆下半部分外部安装有塑料环，所述塑料环表面有凹槽，所述凹槽将塑料环与光照感应器相连接，所述光照感应器将电阻变化信息通过无线网络发送到远程数据收集装置，所述竖直金属杆中点处紧挨着遮光板连接有塑料杆，所述塑料杆的端部连接有灯泡，所述光照感应器下方设有浮台。
9.所述太阳能发电装置设有太阳能发电板，所述太阳能发电板通过电线与蓄电池相连接，所述蓄电池通过电线分别连接图像收集器、光照感应器和灯泡。
10.所述远程数据收集装置包括电脑，所述电脑通过无线网络接收来自图像收集器和光照感应器发出的信息，所述电脑装有深度识别模型；所述深度识别模型通过大量的鸟类捕食行为的图片进行训练，将鸟类捕食特征进行提取，最后能够分析鸟类是否捕食以及捕食是否成功，并将图像收集器中的图像信息进行量化。
11.所述竖直金属杆为空心可伸缩直杆，通过杆上按钮调节其长度，当按钮被按下时，竖直金属杆能够自由伸缩，竖直金属杆以及按钮的制造材料均为铝合金，并且其外部涂有一层生漆，所述生漆具有防水防腐蚀的功能。
12.所述塑料圆环能够上下左右移动，并且通过螺丝将其固定，塑料圆环上有圆形孔洞，所述圆形孔洞通过内部环状螺纹与塑料直杆连接；塑料直杆靠近竖直金属杆的一端有环状螺纹，通过旋转将其与塑料圆环上的圆形空洞相连接，其远离竖直金属杆的一端为凹槽，并通过凹槽与图像收集器连接。
13.所述浮台制作材料为为泡沫材质可浮于水面，且能够随着水位的上升下降自由上下垂直移动，浮台的截面大小刚好能够将竖直金属杆和光照感应器围住。
14.所述水利工程影响下通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置进行候鸟觅食行为影响的监测方法，它包括如下步骤：s1，设备的组装与安放，各仪器的初始条件和参数的设置；s2，受上游水库蓄水放水的影响时，通江湖泊中的水位会发生上升或下降的变化，
会使光照感应器的电阻增大或者减小，此时光照感应器会将电阻的变化信息通过无线网络传递到电脑中转换为水位变化信息记录并保存下来；s3，在监测水位变化的同时，打开图像收集器中的摄像机进行鸟类觅食行为的信息获取；记录后将图像信息通过数据线传输到图像信息发射器中，图像发射器将所接收的信息通过无线网络发送到电脑中记录下来；s4，电脑上的深度识别模型通过大量的鸟类捕食行为的图片进行训练，将鸟类捕食特征进行提取，最后分析鸟类是否捕食以及捕食是否成功，具体判断为：通过越冬候鸟嘴是否向下啄判断候鸟是否取食，通过候鸟是否头朝上作吞咽动作判断候鸟是否取食成功；s5，后处理，通过处理后得到的数值进行画图，以日期为横坐标，水位变化为主纵坐标绘制水位变化曲线；以日期为横坐标，取食次数为次纵坐标绘制取食次数变化曲线；两条曲线绘制到同一幅图上便于分析两者间的影响关系。
15.本发明有如下有益效果：1、本发明提供的装置可以同时监测水位的波动变化和鸟类的捕食行为特征，最后可分析出鸟类的捕食行为特征是否收到水位波动的影响以及二者之间相应的关系。
16.2、本发明提供的装置顶部有太阳能发电板，可以在天气晴朗的时候进行光能发电，并将获得的电量储存起来，提供给装置中的图像采集器、图像收集器、光照感应器、灯泡等设备使用，使得该装置具有节能环保的效益。
17.3、本发明设有深度学习模型，可以通过大量的鸟类捕食行为的图片进行训练，将鸟类捕食特征进行提取，最后可分析鸟类是否捕食以及捕食是否成功，可以将图像收集器中的图像信息进行量化，不需要人工时刻进行数据记录，提高了数据统计的效率。
18.4、本发明可在各种大小型湖泊中应用，能够得到鸟类捕食行为受到水位波动的影响情况，对湖泊、湿地等地方的鸟类的研究与保护提供应用价值。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
20.图1为根据本发明使用流程示意图。
21.图2为根据本发明的整体装置示意图。
22.图3为根据本发明的局部鸟类觅食行为监测装置示意图。
23.图4 为根据本发明的局部水位变化监测装置示意图。
24.图5为根据本发明的装置浮台部分截面示意图。
25.图6为根据本发明的监测实例1。
26.图7为根据本发明的监测实例2。
27.图8为根据本发明的监测实例3。
28.图9为根据本发明的监测实例4。
29.图中：1
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竖直金属杆，2
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塑料圆环，3
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塑料直杆，4
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图像收集器，5
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高清摄像机，6
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图像信息发射器，7
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底座，8
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摄像头，9
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遮光板，10
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塑料环，11
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光照感应器，12
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塑料杆，13
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灯泡，14
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浮台，15
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太阳能发电板，16
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电线，17
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蓄电池，18
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电脑。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
31.实施例1：参见图1-9，一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置，它包括鸟类觅食行为监测装置、水位变化监测装置、太阳能发电装置、远程数据收集装置四大部分；鸟类觅食行为监测装置对鸟类捕食的行为进行监控，浮台14随着水位变化而上下自由移动，竖直金属杆1下部连接有光照感应器11，浮台14位置变化时光照感应器11发出相对应的信号，并被远程系统接收和识别，将水位和鸟类觅食行为的实时信息显示出来，将采集到的数据信息进行量化，在水位波动变化时监测鸟类的觅食行为的变化。本发明可以远程实时采集通江湖泊候鸟觅食形态时的图像数据，并将采集到的数据信息进行量化，在水位波动变化时监测鸟类的觅食行为的变化。本发明具有操作简单方便，减少野外作业时间等优点。
32.进一步的，所述鸟类觅食行为监测装置位于竖直金属杆1的上半部分，所述竖直金属杆1上半部分安装有塑料圆环2，所述塑料圆环2与塑料横杆3紧密连接，所述塑料直杆3另一端连接有图像收集器4，所述图像收集器4包括高清摄像机5、图像信息发射器6、底座7；所述高清摄像机5、图像信息发射器6均安装在底座7上方，所述高清摄像机5表面安装有多个摄像头8，所述高清摄像机5通过数据线与图像信息发射器6相连接，所述图像收集器4通过无线网络将收集的图像信息传递到远程数据收集装置。
33.进一步的，所述远程数据收集装置设有电脑18，所述电脑18通过无线网络接收来自图像收集器4和光照感应器11发出的信息，所述电脑18装有深度识别模型19。
34.进一步的，，所述水位变化监测装置处于竖直金属杆1的下半部分，所述竖直金属杆1中间位置设有一块遮光板9，所述竖直金属杆1下半部分外部安装有塑料环10，所述塑料环10表面有凹槽，所述凹槽将塑料环10与光照感应器11相连接，所述光照感应器11将电阻变化信息通过无线网络发送到远程数据收集装置，所述竖直金属杆1中点处紧挨着遮光板9连接有塑料杆12，所述塑料杆12的端部连接有灯泡13，所述光照感应器11下方设有浮台14。
35.进一步的，所述顶部太阳能发电部分设有太阳能发电板15，所述太阳能发电板15通过电线16与蓄电池17相连接，所述蓄电池17通过电线16分别连接图像收集器4、光照感应器11和灯泡13。
36.实施例2：参见图1，如上一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，它包括如下步骤：s1，设备的组装与安放，各仪器的初始条件和参数的设置。
37.s2，受上游水库蓄水放水的影响时，通江湖泊中的水位会发生上升或下降的变化，会使光照感应器11的电阻增大或者减小，此时光照感应器11会将电阻的变化信息通过无线网络传递到电脑18中转换为水位变化信息记录并保存下来。
38.s3，在监测水位变化的同时，打开图像收集器6中的摄像机进行鸟类觅食行为的信息获取。记录后将图像信息通过数据线传输到图像信息发射器6中，图像发射器6将所接收的信息通过无线网络发送到电脑18中记录下来。
39.s4，电脑18上的深度识别模型可以通过大量的鸟类捕食行为的图片进行训练，将鸟类捕食特征进行提取，最后可分析鸟类是否捕食以及捕食是否成功。例如通过越冬候鸟
嘴是否向下啄判断候鸟是否取食，通过候鸟是否头朝上作吞咽动作判断候鸟是否取食成功。
40.s5，后处理，通过处理后得到的数值进行画图。以日期为横坐标，水位变化为主纵坐标绘制水位变化曲线；以日期为横坐标，取食次数为次纵坐标绘制取食次数变化曲线；两条曲线绘制到同一幅图像上便于分析两者间的影响关系。
41.实施例3：如上所述的一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，使用时，它包括鸟类觅食行为监测装置、水位变化监测装置、太阳能发电装置、远程数据收集装置四大部分；鸟类觅食行为监测装置对鸟类捕食的行为进行监控，浮台14随着水位变化而上下自由移动，竖直金属杆1下部连接有光照感应器11，浮台14位置变化时光照感应器11发出相对应的信号，并被远程系统接收和识别，将水位和鸟类觅食行为的实时信息显示出来，将采集到的数据信息进行量化，在水位波动变化时监测鸟类的觅食行为的变化。竖直金属杆1由铝合金材料制成，其长度为1.6m，直径为20cm，可通过杆上按钮调节其长度，当按钮被按下时，竖直金属杆可自由伸缩，外部涂有一层生漆，使其防能够水防腐蚀。本发明可以远程实时采集通江湖泊候鸟觅食形态时的图像数据，并将采集到的数据信息进行量化，在水位波动变化时监测鸟类的觅食行为的变化。本发明具有操作简单方便，减少野外作业时间等优点。
42.实施例4：如上所述的一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，使用时，所述鸟类觅食行为监测装置所述鸟觅食行为监测部分包括塑料圆环2、塑料直杆3、图像收集器4，图像收集器4通过塑料直杆3与塑料圆环2上的圆形孔洞22连接，塑料圆环2直接连接在竖直金属杆1的上半部分。所述塑料杆3长度为40cm，直径为3cm。所述塑料环2内径为20cm，外径为23cm，外表面上有直径为3cm的螺纹孔洞。所述的图像收集器4包括摄像机5、图像信息发射器6、底座三部分7，所述图像收集器4用于持续监测对应区域内的鸟类觅食行为，并将所捕获的图像数据传输到远程数据收集装置的电脑。
43.实施例5：如上所述的一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，使用时，所述水位波动变化的监测部分位于竖直金属杆1的下半部分，包括遮光板9、塑料环10、光照感应器11、塑料杆12、灯泡13、浮台14，用于监测水位波动变化。所述遮光板9，其大小更可以完全将光照感应器遮盖，避免自然阳光对光照感应器的干扰。所述光照感应器11依附在竖直金属杆1表面，当其全表面都有光照射时，光照感应器电11阻为最小值，随着光照强度的减小，其电阻值逐渐增加。所述灯泡13通过塑料杆12与竖直金属杆1相连接，灯泡13位于光照感应器11的正前方，其功率为20w，当其正常使用时可以充分照射光照感应器7，同时所述灯泡13与蓄电池12相连接，可从蓄电池17中获取的电能。所述浮台14环绕在竖直金属杆1中光照感应器11部分，其材料为塑料，当水位变化时，由于水的浮力作用使其往上升或者下降，同时遮挡住光照感应器11的部分表面，使得光照感应器11的电阻发生变化，最终光照感应器11将电阻变化信息发送到远程数据收集装置中去。
44.如上所述的一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，使用时，所述顶部太阳能发电部分位于竖直金属杆1的顶部，包括太阳能发电板15、蓄电池16，用
于将太阳能转换为电能，为整个装置中的用电设备提供电能。所述天阳能发电板11与竖直金属杆1的顶端相连接，当太阳能板受到阳光照射时，其将太阳能转化为电能，所转化得到的电能将储藏在蓄电池16中，蓄电池16通过电线16连接装置中的用电设备：图像收集器4、光照感应器11、灯泡13，为其提供电能。
45.如上所述的一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，使用时，所述远程数据收集装置包括电脑18，所述电脑18通过无线网络接收来自图像收集器4和光照感应器11发出的信息，所述电脑18装有深度识别模型19，所述的深度识别模型19可以通过大量的鸟类捕食行为的图片进行训练，将鸟类捕食特征进行提取，最后可分析鸟类是否捕食以及捕食是否成功。
46.如上所述的一种通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为影响的监测装置及方法，使用时，竖直金属杆1由铝合金材料制成，其长度为1.6m，直径为20cm，可通过杆上按钮调节其长度，当按钮被按下时，竖直金属杆可自由伸缩，外部涂有一层生漆，使其防能够水防腐蚀。
47.实施例6：某通江湖泊是长江流域重要的调蓄湖泊，具强大蓄洪能力，每年都会有许多种类的候鸟在迁徙的过程中在此处栖息觅食。由于该通江湖泊连接的江河上有某些大型水电站部分时段需进行蓄水发电，导致该通江湖泊水位会相应地发生变化，可能会影响在此栖息的候鸟进行觅食。候鸟越冬时间一般为9月至次年4月，根据历年观测资料可知某种候鸟数量一般在1月中旬达到峰值，因此研究时间集中在1月份。通过本发明提供的装置进行同一时段水位波动和候鸟觅食行为的监测，分析水位波动对候鸟觅食行为的影响，进而可以为保护该通江湖泊的候鸟提供更加科学的保护方案。采用本发明提供的装置，包括如下步骤：1）将监测通江湖泊水位波动对候鸟觅食行为的影响的装置运输至将要进行监测的通江湖泊的岸边，将装置安装完成，装置开始工作，此时装置上的浮台14漂浮在水面上，浮台14的高度正好到达光照感应器11中点高度。测量此时的水位并记录下来，此时光照感应器11电阻数据为光照感应器总电阻的一半，电脑18可以通过此初始条件将电阻变化信息和水位变化信息对应。
48.2）由于受上游水库蓄水放水的影响时，通江湖泊中的水位会发生上升或下降的变化，同时漂浮在水面上的浮台14会随着水位的变化而上升或下降，当浮台14上升或下降时，会使光照感应器11的电阻增大或者减小，此时光照感应器11会将电阻的变化信息通过无线网络传递到电脑中转换为水位变化信息记录并保存下来。
49.3）在监测水位变化的同时，打开图像收集器4中的摄像机5进行鸟类觅食行为的信息获取。摄像机对需监测的湖泊进行图像信息收集，记录所研究通江湖泊的候鸟的觅食行为，记录后将图像信息通过数据线传输到图像信息发射器6中，图像发射器6将所接收的信息通过无线网络发送到电脑18中记录下来。
50.4）电脑18上的深度识别模型19可以通过大量的鸟类捕食行为的图片进行训练，将鸟类捕食特征进行提取，最后可分析鸟类是否捕食以及捕食是否成功。例如通过越冬候鸟嘴是否向下啄判断候鸟是否取食，通过候鸟是否头朝上作吞咽动作判断候鸟是否取食成功。
51.5）电脑18接收来自光照感应器11的电阻变化信息，电脑18通过初始水位以及初始水位对应的光照感应器11的总电阻的一般，可将光照感应器11电阻变化信息转换成相应的
水位变化信息。
52.6）电脑18接收来自图像信息发射器6发送的图像信息，传输到深度识别模型19中，深度识别模型19将所接收到的图像信息量化，输出为取食次数、取食成功率等具体数值。
53.7）通过电脑处理后得到的数值进行画图。以日期为横坐标，水位变化为主纵坐标绘制水位变化曲线；以日期为横坐标，取食次数为次纵坐标绘制取食次数变化曲线；两条曲线绘制到同一幅图像上便于分析两者间的影响关系。如图6-9。从图6图、7中可以看出，越冬候鸟的取食次数与水位变化为正相关，而图8图、9中则反映出越冬候鸟的取食次数与水位变化关系为负相关。可以判断出候鸟在该区域的最适宜的取食水位应该在23.66m-27.75m之间。