一种立体遥感监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及遥感监测技术领域，尤其涉及一种立体遥感监测系统及其监测方法。

背景技术

遥感监测系统是利用高精度GPS卫星定位系统，对GIS系统、激光输出设备、高性能通讯设备经数字化、矢量化处理，地面遥感图像通过计算机直接判读，小区域图、表等成果直接即时输出，大区域所需数据信息经通讯设备传输回信息处理终端，系统在同一时间进行实时工作，实现野外部分数据采集自动化、智能化和高效化，随着科技的快速发展，人们对于水土保持遥感监测系统的要求也在不断的增加，导致现有的水土保持遥感监测系统满足不了人们的使用要求。

随着社会经济活动不断增多，不仅生态环境遭到的破坏问题持续加剧，促使饮用水水体遭受污染；传统饮用水水源地环境监测方法依旧存在较多短板，无法管控生态破坏对水安全造成严重威胁，水源地是饮用水的源头，先把源水从江河、湖泊中抽取到水厂，经过沉淀、过滤、消毒、入库(清水库)，再由送水泵高压输入自来水管道；其中对于河流型水源地，上、下游区域非常广阔，监测点无法予以充分覆盖，遥感监测技术对于饮用水水源地环境监测尤为重要，遥感技术能够借助人造卫星或飞行器等进行大范围监测，但是在下雨天气进行遥感监测会对飞行器造成损伤，因此，本发明推出一种立体遥感监测系统及其监测方法。

发明内容

为此，本发明提供一种立体遥感监测系统及其监测方法，用以克服现有技术中存在的不足。

本发明提供一种立体遥感监测系统及其监测方法，包括支撑桩、全景遥感器、气象监测系统、水土测定组件、数据获取与处理系统、无线通信模块，所述全景遥感器、所述气象监测系统均与所述数据获取与处理系统连接；所述数据获取与处理系统与无线通信模块连接；所述支撑桩上设有置物台，供电模块，所述供电模块设于所述置物台底端；所述水土测定组件与终端连接；所述全景遥感器、所述气象监测系统、所述数据获取与处理模块、所述无线通信模块均设于所述置物台上。

进一步地，所述置物台上设有连接板，所述连接板设有两个；所述连接板上还设有孔口，所述连接板顶端设有防雨罩。

进一步地，所述全景遥感器上设有鱼眼镜头，所述全景遥感器上还包括定位模块、中央数据模块，所述中央数据模块与所述定位模块连接；所述中央数据模块通过网络进行远程管理；所述定位模块获取在地理空间中的位置和方向。

进一步地，所述气象监测系统包括传感器、数据存储单元、定时时钟，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速传感器；所述传感器负责实时监测大气中物理量；所述数据存储单元内设有硬盘和处理器；所述定时时钟记录气象事件的发生时间。

进一步地，所述水土测定组件包括水质检测仪、流速仪，所述水质检测仪用于评估水体的化学、物理和生物学特性；所述流速仪用于测量水流的速度、流量和方向；所述水土测定组件外侧材质为不锈钢。

进一步地，所述数据获取与处理系统包括数据处理模块、存储模块、权限控制模块；数据处理模块从原始数据中提取有用的信息；所述存储模块存储实时或近实时采集到的数据；所述权限控制模块确保数据的安全性和隐私的措施。

进一步地，所述无线通信模块包括调制调解器、收发器、预警模块，所述收发器包括发射器和接收器；所述调制解调器用于将数字数据转换成模拟信号进行传输，并在接收端将模拟信号还原为数字数据信息；所述预警模块分析监测到的数据情况，并识别异常情况；所述收发器内设有发射器和接收器。

进一步地，步骤S1：明确水源地所处监测区域内的地区准确范围，安装支撑桩，支撑桩上放置全景遥感器；

步骤S2：确定地面传感器监测区域，根据上游下游的水流特点，按照梯度式分布的原则，进行地面支撑桩布置点位选点；

步骤S3：启动全景遥感器，监测水源区状况；启动气象监测系统，实现对气象数据的测量和记录；启动水土测定组件，监测区域水的水流速情况和水质情况；并记录监测数据；

步骤S4：基于全景遥感器监测数据得到探测目标的电磁波特性，记录分析，分析出水域的水流模型；

步骤S5：遥感监测系统对监测数据进行权重分析，判断监测数据的权重值是否符合相对应指标的标准权重范围值；

步骤S6：利用水质检测仪对不同功能分区的水质进行检测，检测是否含有有害物质，当有害物质超标时，水质检测仪将信息和检测到的数据发送终端；

步骤S7：数据获取与处理系统对接收到的来自全景遥感器和气象监测系统数据进行分析，根据监测数据的信息不佳，预警模块可发出报警信号；

步骤S8：收集完监测数据后，经过无线通信模块，将全景遥感器采集到的数据由发射器发送到接收器。

与现有技术相比，本发明一种立体遥感监测系统及其监测方法，根据上游下游的水流特点，按照梯度式分布的原则，进行地面支撑桩布置点位选点，支撑桩上均设有全景遥感器，通过多组全景遥感器获取的数据信息，进而获取该区域内监测数据模拟出遥感图像，解决了飞行器因恶劣天气因素而受限的问题；得出监测区域内的水土流失严重程度，达到水土流失监测的目的；通过气象监测系统，气象监测系统包括多种传感器，传感器负责实时监测大气中的各种物理量；水质检测仪主要关注水体的质量和组成，而流速仪则关注水体的流动特性；两者结合使用有助于全面评估水域的水况；预警模块通过空间分析，可以确定异常发生的地理位置、扩散趋势等信息，有助于更精准地定位和理解监测到的异常，一旦预警模块检测到异常或变化便发出警报，以确保相关人员能够及时获知。

附图说明

图1为本发明一种立体遥感监测系统及其监测方法所述的支撑桩结构示意图；

图2为本发明一种立体遥感监测系统及其监测方法所述的流程示意图；

图3为本发明一种立体遥感监测系统及其监测方法所述的步骤流程示意图。

支撑桩1、置物台11、连接板111、孔口112、防雨罩113、供电模块12。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种立体遥感监测系统，包括支撑桩、全景遥感器、气象监测系统、水土测定组件、数据获取与处理系统、无线通信模块，所述全景遥感器、所述气象监测系统均与所述数据获取与处理系统连接；所述数据获取与处理系统与无线通信模块连接；所述支撑桩上设有置物台，供电模块，所述供电模块设于所述置物台底端；所述水土测定组件与终端连接；所述全景遥感器、所述气象监测系统、所述数据获取与处理模块、所述无线通信模块均设于所述置物台上；所述置物台上设有连接板，所述连接板设有两个；所述连接板上还设有孔口，所述连接板顶端设有防雨罩；所述全景遥感器上设有鱼眼镜头，所述全景遥感器上还包括定位模块、中央数据模块，所述中央数据模块与所述定位模块连接；所述中央数据模块通过网络进行远程管理；所述定位模块获取在地理空间中的位置和方向；所述气象监测系统包括传感器、数据存储单元、定时时钟，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速传感器；所述传感器负责实时监测大气中物理量；所述数据存储单元内设有硬盘和处理器；所述定时时钟记录气象事件的发生时间；所述水土测定组件包括水质检测仪、流速仪，所述水质检测仪用于评估水体的化学、物理和生物学特性；所述流速仪用于测量水流的速度、流量和方向；所述水土测定组件外侧材质为不锈钢；所述数据获取与处理系统包括数据处理模块、存储模块、权限控制模块；数据处理模块从原始数据中提取有用的信息；所述存储模块存储实时或近实时采集到的数据；所述权限控制模块确保数据的安全性和隐私的措施；所述无线通信模块包括调制调解器、收发器、预警模块，所述收发器包括发射器和接收器；所述调制解调器用于将数字数据转换成模拟信号进行传输，并在接收端将模拟信号还原为数字数据信息；所述预警模块分析监测到的数据情况，并识别异常情况；所述收发器内设有发射器和接收器。

本发明提出了一种立体遥感监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：明确水源地所处监测区域内的地区准确范围；

步骤S2：确定地面传感器监测区域，重点是确定地面支撑桩的分布点位，需要根据上游下游的水流特点，按照梯度式分布的原则，进行地面支撑桩布置点位选点；安装支撑桩，支撑桩上放置全景遥感器，进而获取该区域内监测数据，根据选择好的水源区点位，将支撑桩安装在水源区内合适的位置，针对重点水况不佳的区域，在室外的固定位置上，并根据需要调整全景遥感器的高度和位置，且全景遥感器的位置和高度会影响监测结果的准确性；

步骤S3：启动全景遥感器，开始监测水源区状况；启动气象监测系统，实现对气象数据的测量和记录；启动水土测定组件，监测区域水的水流速情况和水质情况；并记录监测数据；利用全景遥感器，在推算过程中模拟地表反射的遥感图像，通过气象监测系统和水土测定组件得出各类大气和水域参数等状态参量，其中会对监测区域的水质、水流速进行具体监测；

步骤S4：基于全景遥感器监测数据得到探测目标的电磁波特性，记录分析，分析出水域的水流模型；

步骤S5：对监测数据进行权重分析，得到监测数据的权重值，判断监测数据的权重值是否符合相对应指标的标准权重范围值，若符合，则忽略，若不符合，则进入下一步；

步骤S6：利用水质检测仪对不同功能分区的水质进行检测，并对其水质中的各种微量元素的成分以及含量进行分析，检测是否含有有害物质，检测各种有害物质的含量比例是否超标，当有害物质超标时，水质检测仪将信息和检测到的数据发送至终端；

步骤S7：对接收到的接收到的来自全景遥感器和气象监测系统数据进行分析，判断出该流域监测区域中有害物质含量的超标等级，利用水流速检测器测量各个功能分区不同季节的水流量、流速，将信息传递至无线通信模块，无线通信模块将信息数据传递给终端；其中，数据获取与处理系统对得到的数据进行分析并预处理，计算各功能分区能承受的最大降水量，终端将其降水量数据进行具体分析，判断出降水量是否在当前流速能承受的最大降水量范围；若降水量未超出最大降水量范围，则忽略，若超出最大降水量范围，则对其所超出的等级进行划分，同时无线通信模块将该信息传递给预警模块，若监测数据的信息不佳，预警模块发出警报；

步骤S8：收集完监测数据后，经过无线通信模块，将全景遥感器采集到的数据由发射器发送到终端接收器。

具体来说：

支撑桩设有多组，全景遥感器分别设于多组支撑桩上，可以安装在一个固定的采用特殊设计的支撑桩上，全景遥感器的下盘固定设在置物台上通过螺钉穿过孔口进行固定，使全景遥感器的鱼眼镜头能够监测水况内容，支撑桩连接有台式终端；

遥感是指非接触的，远距离的探测技术，一般指运用遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，遥感是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物；获取其反射、辐射或散射的电磁波信息；得出监测区域内的水土流失严重程度，达到水土流失监测的目的；

遥感技术从地面到高空的不同的高度对地球进行大范围探测与观测，获取有价值的数据，为宏观地掌握地面事物的现状情况创造了极为有利的条件：

由于遥感技术获取数据的速度快、周期短，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测；珍贵历史资料；客观反映变化通过遥感技术观测和探测的地表信息，可以客观地反映地物的状态及其变化；经济与社会效益：不受地面条件限制，方便获取资料；

全景遥感器配备中央数据模块，使其可以通过网络进行远程管理，使用户可以调整全景遥感器的设置、方向和焦距等参数；

全景遥感器需要与网络连接，以便将捕捉到的图像或视频实时传输到中央数据模块，网络连接对于实时监测至关重要；

鱼眼镜头：为了实现广角视野，全景遥感器的摄像头使用鱼眼镜头，鱼眼镜头能够捕捉到更广泛的场景，从而提供全景效果。

定位模块：确保获取的传感器数据与其在地理空间中的位置和方向相关联，这种关联性对于正确地分析和解释遥感数据、制定地图、进行定位和导航等至关重要，定位模块的作用包括以下几个方面：

空间定位：定位模块可以使用定位技术GPS来确定传感器所在的地理位置；

方向和姿态确定：除了位置外，定位模块还能提供有关传感器相对于地面的方向和姿态的信息，正如采集数据的方向性、倾斜角度以及三维空间中的布局。

气象监测系统用于获取和监测气象信息的系统，包括多个结构部件，以确保对大气条件的准确测量：

气象传感器：这是气象监测系统的核心部分，传感器用于测量不同气象参数，其中包括，温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速传感器，传感器负责实时监测大气中的各种物理量；

数据存储单元：用于存储和处理采集到的气象数据的部分，包括硬盘和处理器，用于执行必要的数据分析和处理任务；

定时时钟：用于确保数据具有时间戳，以便对气象事件进行准确的时间记录，对于分析和对比不同时间点的气象数据非常重要，例如，雷暴、降雨、温度波动等气象事件的发生时间对于研究和预测具有重要意义，通过定时时钟，可以准确地记录这些事件的发生时间，为气象研究提供有价值的信息；

水土测定组件包括水质检测仪和流速仪：水土测定组件的传感器通过固定装置放置在水下，用以测定和分析河流中水流速度，水土测定模块与数据获取与处理系统使用光纤、电缆等传输介质；

水质检测仪：用于评估水体的化学、物理和生物学特性，以确定水的污染程度或适用性；可测量水中各种参数，如pH值、溶解氧含量、电导率、浊度、温度、氨氮、硝酸盐、磷酸盐等；这些指标可以评估水质，检测污染物质或指示水体中状况；确保水资源的安全和可持续利用；

流速仪：用于测量水流的速度、流量和方向，帮助了解水体在空间和时间上的运动特性；通过传感器和测量装置，测量水流速度和流量，也包括流向的测量，这有助于了解水体流动的情况，河流中的流速和流量；它可以帮助规划者了解水的流动特性；

总的来说，水质检测仪与终端连接，采集的水放入水质检测仪中，检测出的数据会传输介质显示在终端上；流速仪施测时以悬杆悬吊水土测定组件沉入水面下一定深度，通过有线连接将数据传输到终端中，水质检测仪主要关注水体的质量和组成，而流速仪则关注水体的流动特性；两者结合使用有助于全面评估水况。

数据获取与处理系统

数据处理模块：用于从原始数据中提取有用的信息，这包括统计分析，模式识别等，根据应用场景和目标的不同而有所不同；

存储模块：用于存储实时或近实时采集到的数据；

权限控制模块：确保数据的安全性和隐私的措施，包括加密、访问控制、身份验证等，保护敏感数据免受未经授权访问的关键组件。

无线通信模块中包括有线通信、无线通信，调制解调器用于将数字数据转换成模拟信号进行传输，并在接收端将模拟信号还原为数字数据，调制解调器用于光纤、电缆等传输介质；

一体化的发送和接收设备，用于在设备之间进行双向通信，在无线通信中，收发器包含发射器和接收器；发射器设于无线通信模块中，接收器设于终端中；

在遥感监测中，预警模块起着关键的作用，帮助及时发现异常或变化，并采取必要的行动，预警模块的组成和作用可以根据具体的应用场景和监测需求而有所不同，但包括以下几个方面的组成和功能：

监测与检测：预警模块持续监测和检测指定的条件、数据或情况；

识别异常与风险：预警模块会分析监测到的数据或情况，并识别与预先设定的标准或模式不符的异常情况，这有助于发现潜在的风险出现的危险情况；

发出警报或通知：一旦数据获取与处理系统检测到异常或风险，预警模块会触发警报，发出警报信号通知相关人员或系统，这通过终端的声音警报、视觉提示方式实现；

支持及时响应与应对措施：预警模块的目的是让相关人员及时知晓问题并采取必要的行动，这涉及紧急维修、疏散、调整生产过程、采取保护措施或应对措施，以减少损失或降低风险；

提高效率与安全性：预警模块的使用可以提高系统运行的效率和安全性，通过及时发现问题并采取措施，可以减少潜在的损失或危险；

异常检测：预警模块包括专门设计的异常检测，用于识别与正常情况不符的地表特征或变化，用于自动化地检测潜在的问题；

空间分析：在遥感监测中，空间信息是关键因素之一，预警模块通过空间分析，可以确定异常发生的地理位置、扩散趋势等信息，有助于更精准地定位和理解监测到的异常；

警报和通知：一旦预警模块检测到异常或变化，其发出警报，以确保能够及时获知异常信息；

综合来说，其组成部分包括全景遥感器、气象监测系统、水土测定组件、数据获取与处理系统、无线通信模块，以确保对地表上游至下游水况变化或异常及时发现和响应。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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。