立体海洋监测系统应用技术——海洋牧场

奥谱天成Optosky

2022.4.11

作者奥谱天成

TA的动态

海洋为人类社会提供了重要的水资源、渔业资源、娱乐活动场所以及重要生态价值，海洋生态系统是气候变化的重要环节，在全球气候变化、生物多样性保护和人类生存发展等重要地球科学议题中发挥着重要作用。海洋水体是全球土地利用和气候变化敏感因子之一，因此海洋被称为环境变化的哨兵、集成者和管理者。

我们的人口众多，自然成长的海产品，已经很难满足人们日益增长的需求，目前，人工养殖的水产品产量约占我国水产品总产量的 70%；2011 年我国人工养殖的水产品产量达到 4023.2 万吨，约占世界总产量的 71%；所以，不管是淡水养殖面积还是水产品产量，我国在世界上都排名第一。

水产养殖，主要发生在海洋或者河流、池塘里，对于水质的依赖性非常的高，水质直接对最终的养殖效益有根本性影响。近年来，人们对水质的研究大大进步，我国在水产养殖行业的发展势头非常快，通过对相关水质参数水温、pH、及溶解氧等参数的收集和分析，并用增氧机等设备进行相关溶解氧参数的调整，使得水产生物在最适合的水质下养殖，大大提高了养殖产量，增加了经济效益。

因此，在水产养殖环境中建立水产养殖环境监测系统，对水产养殖环境主要参数及水产养殖的各种安全隐患进行自动监测和控制，是提高水产养殖密度和自动化水平的一个重要手段。

随着养殖技术的不断成熟，我国海水养殖业得到突飞猛进的发展，根据《全国渔业经济统计公报》，海洋区域范围大，需要大范围的快速监测，有需要局部的精细监测，因此，需要各种不同的仪器设备，来辅助人们监测海洋环境的变化。光谱分析仪，具有非接触、快速、准确等优点，既可以实现航空遥感大范围监测，又可以沉入水下进行精细化监测，可以给人们提供既大范围又有局部准确的海洋水质参数，指导人们的生产活动。

“海洋牧场”应用技术

1、鱼类活力分析系统

由于投放的饵料、水生植物、鱼类的排放等因素，养殖水通常都是浑浊的，加上生长过程中易受各种疾病的侵袭或者是有害生物的入侵，普通相机根本无法实施鱼类活力的监测和分析。目前一般采用水下摄像头监控，需要有人及时监控画面。而且水下能见度低，当养殖面积较大时需要较多水下摄像机，人工监控的工作量很大，也很难做到全面监控，所以，需要进行自动监控来代替人工监控。

差分相干差分偏振成像方法，可以有效抑制后向散射光对水下成像质量的影响，大幅提高水下成像图像质量，尤其是在浑浊水环境下，更能体现其优越性，对人们研究鱼类水下活动提供了重要的方法和手段。

主动水下相干差分偏振成像过程中，通过某特定偏振方向的入射光照射目标场景，在成像系统前加装偏振器，并使偏振器的透光轴方向与入射光的偏振方向保持正交，则此时与入射光偏振方向一致的后向散射光不能通过偏振器，从而滤除水体中的大部分后向散射光。同时，由于偏振器的存在，退偏后的目标信号光也被滤除一半后被探测器接收，上图为这一探测过程的原理。

边缘检测是鱼类行为跟踪极为重要的一个步骤，大部分的图像处理与图像分析都会采用边缘检测的方法，边缘是最重和最直接的图像特征。采用边缘检测的目的是为了找出到图像中像素变化最大也就是亮度变化剧烈的像素点构成的集合，表现出来也就是图像的轮廓的信息。

2、基于紫外荧光淬灭技术的溶解氧监测系统

采用荧光淬灭技术，对水中的溶解氧进行实时的监测，为增氧机的开启关闭，提供实时可靠的数据，防止养殖水产产品因为缺氧而大批量死亡。

奥谱天成相位法荧光读出电路

荧光淬灭法溶解氧测量具有以下优点：

a、不用更换膜片和电解液，不用打磨电极，减少了维护工作量，提高了工作可靠性；

b、荧光法传感器不消耗氧气，所以没有流速和搅动的要求，也不受硫化物等物质的干扰；

c、全天候24小时在线不断监测水体的溶解氧和温度；

d、根据溶解氧的浓度变化全自动控制增氧机、投料机等设备运作；

e、环保节能、降低用电成本，提高养殖效率，增加收益。

3、多参数海洋水质实时在线监测系统

奥谱天成多参数海洋水质实时在线监测系统

实时监测养殖行业中最常关注的溶解氧、温度、pH值、电导率等参数，集数据采集、数据记录、数据通信、数据处理和分析及数捉存储、查询等功能于一身

4、免试剂多参数水质分析仪

奥谱天成ATW2000免试剂多参数水质分析仪

多参数水质分析仪，是基于全光谱透射率、深紫外光谱、高光谱反演算法，进行水质多参数检测，该方法无需试剂，避免了检测带来的二次污染；同时检测速度快，只需要10s就可以检测较准确的结果，而传统方法因为需要进行消解，一次检测需要耗时1小时。

5、海洋断面辐照度分析仪

奥谱天成研制的 ATW2010 型海洋断面辐照度分析仪

每种生物都有他们最适合的的光照条件，不同的海洋光照环境决定了该海域适合养殖什么种类，采用奥谱天成生产的高灵敏度、低噪声微型光谱仪+大范围余弦矫正器，从而可以实时探测海洋断面的光照环境，为智慧养殖提供重要参考依据。

6、智慧养殖综合预警系统

奥谱天成海洋牧场云平台智能养殖系统

基于项目研制的海洋牧场水质传感器，再结合窄带物联网技术、5G技术、物联网技术为依据，将检测与控制技术、嵌入式综合处理系统、上位机软件等技术作为基础，构建基于海洋渔业数据的云服务平台，即“智慧渔业”的数据底座，进而助力生产、提升管理，实现海洋渔业管理与增值业务一体化。

关于奥谱天成 “ 海洋专项项目 ”

奥谱天成“海洋项目”可以实现海陆空三位一体的全方位海洋生态环境监测，不仅可以助力“十四五”海洋生态环境保护规划，更是提升了我国海洋高端探测设备在全球市场的竞争力和占有率。

奥谱天成“海洋项目”已于2021年10月25日通过厦门市海洋局审批，获批总经费4576万元！

项目概况

▶项目名称：基于高光谱成像融合技术的立体海洋水质监测系统研制与产业化

▶项目单位：奥谱天成（厦门）光电有限公司

▶合作单位：厦门大学信息学院

▶项目类型：海洋科技成果转化与产业化示范

▶项目类别：海洋装备制造

▶总经费：4576万元

▶项目简介：

该项目采用奥谱天成自主研发的创新性高光谱成像技术、深紫外多光谱成像技术、远程深紫外荧光技术、远距离偏振成像技术、水下荧光技术、水下地物光谱等多种光谱融合技术，开发一系列立体海洋生态环境监测设备及系统，从天空（无人机载）、海面（船载设备、智能浮标）及海底（水下无人船载），实现海洋水质参数遥感监测、船舶排放、海洋溢油、海底超视距观测、海水水质、海洋气体、赤潮、生物量、叶绿素等参数的立体海洋环境监测系统，替代进口，降低成本，提升我国海洋高端探测设备在全球市场的占有率和竞争力。

▶技术：

2大监测预警系统：

1、海洋牧场的水质实时监测系统；

2、海洋环境的大范围遥感及预警系统。

▶专利/标准：

1、专利：

申请发明专利

实用新型专利

2、标准：

主持制定行业标准

参与制定行业标准，团队标准

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