[发明专利]一种基于图像处理的小型水域水华监测预警方法

说明书

技术领域

本发明属于水环境监测技术领域，具体涉及小型水域(即江、河上游水库、城镇饮用水源的水库、城镇取水区河段、常发生水华的江、河、湖泊区及景观水域等)的水华监测预警方法。

背景技术

近年来，随着工业、科技的飞速发展，大量的含有大量氮、磷的工、农业及生活废弃物排入水中，致使江、河、湖泊等水域的淡水出现富营养化而暴发水华(如绿藻水华、蓝藻水华等)，我国的太湖、滇池、巢湖、洪泽湖都发生过水华，水华造成是最大危害是：①藻类毒素通过食物链间接影响人类的健康或藻类的产生的致癌物质直接威胁人类的健康和生存，污染水源；②自来水厂的过滤装置被藻类“水华”填塞，影响取水；③漂浮在水面上的“水华”影响景观，而且有难闻的臭味，污染环境等。可见水华现象频繁出现，不仅造成大面积水环境的破坏，而且也带来了巨大的经济损失。因此，在江、河上游的源头水域、地方湖泊以及特定功能水域(城镇取水区、饮用水源和景观水域等)等淡水源头进行监测，对该水域水华的发生、变化及灾情趋势进行监测预警是非常有意义的。

现有水华监测预警方法，如2008年8月6日公开的，公开号为CN101236519A的“用于蓝藻监测及蓝藻水华预警的浮标”专利，公开的浮标由浮标载体、仪器舱、监测传感器集合体(由五种不同的传感器集合而成)、通讯天线、太阳能电池板构成。应用时，将一定数量的浮标布置在被测水域的特定位置，对水体的不同深度进行监测，并将监测的数据通过天线传输到监测中心，进行数据分析后实时预警。该专利的主要缺点是：

1.监测的局限性大。该专利只将一定数量的浮标布置在被测水域的特定位置，对水体中的不同深度进行监测(即水下监测)，不能对较大面积的水域进行监测，也不能对水面污染物的扩散规律、分布范围、污染程度等进行监测；浮标在监测的时候需要与水体直接接触，而且占据一定的水域空间，不适合在一些特定功能的水域(如饮用水源、景观水域等)直接应用。因此，浮标监测的局限性较大。

2.维护费用高，监测成本高。该专利在实际应用中，需要专门的技术人员定期到监测现场对浮标进行维护，耗时耗人力，从而较大地增加了维护成本。为了获取准确的水质信息，就必须用昂贵的高精度监测传感器，并且该专利的传感器量大，种类多，从而提高了监测成本。

3.普及性差。由于该专利的成本高，结构复杂，使用、操作和维护的专业性较强强，不利于在管理部门、企业和科研单位普及使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有水华监测预警方法的不足，提供一种基于图像处理的小型水域水华监测预警方法，具有成本低，对环境适用能力强，能实时获取水面污染信息并能自动识别水华进行报警，便于推广应用等特点。

本发明的机理：本发明首先以被测水域的历史水华区域图像为样本图建立颜色先验模型，即将样本图的每个象素从三原色(RGB)空间转换到色、亮分离(HSV)空间，为了在各种光照情况下都能锁定水华区域，因此摒弃HSV色彩空间中的饱和度(S)和亮度(V)分量，只采用色调(H)分量。HSV模型是最贴近人类对色彩的感知方式，而颜色信息对该空间的H(色调)分量比较敏感，且H(色调)分量很大程度地去除了光照的影响，因此建立的颜色先验模型不受环境光线变化的影响。

先建立水华区域的颜色先验模型，设{x′_j}_{j＝1，2…n}为历史样本图的水华区域的n个像素，在颜色模型中，当H(色调)分量的离散化取值为i(i＝1，2...，360)的色调概率为：