[发明专利]一种类珊瑚礁水域生物质量演化评估系统

说明书

本发明提供一种类珊瑚礁水域生物质量演化评估系统，具体包括：小型水下机器人硬件系统、小型水下机器人软件系统、珊瑚礁健康状态评估系统和USBL水下定位系统；小型水下机器人软件系统搭载于硬件系统，并发送控制指令，实现水下机器人的水下运动和图像采集；珊瑚礁健康评估系统，基于硬件系统采集的珊瑚礁图像，利用颜色、LBP和Gabor混成式的珊瑚礁评估方法，对珊瑚礁的健康状态进行评估；USBL水下定位系统，用于实现船体与小型水下机器人之间的相对定位。本发明的有益效果是：提供了一整套以频繁的时间间隔方便、快速地记录珊瑚礁健康状况的自动化系统，大大提高创建急需的监测珊瑚礁健康状况的短期和长期变化时间序列数据的可行性。

技术领域

本发明涉及机器人系统领域，尤其涉及一种类珊瑚礁水域生物质量演化评估系统。

背景技术

珊瑚礁能维护水下生物多样性，珊瑚礁的生物多样性最为丰富，它为各种水下生物提供了理想的居住地。它能保护海岸线，珊瑚礁能保护脆弱的海岸线免受海浪侵蚀，健康的珊瑚礁就像自然的防波堤一般，约有70％～90％的海浪冲击力量在遭遇珊瑚礁时会被吸收或减弱，而珊瑚礁本身会有自我修补的力量，死掉的珊瑚会被海浪分解成细沙，这些细沙丰富了海滩，也取代已被海潮冲走的沙粒。它能维持渔业资源，许多具有商业价值的鱼类都由珊瑚礁提供食物来源及繁殖的场所，礁坪可以养殖珍珠、麒麟菜、石花菜和江蓠等。它能减轻温室效应，珊瑚在造礁过程中，通过体内虫黄藻，吸收大量二氧化碳，从而减轻了地球的温室效应。无论是在生态上还是在社会经济上都极为重要。然而，珊瑚礁几乎在当今世界的任何地方都受到严重的威胁。学习如何更好地管理和保护这些环境的一个初步步骤是，能够客观地记录它们的存在和健康随时间的变化。这些记录不仅对任何补救努力都至关重要，而且对于向立法者和执法官员提出保护这些生态系统的令人信服的案例也至关重要。

虽然人类潜水员通常被用来观察珊瑚礁和测量它们的健康状况，但在对潜水员有危险的情况下时，必须使用潜水装备进行必要的测量。此外，人工监测整个珊瑚礁的健康状况可能非常耗时和困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种类珊瑚礁水域生物质量演化评估系统。

本发明提供一种类珊瑚礁水域生物质量演化评估系统，具体包括：小型水下机器人硬件系统和小型水下机器人软件系统；所述小型水下机器人硬件系统搭载所述小型水下机器人软件系统，由所述小型水下机器人软件系统发送控制指令，实现水下机器人的水下运动、珊瑚礁图像采集；所述小型水下机器人硬件系统包括超短基线水下定位子系统，用于实现船体与小型水下机器人之间的相对定位；所述小型水下机器人软件系统包括珊瑚礁健康评估子系统；所述珊瑚礁健康评估子系统，基于所述小型水下机器人硬件系统采集的珊瑚礁图像，利用颜色、LBP和Gabor混成式的珊瑚礁评估方法，对珊瑚礁的健康状态进行评估。

进一步地，所述小型水下机器人硬件系统，具体还包括：两栖六足类机器人本体、视觉设备、控制堆栈、传感器堆栈、通讯单元和供电单元。

进一步地，所述两栖六足类机器人本体，为任意一种水下专用机器人；所述视觉设备包括4个具有不同性能的摄像头和一面镜子，具体为：一个前向摄像头、一对前鱼眼相机和一个使用45度的镜子调整后捕捉所述两栖六足类机器人正下方的海底图像的相机；所述供电单元采用锂电池，用于为所述小型水下机器人硬件系统供电。

进一步地，所述控制堆栈为搭载运行QNX系统的低功耗处理器；所述传感器堆栈为搭载运行GNU/Linux的双核处理器。

进一步地，所述小型水下机器人软件系统还包括：搭载于所述控制堆栈的实时控制子系统，用于实现所述两栖六足类机器人本体的PID速度控制和安全限制控制；搭载于所述传感器堆栈的运动规划子系统，用于实现所述两栖六足类机器人本体高级动作控制；所述高级动作包括：游泳、步行、坐姿和站立。

进一步地，所述珊瑚礁健康评估子系统，基于所述小型水下机器人硬件系统采集的珊瑚礁图像，利用颜色、LBP和Gabor混成式的珊瑚礁评估方法，对珊瑚礁的健康状态进行评估，具体流程为：