一种非法采砂生态环境损害评估系统及使用方法

技术领域

本发明涉及一种非法采砂生态环境损害评估系统及使用方法，属遥感勘测技术领域。

背景技术

河沙盗采对河流、湖泊灯水域生态环境危害严重，因此需要对河沙盗采进行严格的监管，针对这一需要，当前在进行河沙盗采及水域生态环境监管时，往往主要是依靠船舶、无人机巡视监管，虽然可以一定程度上满足对河沙盗采行为监管的需要，但一方面传统的监管方法工作效率低下、对河沙盗采行为监管劳动强度大、工作成本高，且在工作中易产生漏查、误查等情况，尤其是对水深较大的河床监控难度较大，导致对河道因河沙盗采造成生态破坏检测难度大、成本高；另一方面当前的监控方法在进行对河道盗采监控作业时，数据获取较为单一，数据精度差，从而导致无法准确对当前河道因河沙盗采对生态环境损害评估，也无法有效的对因河沙盗采对生态环境损害状态预测评估，从而导致河沙盗采对河道水域环境损害评估不足，也不利于及时发现河沙盗采情况。

因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的非法采砂生态环境损害评估系统及方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种非法采砂生态环境损害评估系统及方法。

一种非法采砂生态环境损害评估系统，包括综合评估服务器、航空遥感测绘机构、水下测绘机构及数据通讯基站，航空遥感测绘机构、水下测绘机构均至少一个，各航空遥感测绘机构、水下测绘机构均与数据通讯基站通过无线通讯网络建立数据连接，数据通讯基站另与综合评估服务器间通过无线通讯网络建立数据连接，且水下测绘机构另通过数据通讯基站与航空遥感测绘机构间建立数据连接，数据通讯基站数量不少于两个，各数据通讯基站间通过无线通讯网络连接，且相邻两个数据通讯基站间间距不小于500米。

进一步的，所述的航空遥感测绘机构包括无人机载体、安装盘、转台机构、驱动导轨、监控摄像头、远红外遥感测绘装置、激光遥感测绘装置、微波遥感测绘装置、无线通讯装置、多路稳压电源电路、数据处理电路，所述安装盘为横断面呈“冂”字形槽状结构，其上端面通过转台机构与无人机载体外表面连接，且安装盘轴线与水平面呈0°—90°夹角，所述驱动导轨嵌于安装盘下端面的槽体，为与安装盘同轴分布的闭合环状结构，所述监控摄像头、远红外遥感测绘装置、激光遥感测绘装置、微波遥感测绘装置均一个，嵌于安装盘下端面的槽体内，环绕安装盘轴线均布并与驱动导轨连接，且监控摄像头、远红外遥感测绘装置、激光遥感测绘装置、微波遥感测绘装置均通过驱动导轨与安装盘间滑动连接，所述无线通讯装置、多路稳压电源电路、数据处理电路均嵌于安装盘上端面内，且数据处理电路分别与无人机载体、转台机构、驱动导轨、监控摄像头、远红外遥感测绘装置、激光遥感测绘装置、微波遥感测绘装置、无线通讯装置、多路稳压电源电路电气连接，所述多路稳压电源电路另与无人机载体电气连接，所述无线通讯装置另与无人机载体的通讯电路建立数据连接。

进一步的，所述的水下测绘机构包括承载船体、监控摄像头、测距雷达、辅助照明灯、声纳装置、承载板、承载座、无线通讯装置、多路稳压电源电路、数据处理电路，所述承载座为横断面呈“U”字形槽状结构，包覆在承载船体下端面，并沿轴线方向分布，所述承载板至少两条，对称分布在承载座轴线两侧，所述承载板均为横断面呈矩形的板状结构，承载板与承载座侧壁间通过摆动机构铰接，承载板上端面与承载座轴线平行分布，并与水平面呈0°—90°夹角，所述承载板上设至少两个承载槽，且承载槽轴线与承载板板面垂直分布，所述测距雷达和声纳装置分别嵌于一个承载槽内，并通过三维转台与承载槽槽壁间铰接，且测距雷达和声纳装置轴线与水平面呈0°—90°夹角，所述测距雷达和声纳装置均与数据处理电路电气连接，所述监控摄像头共两个，分别嵌于承载座前半部和后半部下端面位置，且监控摄像头光轴与承载座轴线相交，并与水平面呈30°—90°夹角，所述监控摄像头左侧面和右侧面均设一个辅助照明灯，且所述辅助照明灯光轴与监控摄像头光轴平行分布，所述无线通讯装置、多路稳压电源电路、数据处理电路均嵌于承载座内，所述数据处理电路分别与无线通讯装置、多路稳压电源电路、监控摄像头、测距雷达、辅助照明灯、声纳装置、摆动机构、三维转台及承载船体的电路系统电气连接，且所述多路稳压电源电路另与承载船体的电路系统电气连接，所述无线通讯装置与承载船体的通讯系统电气连接。

进一步的，所述的数据处理电路均为以FPGA芯片、DSP芯片中任意一种为基础的电路系统，且所述数据处理电路另设充放电控制电路。

进一步的，所述的承载座为椭球体结构、梭形及水滴形结构中的任意一种，其长度为承载船体船底长度的0.5—1.5倍，所述承载板为梯形、三角形结构中任意一种的板状结构，且其横断面呈梭形及水滴形结构中的任意一种。

进一步的，所述的承载船体另设通讯天线，所述通讯天线包括板状天线、浮块、牵引绞线、卷扬机，所述卷扬机嵌于承载船体上端面内，通过牵引绞线与浮块下端面连接，所述浮块上端面设至少一个横断面呈“凵”字形的装配槽，所述装配槽内设至少一个板状天线，所述板状天线通过转台机构与装配槽侧壁铰接，且板状天线面与浮块上端面呈0°—90°夹角，所述卷扬机和转台机构与数据处理电路及承载船体的电路系统电气连接，所述板状天线与数据处理电路间通过导线电气连接。

进一步的，所述的综合评估服务器为基于大数据为基础的服务器系统，且综合评估服务器内设基于GIS、BIM为基础的三维电子建模系统，且综合评估服务器另通过服务器与外部分布式数据存储系统建立数据连接。

一种非法采砂生态环境损害评估系统的使用方法，包括如下步骤：

S1，系统预设，首先在待检测水域范围内构建至少两个数据通讯基站，然后在各数据通讯基站有效覆盖区域内设至少一个航空遥感测绘机构和至少一个水下测绘机构，并使航空遥感测绘机构、水下测绘机构均与数据通讯基站间建立数据连接，同时使一个航空遥感测绘机构与至少一个水下测绘机构间建立无线数据连接，并构成一个测绘工作组，在同一待检测水域范围内设至少一个测绘工作组，并使各数据通讯基站通过无线通讯网络与综合评估服务器建立数据连接；

S2，数据预设，完成S1步骤后，首先通过第三方平台获取待测绘范围内初始数据，所述初始数据包括但不限于水域生态环境数据、水源数据、污染源数据，并将获取的初始数据保存在综合评估服务器内，同时由综合评估服务器根据获取的初始数据构建待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型；

S3，监控测绘，完成S2步骤后，首先在待测绘范围内设置至少一个测绘工作组，然后同时驱动测绘工作组的航空遥感测绘机构和水下测绘机构同步运行，首先由航空遥感测绘机构对水域及水域周边生态环境进行遥感测绘，获得水域范围内河道两侧生态环境数据及河床结构数据；然后航空遥感测绘机构测绘的数据通过数据通讯基站发送至综合评估服务器内，一方面由综合评估服务器将接收的数据进行保存，并同时录入到S1步骤构建的待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型中，对待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型进行数据更新；另一方面根据接收的数据驱动河床重点检测范围，并将设定的河床重点检测范围数据发送至各水下测绘机构，并由各水下测绘机构根据接收的河床重点检测范围进行水下河床数据测绘，最后将各水下测绘机构测绘得到的河床重点检测范围内河道数据发送至综合评估服务器，并由综合评估服务器对各水下测绘机构测绘得到的河床数据进行保存，同时将水下测绘机构测绘得到河床数据补录到待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型中，从而得到当前河床河道生态数据；

S4，数据分析，定期执行S3步骤测绘作业，并根据各次测绘数据对待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型进行更新，一方面得到当前河道生态环境数据；另一方面由综合评估服务器对各次测绘数据进行汇总比对，根据比对结果一方面获得河床采砂破坏数据及因采砂导致河道沿岸生态受损数据；另一方面根据多次河道生态环境变换参数计算得到河道生态表面发展趋势函数；最后根据河道生态表面发展趋势函数，由综合评估服务器根据对河道生态环境变换进行仿真预测，得到仿真预测结果并根据仿真预测结果由综合评估服务器预警。

本发明系统构成结构简单，使用灵活方便，使用灵活方便且环境适应能力强，数据通讯能力好，可有效满足多种不同类型水域河床及河道沿岸生态环境变化状态监控评估作业的需要，且监控精度高，监控数据获取全面，并可根据测绘数据实现对河道沿岸及河床生态变换预测评估，有助于及时发现河沙盗采情况和预判河道因采砂造成河道生态损害状态，从而极大的提高河道监控管理工作的精度和工作效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明系统结构示意图；

图2为航空遥感测绘机构结构示意图；

图3为水下测绘机构局部结构示意图；

图4为承载座横断面局部结构示意图；

图5为承载板俯视结构示意图；

图6为本发明方法流程示意图。

1综合评估服务器、2航空遥感测绘机构、3水下测绘机构、4数据通讯基站、5通讯天线、21无人机载体、22安装盘、23转台机构、24驱动导轨、25监控摄像头、26远红外遥感测绘装置、27激光遥感测绘装置、28微波遥感测绘装置、29无线通讯装置、201多路稳压电源电路、202数据处理电路、31承载船体、32摆动机构、33测绘雷达、34辅助照明灯、35声纳装置、36承载板、37承载座、39承载槽、51板状天线、52浮块、53牵引绞线、54卷扬机、55装配槽。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种非法采砂生态环境损害评估系统，包括综合评估服务器1、航空遥感测绘机构2、水下测绘机构3及数据通讯基站4，航空遥感测绘机构2、水下测绘机构3均至少一个，各航空遥感测绘机构2、水下测绘机构均3与数据通讯基站4通过无线通讯网络建立数据连接，数据通讯基站4另与综合评估服务器1间通过无线通讯网络建立数据连接，且水下测绘机构3另通过数据通讯基站4与航空遥感测绘机构2间建立数据连接，数据通讯基站4数量不少于两个，各数据通讯基站4间通过无线通讯网络连接，且相邻两个数据通讯基站4间间距不小于500米。

如图2所示，本实施例中，所述的航空遥感测绘机构2包括无人机载体21、安装盘22、转台机构23、驱动导轨24、监控摄像头25、远红外遥感测绘装置26、激光遥感测绘装置27、微波遥感测绘装置28、无线通讯装置29、多路稳压电源电路201、数据处理电路202，所述安装盘22为横断面呈“冂”字形槽状结构，其上端面通过转台机构23与无人机载体21外表面连接，且安装盘22轴线与水平面呈0°—90°夹角，所述驱动导轨24嵌于安装盘22下端面的槽体，为与安装盘22同轴分布的闭合环状结构，所述监控摄像头25、远红外遥感测绘装置26、激光遥感测绘装置27、微波遥感测绘装置28均一个，嵌于安装盘22下端面的槽体内，环绕安装盘22轴线均布并与驱动导轨24连接，且监控摄像头25、远红外遥感测绘装置26、激光遥感测绘装置27、微波遥感测绘装置28均通过驱动导轨24与安装盘22间滑动连接，所述无线通讯装置29、多路稳压电源电路201、数据处理电路202均嵌于安装盘22上端面内，且数据处理电路202分别与无人机载体21、转台机构23、驱动导轨24、监控摄像头25、远红外遥感测绘装置26、激光遥感测绘装置27、微波遥感测绘装置28、无线通讯装置29、多路稳压电源电路201电气连接，所述多路稳压电源电路201另与无人机载体21电气连接，所述无线通讯装置29另与无人机载体21的通讯电路建立数据连接。

重点说明的，如图3所示，所述的水下测绘机构3包括承载船体31、监控摄像头25、测距雷达33、辅助照明灯34、声纳装置35、承载板36、承载座37、无线通讯装置29、多路稳压电源电路201、数据处理电路202，如图4所示，所述承载座37为横断面呈“U”字形槽状结构，包覆在承载船体31下端面，并沿轴线方向分布，所述承载板36至少两条，对称分布在承载座37轴线两侧，如图5所示，所述承载板36均为横断面呈矩形的板状结构，承载板36与承载座37侧壁间通过摆动机构32铰接，承载板36上端面与承载座37轴线平行分布，并与水平面呈0°—90°夹角，所述承载板36上设至少两个承载槽39，且承载槽39轴线与承载板36板面垂直分布，所述测距雷达33和声纳装置35分别嵌于一个承载槽39内，并通过三维转台301与承载槽39槽壁间铰接，且测距雷达33和声纳装置35轴线与水平面呈0°—90°夹角，所述测距雷达33和声纳装置35均与数据处理电路202电气连接，所述监控摄像头25共两个，分别嵌于承载座37前半部和后半部下端面位置，且监控摄像头25光轴与承载座37轴线相交，并与水平面呈30°—90°夹角，所述监控摄像头25左侧面和右侧面均设一个辅助照明灯34，且所述辅助照明灯34光轴与监控摄像头25光轴平行分布，所述无线通讯装置29、多路稳压电源电路201、数据处理电路202均嵌于承载座37内，所述数据处理电路202分别与无线通讯装置29、多路稳压电源电路201、监控摄像头25、测距雷达33、辅助照明灯34、声纳装置35、摆动机构32、三维转台301及承载船体31的电路系统电气连接，且所述多路稳压电源电路201另与承载船体31的电路系统电气连接，所述无线通讯装置29与承载船体31的通讯系统电气连接。

其中，所述的数据处理电路202均为以FPGA芯片、DSP芯片中任意一种为基础的电路系统，且所述数据处理电路202另设充放电控制电路。

同时，所述的承载座37为椭球体结构、梭形及水滴形结构中的任意一种，其长度为承载船体31船底长度的0.5—1.5倍，所述承载板36为梯形、三角形结构中任意一种的板状结构，且其横断面呈梭形及水滴形结构中的任意一种。

特别说明的，所述的承载船体31另设通讯天线5，所述通讯天线5包括板状天线51、浮块52、牵引绞线53、卷扬机54，所述卷扬机54嵌于承载船体31上端面内，通过牵引绞线53与浮块52下端面连接，所述浮块52上端面设至少一个横断面呈“凵”字形的装配槽55，所述装配槽55内设至少一个板状天线51，所述板状天线51通过转台机构23与装配槽55侧壁铰接，且板状天线51面与浮块52上端面呈0°—90°夹角，所述卷扬机54和转台机构23与数据处理电路202及承载船体31的电路系统电气连接，所述板状天线51与数据处理电路202间通过导线电气连接。

本实施例中，所述的综合评估服务器1为基于大数据为基础的服务器系统，且综合评估服务器内设基于GIS、BIM为基础的三维电子建模系统，且综合评估服务器另通过服务器与外部分布式数据存储系统建立数据连接。

如图6所示，一种非法采砂生态环境损害评估系统的使用方法，包括如下步骤：

S1，系统预设，首先在待检测水域范围内构建至少两个数据通讯基站4，然后在各数据通讯基站4有效覆盖区域内设至少一个航空遥感测绘机构2和至少一个水下测绘机构3，并使航空遥感测绘机构2、水下测绘机构3均与数据通讯基站4间建立数据连接，同时使一个航空遥感测绘机构2与至少一个水下测绘机构3间建立无线数据连接，并构成一个测绘工作组，在同一待检测水域范围内设至少一个测绘工作组，并使各数据通讯基站4通过无线通讯网络与综合评估服务器1建立数据连接；

S2，数据预设，完成S1步骤后，首先通过第三方平台获取待测绘范围内水域生态环境数据、水源数据、污染源数据等初始数据，并将获取的初始数据保存在综合评估服务器1内，同时由综合评估服务器1根据获取的初始数据构建待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型；

S3，监控测绘，完成S2步骤后，首先在待测绘范围内设置至少一个测绘工作组，然后同时驱动测绘工作组的航空遥感测绘机构2和水下测绘机构3同步运行，首先由航空遥感测绘机构2对水域及水域周边生态环境进行遥感测绘，获得水域范围内河道两侧生态环境数据及河床结构数据；然后航空遥感测绘机构测绘2的数据通过数据通讯基站4发送至综合评估服务器1内，一方面由综合评估服务器1将接收的数据进行保存，并同时录入到S1步骤构建的待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型中，对待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型进行数据更新；另一方面根据接收的数据驱动河床重点检测范围，并将设定的河床重点检测范围数据发送至各水下测绘机构3，并由各水下测绘机构3根据接收的河床重点检测范围进行水下河床数据测绘，最后将各水下测绘机构3测绘得到的河床重点检测范围内河道数据发送至综合评估服务器1，并由综合评估服务器1对各水下测绘机构3测绘得到的河床数据进行保存，同时将水下测绘机构3测绘得到河床数据补录到待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型中，从而得到当前河床河道生态数据；

S4，数据分析，定期执行S3步骤测绘作业，并根据各次测绘数据对待测绘范围水域生态三维模型及电子沙盘模型进行更新，一方面得到当前河道生态环境数据；另一方面由综合评估服务器1对各次测绘数据进行汇总比对，根据比对结果一方面获得河床采砂破坏数据及因采砂导致河道沿岸生态受损数据；另一方面根据多次河道生态环境变换参数计算得到河道生态表面发展趋势函数；最后根据河道生态表面发展趋势函数，由综合评估服务器1根据对河道生态环境变换进行仿真预测，得到仿真预测结果并根据仿真预测结果由综合评估服务器1预警。

本发明系统构成结构简单，使用灵活方便，使用灵活方便且环境适应能力强，数据通讯能力好，可有效满足多种不同类型水域河床及河道沿岸生态环境变化状态监控评估作业的需要，且监控精度高，监控数据获取全面，并可根据测绘数据实现对河道沿岸及河床生态变换预测评估，有助于及时发现河砂盗采情况和预判河道因采砂造成河道生态损害状态，从而极大的提高河道监控管理工作的精度和工作效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。