海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋生態(tài)環(huán)境檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種海洋垃圾和生物個(gè)體的 區(qū)分方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前評(píng)估漂浮垃圾的數(shù)量、種類和分布的三種技術(shù)：來自期刊《海洋環(huán)境科學(xué)》第 16卷第2期的文章《海洋環(huán)境中漂浮垃圾的監(jiān)測(cè)方法》介紹了以下三種技術(shù)：
[0003] 1.統(tǒng)計(jì)人員通過調(diào)查過往船只來估算漂浮垃圾的種類及數(shù)量。該方法根據(jù)統(tǒng)計(jì)人 員日均拋投的垃圾數(shù)量，進(jìn)行相關(guān)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)后，得出某海域年均漂浮垃圾的數(shù)量。由于該 方法需要收集足夠的信息和專業(yè)的統(tǒng)計(jì)人員，由于統(tǒng)計(jì)人員的個(gè)體存在差異，因此統(tǒng)計(jì)出 來的結(jié)論有較大的差異。
[0004] 2.通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來確定漂浮垃圾的密度和類型。（1)使用飛機(jī)對(duì)某一海域漂浮垃 圾進(jìn)行調(diào)查觀測(cè)，收集有關(guān)漂浮垃圾分布和數(shù)量的資料；(2)借助其它海上監(jiān)測(cè)船、游船或 貨船共同進(jìn)行，根據(jù)船只的航線進(jìn)行有限觀測(cè)。兩種方式均要求有合適的海況（〈3級(jí)）和 良好的能見度，前者置信水平高而后者費(fèi)用低。
[0005] 3.人工海灘觀測(cè)監(jiān)測(cè)漂浮垃圾的狀況。由于海洋中的部分漂浮垃圾受風(fēng)向和海流 的影響，不一定完全漂浮到岸邊，該方法使總估計(jì)量偏低。
[0006] 綜上，漂浮垃圾的檢測(cè)還缺乏經(jīng)濟(jì)、有效的方法；而海面下懸浮垃圾和海底垃圾的 檢測(cè)亟需進(jìn)行相關(guān)的研宄和實(shí)踐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有的海洋垃圾檢測(cè)技術(shù)存在檢測(cè)精度和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用難平衡的問 題，提供一種經(jīng)濟(jì)、有效的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法包括：
[0009] 建立學(xué)習(xí)樣例；
[0010] 基于學(xué)習(xí)樣例進(jìn)行馬爾科夫模型學(xué)習(xí)；
[0011] 以學(xué)習(xí)獲得的馬爾科夫模型對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行海洋垃圾和生物個(gè)體的分類判斷，具 體包括：
[0012] 對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行初步定位；
[0013] 在一段時(shí)間內(nèi)跟蹤探測(cè)物體的位置，獲得各監(jiān)測(cè)時(shí)刻探測(cè)物體的移動(dòng)參數(shù)，并形 成移動(dòng)參數(shù)變化序列；
[0014] 計(jì)算獲得的移動(dòng)參數(shù)變化序列與學(xué)習(xí)所獲得馬爾科夫模型的吻合程度；
[0015] 當(dāng)計(jì)算所得吻合程度大于或等于設(shè)定閾值時(shí)，判斷探測(cè)物體為海洋垃圾。
[0016] 于本發(fā)明一實(shí)施例中，建立學(xué)習(xí)樣例的步驟包括：
[0017] 對(duì)監(jiān)測(cè)海域范圍內(nèi)的多個(gè)樣本物體進(jìn)行初步定位；
[0018] 在一段時(shí)間內(nèi)跟蹤探測(cè)各個(gè)樣本物體的位置，獲得各監(jiān)測(cè)時(shí)刻物體的移動(dòng)參數(shù)， 并形成移動(dòng)參數(shù)變化序列樣例；
[0019] 對(duì)監(jiān)測(cè)海域范圍內(nèi)的多個(gè)樣本物體進(jìn)行人工標(biāo)注，識(shí)別的多個(gè)樣本物體是海洋垃 圾還是生物個(gè)體。
[0020] 于本發(fā)明一實(shí)施例中，移動(dòng)參數(shù)為移動(dòng)速度和移動(dòng)方向變化。
[0021] 于本發(fā)明一實(shí)施例中，移動(dòng)參數(shù)的獲得步驟包括：
[0022] 在一段時(shí)間內(nèi)跟蹤被初步定為后的探測(cè)物體或樣本物體的位置，測(cè)量探測(cè)物體或 樣本物體單位時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)速度；
[0023] 計(jì)算各監(jiān)測(cè)時(shí)刻的探測(cè)物體或樣本物體的移動(dòng)方向變化。
[0024] 于本發(fā)明一實(shí)施例中，基于學(xué)習(xí)樣例進(jìn)行馬爾科夫模型學(xué)習(xí)，包括計(jì)算各監(jiān)測(cè)時(shí) 刻探測(cè)物體移動(dòng)速度的轉(zhuǎn)換概率和移動(dòng)方向變化的轉(zhuǎn)換概率。
[0025] 于本發(fā)明一實(shí)施例中，對(duì)探測(cè)物體的初步定位或樣本物體的初步定位為根據(jù)探測(cè) 物體或樣本物體信號(hào)波，通過立體區(qū)域定位方法進(jìn)行定位。
[0026] 于本發(fā)明一實(shí)施例中，立體區(qū)域定位方法為基于"橢球腔"模型的立體區(qū)域定位方 法。
[0027] 于本發(fā)明一實(shí)施例中，基于"橢球腔"模型的立體區(qū)域定位方法包括：
[0028] 超聲波傳感器任意一節(jié)點(diǎn)發(fā)射超聲波信號(hào)，其它節(jié)點(diǎn)接收直接發(fā)射的超聲波以及 探測(cè)物體或樣本物體反射回來的超聲波；
[0029] 分別包含有探測(cè)物體或樣本物體距發(fā)射點(diǎn)最近點(diǎn)和最遠(yuǎn)點(diǎn)且繞發(fā)射點(diǎn)與任意接 收點(diǎn)連線旋轉(zhuǎn)形成的兩個(gè)橢球面，交集形成"橢球腔"；
[0030] 改變接收點(diǎn)取得更多的"橢球腔"，"橢球腔"之間進(jìn)行交集得出質(zhì)心；
[0031] 所得的質(zhì)心形成質(zhì)心群，求出質(zhì)心群的質(zhì)心，所述質(zhì)心為探測(cè)物體或樣本物體的 位置。
[0032] 綜上所述，本發(fā)明提供的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有 以下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 由于海洋中的生物具有自主移動(dòng)性，因此它們的狀態(tài)變化是沒有規(guī)律可循的。然 而，海洋中垃圾是不具自主移動(dòng)性的，因此它們的狀態(tài)變化是具有一定規(guī)律可循的。本發(fā)明 通過在特定海域的水文特征下，通過不斷測(cè)量采樣，記錄海洋中各個(gè)樣本物體在不同時(shí)刻 下的移動(dòng)參數(shù)，形成移動(dòng)參數(shù)變化序列樣例，多個(gè)樣本的移動(dòng)參數(shù)變化序列樣例形成了學(xué) 習(xí)樣例，進(jìn)而基于學(xué)習(xí)樣例進(jìn)行馬爾科夫模型學(xué)習(xí)。在后續(xù)檢測(cè)中，通過測(cè)量各個(gè)時(shí)刻探測(cè) 物體的移動(dòng)參數(shù)，并形成移動(dòng)參數(shù)變化序列，通過計(jì)算形成的移動(dòng)參數(shù)變化序列于馬爾科 夫模型的吻合程度來判斷探測(cè)物體為海洋垃圾或是生物個(gè)體。
[0034] 本發(fā)明提供的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法是一種基于馬爾科夫模型的區(qū)分 方法，具有很高的區(qū)分精度。同時(shí)，區(qū)分方法可借助于計(jì)算機(jī)來完成，不僅具有很高的區(qū)分 效率，同時(shí)具有極低的區(qū)分成本，有效解決現(xiàn)有海洋垃圾檢測(cè)方法檢測(cè)精度和經(jīng)費(fèi)難平衡 的問題。
[0035] 為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例， 并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0036] 圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的海洋垃圾和生物個(gè)體區(qū)分方法的流程圖。
[0037] 圖2所示為圖1中建立學(xué)習(xí)樣例的流程圖。
[0038] 圖3所示為圖1中以學(xué)習(xí)獲得的馬爾科夫模型對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行海洋垃圾和生物個(gè) 體的分類判斷的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 如圖1所示，本實(shí)施例提供的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法包括：
[0040] 步驟S10、建立學(xué)習(xí)樣例，包括：
[0041] 步驟S11、對(duì)監(jiān)測(cè)海域范圍內(nèi)的多個(gè)樣本物體進(jìn)行初步定位。
[0042] 于本實(shí)施例中，采用基于"橢球腔"模型的立體區(qū)域定位方法對(duì)樣本物體進(jìn)行初步 定位。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，可采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位 技術(shù)等其它定位方式進(jìn)行定位。
[0043] "橢球腔"模型的定位原理為：
[0044] 以3X3陣列
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法，其特征在于，包括： 建立學(xué)習(xí)樣例； 基于學(xué)習(xí)樣例進(jìn)行馬爾科夫模型學(xué)習(xí)； 以學(xué)習(xí)獲得的馬爾科夫模型對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行海洋垃圾和生物個(gè)體的分類判斷，具體包 括： 對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行初步定位； 在一段時(shí)間內(nèi)跟蹤探測(cè)物體的位置，獲得各監(jiān)測(cè)時(shí)刻探測(cè)物體的移動(dòng)參數(shù)，并形成移 動(dòng)參數(shù)變化序列； 計(jì)算獲得的移動(dòng)參數(shù)變化序列與學(xué)習(xí)所獲得馬爾科夫模型的吻合程度； 當(dāng)計(jì)算所得吻合程度大于或等于設(shè)定閾值時(shí)，判斷探測(cè)物體為海洋垃圾。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法，其特征在于，所述建立學(xué) 習(xí)樣例的步驟包括： 對(duì)監(jiān)測(cè)海域范圍內(nèi)的多個(gè)樣本物體進(jìn)行初步定位； 在一段時(shí)間內(nèi)跟蹤探測(cè)各個(gè)樣本物體的位置，獲得各監(jiān)測(cè)時(shí)刻物體的移動(dòng)參數(shù)，并形 成移動(dòng)參數(shù)變化序列樣例； 對(duì)監(jiān)測(cè)海域范圍內(nèi)的多個(gè)樣本物體進(jìn)行人工標(biāo)注，識(shí)別所述的多個(gè)樣本物體是海洋垃 圾還是生物個(gè)體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法，其特征在于，所述移動(dòng) 參數(shù)為移動(dòng)速度和移動(dòng)方向變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法，其特征在于，所述移動(dòng)參 數(shù)的獲得步驟包括： 在一段時(shí)間內(nèi)跟蹤被初步定為后的探測(cè)物體或樣本物體的位置，測(cè)量探測(cè)物體或樣本 物體單位時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)速度； 計(jì)算各監(jiān)測(cè)時(shí)刻的探測(cè)物體或樣本物體的移動(dòng)方向變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法，其特征在于，所述基于學(xué) 習(xí)樣例進(jìn)行馬爾科夫模型學(xué)習(xí)，包括計(jì)算各監(jiān)測(cè)時(shí)刻探測(cè)物體移動(dòng)速度的轉(zhuǎn)換概率和移動(dòng) 方向變化的轉(zhuǎn)換概率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法，其特征在于，對(duì)探測(cè)物 體的初步定位或樣本物體的初步定位為根據(jù)探測(cè)物體或樣本物體信號(hào)波，通過立體區(qū)域定 位方法進(jìn)行定位。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法，其特征在于，所述立體區(qū) 域定位方法為基于"橢球腔"模型的立體區(qū)域定位方法。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法，其特征在于，所述基于"橢 球腔"模型的立體區(qū)域定位方法包括： 超聲波傳感器任意一節(jié)點(diǎn)發(fā)射超聲波信號(hào)，其它節(jié)點(diǎn)接收直接發(fā)射的超聲波以及探測(cè) 物體或樣本物體反射回來的超聲波； 分別包含有探測(cè)物體或樣本物體距發(fā)射點(diǎn)最近點(diǎn)和最遠(yuǎn)點(diǎn)且繞發(fā)射點(diǎn)與任意接收點(diǎn) 連線旋轉(zhuǎn)形成的兩個(gè)橢球面，交集形成"橢球腔"； 改變接收點(diǎn)取得更多的"橢球腔"，"橢球腔"之間進(jìn)行交集得出質(zhì)心； 所得的質(zhì)心形成質(zhì)心群，求出質(zhì)心群的質(zhì)心，所述質(zhì)心為探測(cè)物體或樣本物體的位置。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種海洋垃圾和生物個(gè)體的區(qū)分方法包括：建立學(xué)習(xí)樣例；基于學(xué)習(xí)樣例進(jìn)行馬爾科夫模型學(xué)習(xí)；以學(xué)習(xí)獲得的馬爾科夫模型對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行海洋垃圾和生物個(gè)體的分類判斷。其中，以學(xué)習(xí)獲得的馬爾科夫模型對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行海洋垃圾和生物個(gè)體的分類判斷具體包括：對(duì)探測(cè)物體進(jìn)行初步定位；在一段時(shí)間內(nèi)跟蹤探測(cè)物體的位置，獲得各監(jiān)測(cè)時(shí)刻探測(cè)物體的移動(dòng)參數(shù)，并形成移動(dòng)參數(shù)變化序列；計(jì)算獲得的移動(dòng)參數(shù)變化序列與學(xué)習(xí)所獲得馬爾科夫模型的吻合程度；當(dāng)計(jì)算所得吻合程度大于或等于設(shè)定閾值時(shí)，判斷探測(cè)物體為海洋垃圾。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號(hào)】CN104809350
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510213209
【發(fā)明人】徐斌
【申請(qǐng)人】浙江工商大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日