摘要

淡水河湖與近海濱海水域在水體鹽度、水下光照條件、底棲生境、水生植被種類方面差異較大，對水下成像設備硬件參數(shù)、補光方案、微距鏡頭焦距提出不同要求。本文對比水生植物高清攝像采集儀、底棲生物微距成像采集儀兩套探頭的成像特性；分別開展淡水湖泊、近岸海域野外對比試驗；分析兩套探頭在沉水植被大面積觀測、底棲微小生物近距離微距拍攝各自優(yōu)勢與適用邊界；提出河湖?近海不同調(diào)查目標下探頭選型方案、拍攝參數(shù)設置策略，為水生態(tài)調(diào)查人員開展野外水下可視化勘查提供設備選型依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水下成像設備選型；水生植物攝像探頭；底棲微距成像；河湖監(jiān)測；近海生態(tài)調(diào)查；原位觀測；水生態(tài)勘查裝備

1 淡水河湖與近海濱海水下勘查環(huán)境差異

淡水河湖內(nèi)陸水體與近岸濱海海域環(huán)境條件存在顯著差異。鹽度方面，河湖基本為淡水；近海近岸是咸淡水交替，氯離子含量高，對設備殼體耐腐蝕能力提出更高要求。水體懸浮物方面：內(nèi)陸河湖泥沙、藻類懸浮物多，水體濁度變化幅度大；近海區(qū)域受海流、潮汐影響，水體懸浮物、光照條件隨潮汐發(fā)生動態(tài)變化。

水下植被生境差異：內(nèi)陸河湖以淡水沉水植物、淡水底棲生物為主；近海主要為海草床、海藻，底棲生物種類與淡水全不同。調(diào)查目標也存在區(qū)別：河湖調(diào)查重點多為沉水植物群落覆蓋度、淡水底棲大型無脊椎動物；近海調(diào)查重點是海草床、海藻、海洋底棲生物、潮下帶生境。環(huán)境條件差異，對水下成像探頭鏡頭參數(shù)、補光、殼體防腐、操作參數(shù)提出不同要求。

本套設備包含水生植物圖像采集儀、底棲生物微距圖像采集儀兩套探頭，兩套探頭硬件光學參數(shù)不同，適合的觀測對象、觀測距離不一樣。本文通過淡水河湖、近岸海域野外對比試驗，分析兩套探頭成像特性，明確選型適配邊界，給出不同場景選型、參數(shù)設置建議。

2 雙成像探頭硬件參數(shù)、成像特性對比

水生植物圖像采集儀：大視場高清鏡頭，適合中遠距離拍攝，觀測視野范圍大；適合觀測沉水植物群落整體分布、植被覆蓋度，適合觀察大面積生境，但微小生物細節(jié)表現(xiàn)能力有限。

底棲生物微距成像采集儀：微距光學鏡頭，視場角度小，適合近距離拍攝，放大倍率高，能夠展現(xiàn)螺類、貝類、昆蟲幼蟲等微小生物個體細節(jié)；觀測視野范圍小，不適合大范圍群落整體拍攝。

兩套探頭耐壓等級均為20m水深；殼體材料316L不銹鋼；都配備可調(diào)LED補光模組；但鏡頭焦距、視場角、最佳拍攝工作距離存在明顯區(qū)別。水生植物探頭最佳工作距離0.8?3.0m；微距探頭最佳工作距離0.15?0.6m。

3 河湖?近海野外對比試驗方案

試驗分為兩組場景：第一組內(nèi)陸淡水湖泊，水深2?18m，目標對象為淡水沉水植物、淡水底棲生物；第二組近岸濱海試驗區(qū)，水深1.5?16m，目標對象為海草、海藻、海洋底棲生物。同一監(jiān)測點位，分別使用水生植物攝像探頭、底棲生物微距探頭開展成像采集，記錄拍攝距離、補光檔位，采集圖像樣本。對比兩套探頭在淡水、近海兩種環(huán)境下成像效果，分析優(yōu)勢與不足。同時觀察近海海水環(huán)境設備殼體、接頭腐蝕情況，驗證設備在近海工況適應性。

4 兩類水域成像效果結(jié)果分析

淡水湖泊場景結(jié)果：開展沉水植物群落調(diào)查，水生植物探頭大視場優(yōu)勢明顯，可以完整記錄一片區(qū)域植被生長狀況，適合估算植被覆蓋度；需要觀察湖底小型底棲生物個體細節(jié)時，切換微距探頭，近距離拍攝，獲取生物細節(jié)圖像。

近岸近海場景結(jié)果：調(diào)查海草床分布，優(yōu)先使用水生植物攝像探頭，大視場獲取海草群落整體影像；觀察近海小型貝類、甲殼類底棲生物，切換微距探頭，近距離拍攝個體細節(jié)。近海潮汐變化會造成水體濁度快速波動，同一個點位漲潮落潮成像質(zhì)量差異明顯，需要動態(tài)調(diào)整補光亮度與拍攝距離。

殼體防腐方面，近海作業(yè)完成之后，及時清水沖洗，殼體、接頭沒有出現(xiàn)腐蝕故障；如果海水鹽分殘留不沖洗，接頭縫隙會出現(xiàn)鹽結(jié)晶，長期會加速腐蝕。

試驗同時發(fā)現(xiàn)兩套探頭各自局限：水生植物探頭大視場，微小生物細節(jié)分辨率不足；微距探頭視場很小，如果探頭晃動，很容易偏離目標，對船上操作穩(wěn)定性要求更高。

5 不同調(diào)查目標探頭選型推薦方案

通過試驗總結(jié)選型推薦方案：

1）調(diào)查目標為沉水植物群落、海草床大范圍分布、植被覆蓋度評估：優(yōu)先選用水生植物圖像采集儀；

2）調(diào)查目標為底棲生物個體形態(tài)、微小底棲生物細節(jié)、底泥?水界面微觀生境：優(yōu)先選用底棲生物微距成像采集儀；

3）同一個點位，既要了解群落整體情況，又要看生物個體細節(jié)：兩套探頭依次切換使用，兩套影像相互配合；

4）淡水河湖場景：兩套探頭均可正常使用，重點關(guān)注水體濁度調(diào)節(jié)補光；

5）近岸近海場景：兩套探頭硬件耐壓密封可以滿足使用，但是作業(yè)結(jié)束必須清水沖洗設備，清除鹽分殘留；潮汐變化帶來水體濁度改變，需要動態(tài)調(diào)整拍攝參數(shù)。

6 野外拍攝參數(shù)優(yōu)化設置建議

野外操作參數(shù)建議：

水生植物探頭：拍攝植被群落，拍攝距離控制0.8?3.0m；水體濁度升高，適當縮短拍攝距離，合理調(diào)節(jié)LED補光，避免過曝。

微距探頭：拍攝微小底棲生物，控制拍攝距離在0.15?0.6m；風浪船體晃動大的時候，盡量降低下放速度，減少探頭擺動，保證目標處在畫面當中；環(huán)形補光適度調(diào)低亮度，避免近距離強光造成局部過曝。

近海作業(yè)注意：每次海水作業(yè)完畢，淡水充分沖洗探頭殼體和水密接頭，晾干之后再收納存放；定期檢查密封圈腐蝕老化狀態(tài)。

7 結(jié)論

淡水河湖和近岸近海在鹽度、水體濁度、生境、生物種類方面存在明顯差異。