一、近海海洋生態(tài)與環(huán)境現(xiàn)況

　　海洋是生命的搖籃，同時也是人類的資源寶庫。隨著人類對海洋資源的開發(fā)規(guī)模日益擴(kuò)大，這片美麗的深藍(lán)色已經(jīng)受到人類活動的影響和污染。盡管海洋具有巨大的自凈能力，但污染物進(jìn)入海洋后，還會對近海生態(tài)環(huán)境遭到破壞和局部水域造成污染，嚴(yán)重影響漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)活動過程中排出的污染物，或經(jīng)河流的遷移，或通過大氣的沉降，進(jìn)入海洋；或由于海洋上活動（如船舶傾倒廢物、油船事故、海底礦產(chǎn)開采）直接進(jìn)入海洋，一旦超過了海洋的自凈能力，就會造成某些海域的污染，引發(fā)海洋污染使海洋生態(tài)平衡遭到破壞，并且不斷發(fā)生危及人類健康的事件，海洋保護(hù)越來越引起人們的重視。按照科學(xué)發(fā)展觀的要求， 加大海洋環(huán)境預(yù)測保護(hù)力度， 建立完善近海環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。
 
　　二、海洋監(jiān)測的必要性

　　發(fā)展海洋監(jiān)測技術(shù)和海洋立體監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，對提高我國海洋漁業(yè)資源與海上航運(yùn)交通、海岸工程、海上安全防務(wù)等技術(shù)保障能力是十分必要的。我國有18000公里海岸線，近海人口最多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、沿海地區(qū)在高強(qiáng)度開發(fā)的影響下，近岸海域的環(huán)境日益嚴(yán)峻，根據(jù)國家海洋局海洋災(zāi)害公報，僅2006年我國海域共發(fā)現(xiàn)赤潮93次，其中渤海11次、黃海2次，東海63次，南海17次，累計受害面積19840平方公里。海洋污染與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，是當(dāng)前監(jiān)測技術(shù)的重點和難點，目前主要技術(shù)是通過傳感器監(jiān)測和微型化的自動分析儀器來實現(xiàn)，國內(nèi)對生物、化學(xué)、水光學(xué)傳感器的研發(fā)與發(fā)達(dá)國家還存在有較大的差距，只有通過不斷的集成化應(yīng)用去積累經(jīng)驗，為攻關(guān)這一重要難題提供一些前期實踐參考。

　　同時隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別近海城市的污水排放量已成重要的污染源，但目前的水質(zhì)監(jiān)測主要是針對入?？诘谋O(jiān)測階段，而且數(shù)據(jù)的采集間隔期較長，難以實際反映近海的真實生態(tài)環(huán)境。這就迫切需要有一種系統(tǒng)來完成對近海的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，如山東半島近青島海域，每年有滸苔大面積爆發(fā)的情況出現(xiàn)，它的繁殖過程中每個階段的濃度、大小，就可以通過連續(xù)的、定向?qū)崟r的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來完成監(jiān)測，對它(滸苔、海藻、赤潮等)的起始、發(fā)展、爆發(fā)、消散四個階段，都能有效的進(jìn)行不間斷的觀測，同時提前采取有效措施，做到預(yù)防防范，從而減少因為海洋生態(tài)和環(huán)境狀態(tài)改變，帶來直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。 

　　三、系統(tǒng)介紹

　　青島海笛安電子有限公司自主研發(fā)的，由集成化全氣候無線監(jiān)測節(jié)點應(yīng)運(yùn)自生，運(yùn)用無線傳感技術(shù)、 嵌入式計算技術(shù)、 現(xiàn)代IOT技術(shù)、 無線通信技術(shù)和分布式智能信息處理技術(shù)， 將功能相同或不同的傳感器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化、智能化的多元網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)“多點分布、集中獲取、集中上傳，同一地理位置條件采集多組數(shù)據(jù)”。解決了現(xiàn)有系統(tǒng)的，“多點分布、零散采集、多點上傳，同一地理位置條件無法獲得各種傳感器的多組有效數(shù)據(jù)等一系列問題”，大大提高遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測能力。本系統(tǒng)可根據(jù)需要采用多種供電模式、續(xù)航效果好，任意節(jié)點之間可相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，能支持多種不同類型的傳感器，適應(yīng)性強(qiáng)?？蓪崿F(xiàn)靈活的配置，擴(kuò)展性好，稍加改進(jìn)本系統(tǒng)可以擴(kuò)展為海洋船載拖曳式多參數(shù)水下移動測控系統(tǒng)。 

　　四、系統(tǒng)實現(xiàn)功能

　　對近海的監(jiān)測系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下信息數(shù)據(jù)采集與處理：

　　1、完成大面積海域海洋生態(tài)環(huán)境及其水文氣象等背景參數(shù)實施快速連續(xù)跟蹤監(jiān)測、 數(shù)據(jù)實時處理及傳輸、 信息制作與分發(fā)的地面支持系統(tǒng)。
　　2、結(jié)合我國海洋環(huán)境特點對海洋氣象與災(zāi)害如海浪、 風(fēng)暴潮、 海冰、 海洋溫、 鹽流三維結(jié)構(gòu)、厄爾尼諾等數(shù)值預(yù)報預(yù)測。
　　3、測量海水鹽度、 溫度、 深度、 溶解氧、 pH 值、 葉綠素、 濁度和營養(yǎng)鹽、 重金屬等海水指標(biāo)并進(jìn)行軟件分析管理。
 
　　五、系統(tǒng)組成

　　近海海洋資源監(jiān)測系統(tǒng)（ORMS）
　　系統(tǒng)由監(jiān)測節(jié)點、監(jiān)測中繼、中央服務(wù)器與用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成。

系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　1、監(jiān)測節(jié)點

　　被監(jiān)測物理信號的形式?jīng)Q定了所用傳感器的類型。按照系統(tǒng)數(shù)據(jù)、環(huán)境要求采用低功耗的傳感器。主要測量海水鹽度、 溫度、 深度、 酸度、DO、溶解氧、 pH 、 葉綠素、 濁度、營養(yǎng)鹽、 重金屬等。主要為海水富營養(yǎng)狀況、水質(zhì)指標(biāo)建立三維結(jié)構(gòu)，為預(yù)報預(yù)測提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。實現(xiàn)多元海洋環(huán)境信息的綜合集成，初步建成海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)化系統(tǒng)。每一個節(jié)點可以連接不同的傳感器， 而且傳感器安裝位置應(yīng)該靈活， 水下水上結(jié)合進(jìn)行探測以適應(yīng)各監(jiān)測點的要求。

　　無線監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)由NFC網(wǎng)絡(luò)上傳到中繼。 由于很多必需無人值守設(shè)備或監(jiān)測點，受到地形、氣候、監(jiān)測范圍等因素影響，不適合用有線通信和無線數(shù)傳電臺等數(shù)據(jù)傳輸方式， 而且它們還具有移動性差、成本高、擴(kuò)展性差、設(shè)備維護(hù)不方便等缺點，而無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣CDMA，具有可靠的高速的數(shù)據(jù)傳輸特點，系統(tǒng)中的應(yīng)用具有不可比擬的性價比優(yōu)勢。 

監(jiān)測節(jié)點實物圖

監(jiān)測設(shè)備實物圖

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　　2、監(jiān)測中繼

　　傳感器監(jiān)測節(jié)點采集信息通過網(wǎng)內(nèi)算法加分析處理， 在本地只轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)果數(shù)據(jù)，中繼承擔(dān)著無線傳感器節(jié)點與外部網(wǎng)絡(luò)連接的中轉(zhuǎn)站，負(fù)責(zé)發(fā)送上層命令(如查詢、 分配 ID 地址等)與接收下層節(jié)點請求和數(shù)據(jù)。具有數(shù)據(jù)融合、請求權(quán)分配和路由選擇功能。外部網(wǎng)絡(luò)連接考慮主控中心與監(jiān)測節(jié)點距離較遠(yuǎn)， 單獨組網(wǎng)成本較大。因此采用現(xiàn)有的CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸并實時傳送到遠(yuǎn)程控制中心實現(xiàn)決策管理。 

系統(tǒng)示意圖

　　3、中央服務(wù)器

　　服務(wù)器單元，除了數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)功能外，還承擔(dān)著網(wǎng)絡(luò)安全、 軟件使用安全、 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)安全。網(wǎng)絡(luò)安全主要是阻止攻擊、 病毒等因素； 軟件使用安全主要是阻止非用戶使用軟件或是破解數(shù)據(jù)服務(wù)器的用戶名和密碼；數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)安全主要是防止意外事故造成數(shù)據(jù)丟失。

　　4、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺

　　實時3GS信息處理子系統(tǒng)是遠(yuǎn)程控制中心，完成對節(jié)點反回各類傳感器參數(shù)的監(jiān)測管理， 是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 以節(jié)點的ID或地理位置為索引， 可進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)查詢操作。 實時信息處理具有測點命令下達(dá)、控制定義、 顯示測量參數(shù)、 數(shù)據(jù)報表、 曲線顯示、 圖形生成、 數(shù)據(jù)存儲、故障統(tǒng)計和報表、 報告打印等功能。全部實現(xiàn)了可視化和圖形化功能， 具備海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析評價功能， 為海洋生態(tài)環(huán)境和污染情況保護(hù)提供相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，為管理部門提供技術(shù)支持資料。 

監(jiān)控應(yīng)用平臺截圖

　　數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)是監(jiān)測系統(tǒng)中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S 模式在監(jiān)測部門內(nèi)部供工作人員直接操作使用。具有安全、快捷方便的特點、系統(tǒng)即具有綜合性、集成性的特點、又有各模塊獨立操作的有點。 

　　其功能包括如下：

　　1. 現(xiàn)場實時監(jiān)測原始數(shù)據(jù)的查詢、修正、監(jiān)測數(shù)據(jù)核對、預(yù)報數(shù)據(jù)錄入 
　　2. 監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史記錄的維護(hù) 
　　3. GIS 電子地圖實時顯示水資源變化趨勢 
　　4. 結(jié)合歷史數(shù)據(jù)生成水資源生態(tài)與污染指數(shù)曲線圖 
　　5. 監(jiān)測數(shù)據(jù)異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息 
　　6. 各種數(shù)據(jù)匯總報表、統(tǒng)計報表、上報表格，包括特殊格式報表 
　　7. 節(jié)點設(shè)備維護(hù)記錄
　　8. 節(jié)點命令下達(dá) 
　　9. 數(shù)據(jù)備份
　　10. 管理權(quán)限分配