海洋生态与环境监测ORMS系统方案

　　一、近海海洋生态与环境现况

　　海洋是生命的摇篮，同时也是人类的资源宝库。随着人类对海洋资源的开发规模日益扩大，这片美丽的深蓝色已经受到人类活动的影响和污染。尽管海洋具有巨大的自净能力，但污染物进入海洋后，还会对近海生态环境遭到破坏和局部水域造成污染，严重影响渔业经济的发展。人们日常生活和生产活动过程中排出的污染物，或经河流的迁移，或通过大气的沉降，进入海洋；或由于海洋上活动（如船舶倾倒废物、油船事故、海底矿产开采）直接进入海洋，一旦超过了海洋的自净能力，就会造成某些海域的污染，引发海洋污染使海洋生态平衡遭到破坏，并且不断发生危及人类健康的事件，海洋保护越来越引起人们的重视。按照科学发展观的要求， 加大海洋环境预测保护力度， 建立完善近海环境监测管理系统已经迫在眉睫。
 
　　二、海洋监测的必要性

　　发展海洋监测技术和海洋立体监测系统的建设，对提高我国海洋渔业资源与海上航运交通、海岸工程、海上安全防务等技术保障能力是十分必要的。我国有18000公里海岸线，近海人口最多、经济发达、沿海地区在高强度开发的影响下，近岸海域的环境日益严峻，根据国家海洋局海洋灾害公报，仅2006年我国海域共发现赤潮93次，其中渤海11次、黄海2次，东海63次，南海17次，累计受害面积19840平方公里。海洋污染与生态环境监测技术，是当前监测技术的重点和难点，目前主要技术是通过传感器监测和微型化的自动分析仪器来实现，国内对生物、化学、水光学传感器的研发与发达国家还存在有较大的差距，只有通过不断的集成化应用去积累经验，为攻关这一重要难题提供一些前期实践参考。

　　同时随着经济的发展，特别近海城市的污水排放量已成重要的污染源，但目前的水质监测主要是针对入海口的监测阶段，而且数据的采集间隔期较长，难以实际反映近海的真实生态环境。这就迫切需要有一种系统来完成对近海的生态环境进行动态监测，如山东半岛近青岛海域，每年有浒苔大面积爆发的情况出现，它的繁殖过程中每个阶段的浓度、大小，就可以通过连续的、定向实时的数据采集系统来完成监测，对它(浒苔、海藻、赤潮等)的起始、发展、爆发、消散四个阶段，都能有效的进行不间断的观测，同时提前采取有效措施，做到预防防范，从而减少因为海洋生态和环境状态改变，带来直接或间接的经济损失。 

　　三、系统介绍

　　青岛海笛安电子有限公司自主研发的，由集成化全气候无线监测节点应运自生，运用无线传感技术、 嵌入式计算技术、 现代IOT技术、 无线通信技术和分布式智能信息处理技术， 将功能相同或不同的传感器构成网络化、智能化的多元网络，实现“多点分布、集中获取、集中上传，同一地理位置条件采集多组数据”。解决了现有系统的，“多点分布、零散采集、多点上传，同一地理位置条件无法获得各种传感器的多组有效数据等一系列问题”，大大提高远程动态监测能力。本系统可根据需要采用多种供电模式、续航效果好，任意节点之间可相互协调实现数据通信，能支持多种不同类型的传感器，适应性强。可实现灵活的配置，扩展性好，稍加改进本系统可以扩展为海洋船载拖曳式多参数水下移动测控系统。 

　　四、系统实现功能

　　对近海的监测系统主要实现以下信息数据采集与处理：

　　1、完成大面积海域海洋生态环境及其水文气象等背景参数实施快速连续跟踪监测、 数据实时处理及传输、 信息制作与分发的地面支持系统。
　　2、结合我国海洋环境特点对海洋气象与灾害如海浪、 风暴潮、 海冰、 海洋温、 盐流三维结构、厄尔尼诺等数值预报预测。
　　3、测量海水盐度、 温度、 深度、 溶解氧、 pH 值、 叶绿素、 浊度和营养盐、 重金属等海水指标并进行软件分析管理。
 
　　五、系统组成

　　近海海洋资源监测系统（ORMS）
　　系统由监测节点、监测中继、中央服务器与用户远程监控中心组成。

系统拓扑图

　　1、监测节点

　　被监测物理信号的形式决定了所用传感器的类型。按照系统数据、环境要求采用低功耗的传感器。主要测量海水盐度、 温度、 深度、 酸度、DO、溶解氧、 pH 、 叶绿素、 浊度、营养盐、 重金属等。主要为海水富营养状况、水质指标建立三维结构，为预报预测提供准确数据。实现多元海洋环境信息的综合集成，初步建成海洋环境数值预报业务化系统。每一个节点可以连接不同的传感器， 而且传感器安装位置应该灵活， 水下水上结合进行探测以适应各监测点的要求。

　　无线监测节点数据由NFC网络上传到中继。 由于很多必需无人值守设备或监测点，受到地形、气候、监测范围等因素影响，不适合用有线通信和无线数传电台等数据传输方式， 而且它们还具有移动性差、成本高、扩展性差、设备维护不方便等缺点，而无线网络覆盖面广CDMA，具有可靠的高速的数据传输特点，系统中的应用具有不可比拟的性价比优势。 

监测节点实物图

监测设备实物图

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　　2、监测中继

　　传感器监测节点采集信息通过网内算法加分析处理， 在本地只转发结果数据，中继承担着无线传感器节点与外部网络连接的中转站，负责发送上层命令(如查询、 分配 ID 地址等)与接收下层节点请求和数据。具有数据融合、请求权分配和路由选择功能。外部网络连接考虑主控中心与监测节点距离较远， 单独组网成本较大。因此采用现有的CDMA网络平台实现数据信息的透明传输并实时传送到远程控制中心实现决策管理。 

系统示意图

　　3、中央服务器

　　服务器单元，除了数据和网络功能外，还承担着网络安全、 软件使用安全、 数据库数据安全。网络安全主要是阻止攻击、 病毒等因素； 软件使用安全主要是阻止非用户使用软件或是破解数据服务器的用户名和密码；数据库数据安全主要是防止意外事故造成数据丢失。

　　4、远程监控中心平台

　　实时3GS信息处理子系统是远程控制中心，完成对节点反回各类传感器参数的监测管理， 是无线传感器网络的一个分布式数据库系统。 以节点的ID或地理位置为索引， 可进行高效的数据查询操作。 实时信息处理具有测点命令下达、控制定义、 显示测量参数、 数据报表、 曲线显示、 图形生成、 数据存储、故障统计和报表、 报告打印等功能。全部实现了可视化和图形化功能， 具备海洋生态环境监测数据的分析评价功能， 为海洋生态环境和污染情况保护提供相关数据和信息，为管理部门提供技术支持资料。 

监控应用平台截图

　　数据分析统计子系统是监测系统中的核心部分.是用户直接操作和感受到的部分，采用 C/S 模式在监测部门内部供工作人员直接操作使用。具有安全、快捷方便的特点、系统即具有综合性、集成性的特点、又有各模块独立操作的有点。 

　　其功能包括如下：

　　1. 现场实时监测原始数据的查询、修正、监测数据核对、预报数据录入 
　　2. 监测数据历史记录的维护 
　　3. GIS 电子地图实时显示水资源变化趋势 
　　4. 结合历史数据生成水资源生态与污染指数曲线图 
　　5. 监测数据异常分析、软件报警、实时通过短信通知报警信息 
　　6. 各种数据汇总报表、统计报表、上报表格，包括特殊格式报表 
　　7. 节点设备维护记录
　　8. 节点命令下达 
　　9. 数据备份
　　10. 管理权限分配