CN102394917A - 一种海洋环境监测及预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种海洋环境监测及预警系统，尤其是一种基于物联网和地理信息系统的近海海洋环境实时监测及灾害预警系统。本发明以实现在线实时动态监测为目的，解决了目前海洋环境监测技术和方法只是建立在取样分析基础上的这一实际问题。本发明的监测设备采集气象要素、水文要素、GPS及视频监测信息。无线传感网络实现监测浮标之间的通信，无线微波通信网络实现监测船舶与海上监测终端之间、海上监测终端之间的通信。海上监测终端通过移动通信网络将数据传送到远程监控中心，监控中心完成数据的接收、存储与管理，发布GIS服务和Web服务信息。预警信息通过后台管理程序自动发送至智能手机终端。监测预警信息平台将相关服务信息提供给用户浏览访问。

Description

一种海洋环境监测及预警系统

技术领域

本发明是关于一种海洋环境监测及预警系统，尤其是一种基于物联网和地理信息系统的近海海洋环境实时监测及灾害预警系统。

背景技术

21世纪是“海洋世纪”，在全球陆地资源日趋紧张和环境不断恶化的今大，世界各国纷纷将目光转向海洋。海洋环境立体监测和信息服务，可以提高对灾害性海洋环境的监测和预警能力，提高对海上工程的作业环境保障能力。通过对海洋环境要素的监测，可以掌握海域中污染物的种类数量和浓度，污染物在海洋环境中的迁移转化规律，提出防治污染的技术和措施，为实现海洋环境保护监督管理科学化、定量化奠定基础。海洋环境监测又是海洋环境科学研究的重要组成部分。海洋环境监测数据及信息产品具有真实性和客观性，能够确切地反映海洋环境质量状况或污染程度，可为海洋环境科学研究提供可靠的环境信息。总之，海洋环境监测对于沿海经济区的社会经济发展、海洋科学研究、减轻海洋环境灾害损失以及提高沿海的海上防御能力都有重大意义。

在总体上，我国对海洋海洋环境监测技术的开发起步较晚，无论在技术成果方面或产业化方面，都和国际先进水平有明显差距。很多监测技术和方法还只是建立在取样分析的基础上，并不能实现在线实时动态监测的目的。本发明采用基于物联网的数据传输解决方案，对传感采集的海洋要素信息进行实时的处理，使预警信息及相关服务信息能及时有效地发送给用户，完成对近海海洋环境的实时监测。

发明内容

本发明是一种海洋环境监测及预警系统，将物联网技术和GIS技术同时应用到近海海洋环境监测领域中。在海洋环境要素监测设备上安装GPS数据采集模块获得数据采集点地理位置信息，再由海上监测终端通过移动通信网络接入到Internet，将采集的海洋环境要素数据传送到远程监控中心，监控中心完成数据的接收、存储与管理，预警信息会自动发送至智能手机终端，监测预警信息平台则会将相关的服务信息提供给用户浏览访问。

附图说明

图1为本发明的海洋监测及预警系统的示意图。

图2为本发明的监测浮标示意图。

图3为本发明的监测预警信息平台架构图。

具体实施方式

请参考图1。图1为本发明的海洋监测预警系统的示意图。本发明的海洋监测预警系统适用于近海海洋环境监测中，根据需要在监测海域放置一定数量的监测浮标或者利用安装监测设备的监测船舶对监测海域的环境要素信息进行采集。监测浮标与监测船舶上所安置的监测设备除包括气象要素类和水文要素类的传感器，还包括了GPS数据采集模块，以便获得数据采集点精确地理位置信息。通过建立无线传感网络实现海面上监测浮标之间数据传输，通过建立无线微波通信网络实现监测船舶与海上监测终端之间、海上监测终端之间的通信。再由海上监测终端通过移动通信网络将采集的海洋环境要素数据传送到远程监控中心，监控中心完成数据的接收、存储与管理，发布GIS服务和Web服务信息，预警信息将通过后台管理程序自动发送至智能手机终端。管理员C/S用户可以通过监测预警信息平台软件登陆到数据中心，进行数据查询与管理。普通B/S用户可以通过互联网登陆到相应网站获取实时监测信息。

如图2，监测设备可以安置在监测浮标上，也可以安置在监测船舶上，完成数据的采集并发送至海上监测终端。采集数据的传感器包括海洋气象信息类传感器、水文要素类传感器、GPS信息采集模块和视频监测信息采集模块。其中，海洋气象信息类传感器包括：温湿度传感器、风速风向传感器、气压传感器；水文要素类传感器包括：水深传感器、水温传感器、水速传感器、盐度传感器、PH传感器、溶解氧传感器；GPS信息采集模块完成监测点GPS信号的采集与信号转换；视频信号采集模块，完成视频监测信号的采集与压缩编码。供电模块采用太阳能与蓄电池双电源工作，在太阳能资源充足时使用太阳能电池供电，多余的太阳能给蓄电池充电，太阳能资源不足时自动切换到蓄电池工作状态。利用无线数传模块实现监测设备与海上监测终端的无线数据传输。若监测设备安置在浮标上，则采用中功率远距离收发模块作为无线数传模块；若监测设备安置在监测船舶上，则采用远程微波收发模块作为无线数传模块。

海上监测终端主要负责接收来自监测设备的监测信号并可以转发给其他邻近的海上监测终端，完成协议栈之间的通信协议转换，最终将数据包发送至公网上。该海上监测终端具有多通信方式，其构成包括：高性能存储模块，用作程序的运行空间、数据及堆栈区；中功率远距离无线收发模块，负责海上监测终端与监测浮标之间的无线通信；远程微波收发模块，实现海上监测终端之间、海上监测终端与监测船舶之间的无线通信。备用和扩展接口：以太网接口，直接连接实现以太网通信；CF接口，进行数据存储，也可插CF无线通信卡，用于收发处理WSN射频信号；调试串口，通过该串口可以进行系统软件的启动，系统的初始配置，也可以与普通计算机或同类终端相连进行信息交换。

数据传输网络是采取“无线传感器网络-无线微波通信网络-无线移动通信网络-互联网”四级数据网络传输模型。即：传感器之间采用无线传感器网络通信方式，传感器采集的数据可以通过该无线传感器网络将数据发送至海上监测终端；海上监测终端之间、监测船舶与海上监测终端之间的通信采用无线微波通信网络；海上监测终端与远程监控中心之间的通信采用无线移动通信网络，完成监测数据从海上终端传送至数据中心；远程监控中心与客户端之间的通信则采用互联网，用户可以通过互联网获取相关监测信息。

远程监控中心接收来自海上监测终端的监测数据，并通过后台程序自动存储到大型数据库中，提供Web服务和GIS服务，并能友好地展示海洋环境监测系统相关相息。工控机负责接收和预处理海洋环境监测数据，并通过后台程序将监测数据存入到大型数据库中。通过Web服务器发布海洋环境要素监测Web服务信息。通过GIS服务器发布海洋地理信息服务，便于处理各监测浮标或监测渔船的地理空间信息。利用人型显示屏展示海洋环境监测系统运行状态及相关信息。

如图3，监测预警信息平台是基于Browser/Server和Client/Server混合架构的，管理员用户利用工控机通过局域网登陆到软件系统平台，借助监管平台软件的用户图形界面对后台数据库进行管理操作。该平台集成了GIS基础功能，使数据采集点地理空间信息能与环境监测数据成功地融合，其数据后续处理也更加方便和灵活。管理员用户通过用户界面将历史文档数据(如txt文本，EXCEL表等)读取并输入到数据库中。传感器数据经后台处理程序直接存储到数据库中，若需要修改，管理员用户可通过GUI用户界面进行数据管理。若达到预先设定的预警条件，相关预警信息则在后台处理程序控制下，通过移动通信网络实时地发送至智能手机终端。普通PC机用户和智能手机用户可以通过IE浏览器登陆到相应网站，来获取本系统发布的各种服务信息。各表格、曲线、文字描述信息等能借助用户界面或IE浏览器打印输出、以文档和视频的方式输出。

综上所述，本发明的海洋监测及预警系统适用于近海海洋环境监测，同时采用了物联网技术和GIS技术，为近海海洋环境的在线实时监测及监测船舶的动态监测提出了解决方案。该海洋监测及预警系统至少包括以下优点：

一、本发明的海洋监测及预警系统对于通信线缆未铺设或通信线缆铺设难度人的近海环境适用性好；

二、本发明的海洋监测及预警系统监测信息丰富，包括海洋环境气象要素、水文要素、视频监控信息GPS信息；

二、本发明的海洋监测及预警系统融入了监测点的地理空间信息，监测预警信息平台集成了GIS基础功能，并采用了C/S与B/S混合体系架构实现信息的发布与管理。

四、本发明的海洋监测及预警系统自动化、智能化，通过后台管理程序控制自动将传感器监测数据存入数据库中，达到预警条件时，预警信息将通过移动通信网络自动发送至智能手机终端。

Claims (6)

1.一海洋环境监测系统，包括至少一监测设备、一海上监测终端、一数据传输网络、一远程监控中心、一监测预警信息平台。其特征在于将物联网技术与GIS技术同时应用到海洋监测领域，即在海洋环境要素监测设备上安装GPS数据采集模块获得数据采集点地理位置信息，再由海上监测终端通过移动通信网络接入到Internet，将采集的海洋环境要素数据传送到远程监控中心，监控中心完成数据的接收、存储与管理，预警信息会自动发送至智能手机终端，监测预警信息平台则会将相关的服务信息提供给用户浏览访问。

2.根据权利要求书1所述的海洋环境监测系统，其特征在于所述的监测设备可以安置在监测浮标上，也可以安置在监测船舶上，完成数据的采集并发送至海上监测终端，能采集海洋气象信息、水文要素信息、GPS信息和视频监测信息，并采用太阳能与蓄电池双电源工作。该监测设备包括：

至少一海洋气象要素类传感器，包括至少一温湿度传感器、一风速风向传感器、一气压传感器；

一水文要素类传感器，包括至少一水深传感器、一水温传感器、一水速传感器、一盐度传感器、一PH传感器、一溶解氧传感器；

一GPS信息采集模块，完成GPS信号的采集与信号转换；

一视频信息采集模块，完成视频监测信号的采集与压缩编码；

一无线数传模块，实现监测设备之间及与海上监测终端的无线数据传输；

一供电模块，太阳能电池与蓄电池双电源配合使用。

3.根据权利要求书1所述的海洋环境监测系统，其特征在于所述的海上监测终端具有多通信方式，接收来自监测设备的监测信号并可以转发给其他邻近的海上监测终端，完成协议栈之间的通信协议转换，最终将数据包发送至公网上，包括：

至少一高性能存储模块，用作程序的运行空间、数据及堆栈区；

一中功率远距离无线收发模块，负责海上监测终端与监测浮标之间的无线通信；

一远程微波收发模块，实现海上监测终端之间、海上监测终端与监测船舶之间的无线通信；

一以太网接口，直接连接实现以太网通信；

一CF接口，进行数据存储，也可插CF无线通信卡，用于收发处理WSN射频信号；

一调试串口，通过该串口可以进行系统软件的启动，系统的初始配置，也可以与普通计算机或同类终端相连进行信息交换。

4.根据权利要求书1所述的海洋环境监测系统，其特征在于所述的数据传输网络是采取“无线传感器网络-无线微波通信网络-无线移动通信网络-互联网”四级数据网络传输模型，包括：

至少一无线传感器网络，实现传感器之间的通信，传感器采集的数据可以通过该无线传感器网络将数据发送至海上监测终端；

一无线微波通信网络，实现海上监测终端之间、监测船舶与海上监测终端之间的无线通信；

一无线移动通信网络，实现海上监测终端与数据中心之间的通信，完成监测数据从海上终端传送至数据中心；

一互联网，实现数据中心与客户端之间的通信，用户可以通过互联网获取相关监测信息。

5.根据权利要求书1所述的海洋环境监测系统，其特征在于所述的远程监控中心接收来自海上监测终端的监测数据，并通过后台程序自动存储到大型数据库中，提供Web服务和GIS服务，并能友好地展示海洋环境监测系统相关相息，包括：

至少一大型数据库，用于存储和管理监测数据；

一Web服务器，用于发布海洋环境要素监测Web服务信息；

一GIS服务器，用于发布海洋地理信息服务，便于处理各监测浮标或监测渔船的地理空间信息；

一工控机，用于接收和预处理海洋环境监测数据，管理员用户可以通过安装在工控机上的监管平台软件对后台数据进行查询与管理；

一大型显示屏，用于展示海洋环境监测系统运行状态及相关信息。

6.根据权利要求书1所述的海洋环境监测系统，其特征在于所述的监测预警信息平台是基于Browser/Server和Client/Server混合架构的，管理员用户通过监管平台软件进行数据管理，普通用户可以通过登陆相关信息发布网站获取最新信息，而预警信息测通过移动通信网络实时地发送至智能手机终端。所述的监测预警信息平台包括：

至少一监管平台软件，集成了GIS基础功能，管理员用户可以通过该监管平台软件连接到数据中心并登陆到系统中，利用友好地基于GIS的用户界面进行数据管理；

一监测信息网站，用于发布各类监测信息，互联网上的计算机终端和智能手机终端可以登陆到该网站了解相关监测信息；

一无线通信模块，负责将预警信息发送至智能手机终端；

一智能手机终端，用于接收预警信息及登陆到监测信息网站。

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