CN108711113A - 一种海洋牧场生态环境的监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋牧场生态环境的监测系统，包括数据采集系统、数据处理系统和控制系统，通过在不同区域布设数据采集系统与控制系统，可实现对多站点的监测，通过多种传感器获取监测区域的空气温湿度、水的流速流向等环境信息，监控监测区域的实时动态信息，融合无线传输技术将监测信息发布出去。采用物联网技术，实现海洋生态环境的动态监测，对预防突发性海洋污染，生态环境保护，海洋生产养殖具有重要意义，运用物联网技术中的传感器技术、无线传感器网络技术、无线通信技术、互联网技术，实现海洋环境多要素数据指标监测的实时性、可靠性，提高监测系统的智能化程度和精确性，对防止海洋水污染、海洋养殖等具有巨大的实用性帮助。
Description
技术领域
本发明涉及海洋生态的技术领域，具体涉及一种海洋牧场生态环境的监测系统。
背景技术
海洋牧场是在一定海域内，通过人工工程措施对海洋环境加以改造和利用，改善海洋的生态环境，使海洋生态系统保持相对的稳定性。海洋牧场以环境友好、低碳的渔业生产模式，保证近海渔业的可持续发展。海洋牧场首先要“建场”，即通过在近海海底投放人工鱼礁，形成地形的变化，制造海底山脉，以利于形成上升流等人工海流，把海底的营养物质带到表层水或者形成循环，为浮游生物提供营养来源，促进其生长，提高海域初级生产力；其次要“放牧”，即人工放养海洋生物苗种，同时吸引海洋自然生物聚集。目前，对于海洋牧场的驯化、投饵及投礁等均需要人工频繁实地察看并在掌握了海洋牧场的生态水质等信息后进行。由于海洋牧场大多远离海岸线，人工频繁实地察看费时费力，加大了养殖成本；有的海洋牧场超出公众移动通信网的通信范围，给海洋牧场远程监控的通信问题带来难题。目前，海洋的环境出现世界性的资源枯竭、海洋生态被破坏、富氧物多、海洋污染等难以解决的问题，构建海洋牧场可以对污染的海域起到净化作用，修复生态环境，保护渔业资源，恢复海洋渔业环境，使渔业资源再生，并且能解决因过度捕捞导致的海洋荒漠化问题。目前用于海洋牧场环境监测手段主要有现场人工采样、专用监测船、浮标原位监测，这三种方式分别存在以下缺点：现场人工采样需要人员到监测点将水样取回试验室检测，大范围的海域监测将耗费相当多的人工；专用海洋环境监测船数量少且运行费用高，采样能力不足，监测频率较低，缺乏自动测报的能力；监测浮标长期工作在海水中，受恶劣海洋环境影响，需要频繁维护。以上技术显然无法满足海洋牧场环境监测手段的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种海洋牧场生态环境的监测系统，可自动对海洋牧场的环境信息进行远程综合采集，并可实现远程控制，满足海洋牧场的环境监测。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海洋牧场生态环境的监测系统，包括数据采集系统、数据处理系统和控制系统；
所述数据采集系统包括多个传感器，用于采集海洋牧场的环境数据；
所述数据处理系统包括数据处理模块、无线通信模块、电源模块；所述无线通信模块用来接收所述数据采集系统发来的环境监测数据，通过串口将采集的数据传输到数据处理模块；所述数据处理模块完成对各数据发送与接收模块的控制以及通过与无线通信模块的连接完成数据的处理；所述无线通信模块将数据实时传送到控制系统；所述电源模块为各个模块提供电能；
所述控制系统包括中央控制模块、数据传输模块、监测控制中心和服务器，通过中央控制模块连接数据传输模块与数据处理系统进行数据与控制指令的转发，用于接收海洋牧场的环境数据，在完成数据的质量控制后通过数据传输模块上报至所述监测控制中心，所述服务器与所述监测控制中心连接，并以浏览器的形式发布监测区域的监测结果。
优选的，还包括微处理器、与所述微处理连接的水下相机、水下LED灯和GPS定位模块。
在本发明优选实施例中，所述传感器包括温度传感器、盐度传感器、pH值传感器、叶绿素传感器、溶解氧传感器及氨氮传感器。
优选地，所述监测控制中心包括实时数据监测平台、资源数据共享网站、数据推送和存储模块。
进一步地，所述的实时数据监测平台包括电源管理模块、传感器管理模块、数据管理模块、故障管理模块，用于负责数据采集系统远程电源管理与采样配置、实时采样与状态数据监测。
本发明的海洋牧场生态环境的监测系统通过在不同区域布设数据采集系统与控制系统，可实现对多站点的监测，系统运行期间，通过多种传感器获取监测区域的空气温湿度、水的流速流向、水的温盐深等环境信息，监控监测区域的实时动态信息，融合无线传输技术将监测信息发布出去。本发明系统采用物联网技术，实现海洋生态环境的动态监测，对预防突发性海洋污染，生态环境保护，海洋生产养殖具有重要意义，运用物联网技术中的传感器技术、无线传感器网络技术、无线通信技术、互联网技术，实现海洋环境多要素数据指标监测的实时性、可靠性，提高监测系统的智能化程度和精确性，对防止海洋水污染、海洋养殖等具有巨大的实用性帮助。本发明可自动对海洋牧场的环境信息进行远程综合采集，该系统实行模块化管理，整体集成度更高、独立性更强、更加灵活方便，在通用性、可扩展性、稳定可靠性具有一定的技术优势，能够很好地满足海洋牧场监测需求，真正意义上实现了对海洋牧场生态环境的监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的海洋牧场生态环境的监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体地，如图1所示，本发明的海洋牧场生态环境的监测系统包括数据采集系统10、数据处理系统20和控制系统30。
所述数据采集系统10包括多个传感器，用于采集海洋牧场的环境数据；所述传感器包括温度传感器、盐度传感器、pH值传感器、叶绿素传感器、溶解氧传感器及氨氮传感器。各个传感器包括电源管理控制板与CAN通信协议转换板两部分组成，由可以扩展的CAN总线协议转换器和适应于不同传感器供电电压的DC/DC转换器设计实现，可以兼容数字量(RS232、RS485等)、模拟量等常见接口传感器，负责将不同传感器接口数据转化成CAN数据转发，完成水质环境和水中环境的实时观测，在满足海洋牧场基本参数获取的基础上，为海洋环保和预报部门的监测、预报等工作提供丰富可靠的数据支撑。各个传感器例如可采用如下型号：Hydrocat SBE63CTD(带溶解氧探头)、ROSC600、TriOS、MicroFlu-chl、C-Tecnics。
所述数据处理系统20包括数据处理模块21、无线通信模块22、电源模块23；所述无线通信模块21用来接收所述数据采集系统10发来的环境监测数据，通过串口将采集的数据传输到数据处理模块22；所述数据处理模块22完成对各数据发送与接收模块的控制以及通过与无线通信模块的连接完成数据的处理；所述无线通信模块21将数据实时传送到控制系统30；所述电源模块23为各个模块提供电能。
所述控制系统30包括中央控制模块31、数据传输模块32、监测控制中心33和服务器34，通过中央控制模块31连接数据传输模块32与数据处理系统20进行数据与控制指令的转发，用于接收海洋牧场的环境数据，在完成数据的质量控制后通过数据传输模块上报至所述监测控制中心33，所述服务器34与所述监测控制中心33连接，并以浏览器的形式发布监测区域的监测结果。所述监测控制中心34包括实时数据监测平台、资源数据共享网站、数据推送和存储模块。所述的实时数据监测平台包括电源管理模块、传感器管理模块、数据管理模块、故障管理模块，用于负责数据采集系统远程电源管理与采样配置、实时采样与状态数据监测。
电源管理模块：针对各海洋牧场传感器探头设计PowerOn、PowerOff指令，当执行电源管理时，选择冗余DC/DC，远程控制传感器上电断电；设计Monitor指令，当执行状态监控时，实时采集当前反馈电压温度值。
传感器管理模块：设计典型模式与自定义模式两种：典型模式，根据预设一次下发多组指令，直接对传感器进行采样配置；自定义模式，通过逐条远程指令下发执行，灵活定义传感器采样方案。
数据管理系统模块：通过与平台控制系统建立长连接，接收、解析、存储、展示传感器原始采样数据，并在资源共享网站实时发布，及后台数据库备份。
故障管理模块：设计断网重连、超时重发、远程反馈等机制，保证海洋牧场站点系统远程管理稳定性；实时监测站点搭载仪器工作电压温度、平台蓄电池充放电过程等状态，并进行异常及时响应处理。
本发明的海洋牧场生态环境的监测系统还包括微处理器、与所述微处理连接的水下相机、水下LED灯和GPS定位模块。水下相机通过SUBCONN同轴水密电缆接入控制系统，主要集成包括电源线、控制线、视频线，数据处理系统通过CAN传感器模块对其进行电源管理与控制，即利用SONY VISCA协议控制摄像机数字变焦、聚焦、白平衡、亮度、光圈、增益、背光补偿等基本参数设置。监测控制中心33对所得到的海洋牧场的环境数据进行分析，通过internet网络送至服务器34。服务器34在获得上述信息后即通过各网络向微处理器发出控制指令，微处理器再输出信号控制控制水下LED灯的光颜色和光照度。
本发明的中央控制模块31由工业计算机通过PCI总线扩展的多种板卡，包括多路串口卡或AD转换卡采集水质测量仪器和流量计数据，多路串口卡采集GPS接收机获取地理位置信息、通过数据传输模块32实现与监测控制中心33通讯。
本发明的无线通信模块22选用射频通信模块，本发明通过无线通信模块22解决水下系统的数据传输问题，实现了对生态环境等海洋要素的长期、实时、在线、稳定、自动化监测，实现对海洋牧场生态环境的可视、可测、可控，对海洋牧场海水的溶解氧、叶绿素、温度、盐度、水位、海流、海浪等参数实时在线监测；对海底环境远程实时控制，根据需要远程调整传感器的工作状态及数据采集频次；系统模块化分布式设计，通过更为可靠稳定，并且具有良好扩展性的传感器模块化集成手段，针对不同接口的传感器可以实现无缝接入系统，便于同一参数不同指标仪器接入平台比对及后期扩展可扩展安装营养盐等海洋环境观测设备。基于无线网络的海洋水质监测系统，实现了海洋水质的实时大范围监测，增强了对海洋生态环境的监测和预警能力。
由上述实施例可以看出，本发明的海洋牧场生态环境的监测系统通过在不同区域布设数据采集系统10与控制系统30，可实现对多站点的监测，系统运行期间，通过多种传感器获取监测区域的空气温湿度、水的流速流向、水的温盐深等环境信息，监控监测区域的实时动态信息，融合无线传输技术将监测信息发布出去。本发明系统采用物联网技术，实现海洋生态环境的动态监测，对预防突发性海洋污染，生态环境保护，海洋生产养殖具有重要意义，运用物联网技术中的传感器技术、无线传感器网络技术、无线通信技术、互联网技术，实现海洋环境多要素数据指标监测的实时性、可靠性，提高监测系统的智能化程度和精确性，对防止海洋水污染、海洋养殖等具有巨大的实用性帮助。本发明可自动对海洋牧场的环境信息进行远程综合采集，该系统实行模块化管理，整体集成度更高、独立性更强、更加灵活方便，在通用性、可扩展性、稳定可靠性具有一定的技术优势，能够很好地满足海洋牧场监测需求，真正意义上实现了对海洋牧场生态环境的监测。
以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种海洋牧场生态环境的监测系统，其特征在于：包括数据采集系统、数据处理系统和控制系统；
所述数据采集系统包括多个传感器，用于采集海洋牧场的环境数据；
所述数据处理系统包括数据处理模块、无线通信模块、电源模块；所述无线通信模块用来接收所述数据采集系统发来的环境监测数据，通过串口将采集的数据传输到数据处理模块；所述数据处理模块完成对各数据发送与接收模块的控制以及通过与无线通信模块的连接完成数据的处理；所述无线通信模块将数据实时传送到控制系统；所述电源模块为各个模块提供电能；
所述控制系统包括中央控制模块、数据传输模块、监测控制中心和服务器，通过中央控制模块连接数据传输模块与数据处理系统进行数据与控制指令的转发，用于接收海洋牧场的环境数据，在完成数据的质量控制后通过数据传输模块上报至所述监测控制中心，所述服务器与所述监测控制中心连接，并以浏览器的形式发布监测区域的监测结果。
2.根据权利要求1所述的海洋牧场生态环境的监测系统，其特征在于：还包括微处理器、与所述微处理连接的水下相机、水下LED灯和GPS定位模块。
3.根据权利要求1所述的海洋牧场生态环境的监测系统，其特征在于：所述传感器包括温度传感器、盐度传感器、pH值传感器、叶绿素传感器、溶解氧传感器及氨氮传感器。
4.根据权利要求1所述的海洋牧场生态环境的监测系统，其特征在于：所述监测控制中心包括实时数据监测平台、资源数据共享网站、数据推送和存储模块。
5.根据权利要求4所述的海洋牧场生态环境的监测系统，其特征在于：所述的实时数据监测平台包括电源管理模块、传感器管理模块、数据管理模块、故障管理模块，用于负责数据采集系统远程电源管理与采样配置、实时采样与状态数据监测。
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