CN111137405B - 一种数据传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种数据传输系统，用以减少海洋观测数据传输的延迟，提高海洋观测数据传输的时效性和效率，满足短期内获取海洋观测数据的需求。数据传输系统，包括数据采集子系统，水下通信子系统和核心浮标子系统，所述数据采集子系统包括采集不同类型数据的传感器设备，其中：所述数据采集子系统，用于通过各传感器设备采集不同类型的海洋环境信息；利用水下通信技术将采集海洋环境信息传输给所述水下通信子系统；所述水下通信子系统，用于将接收到的海洋环境信息利用水下通信技术发送给所述核心浮标子系统；所述核心浮标子系统，用于利用数据融合技术对不同类型的海洋环境信息进行融合处理得到海洋监测信息。

Description

一种数据传输系统
技术领域
本发明涉及通信网络技术领域，尤其涉及一种数据传输系统。
背景技术
物联网技术是将互联网、通信技术、电子科学技术等进行综合的高新信息应用模式，随着“智慧地球”、“感知中国”等物联网项目的推进，各领域中不断深入应用物联网技术，包括在海洋资源管理和环境检测领域的广泛试验，以达到海洋信息的智能化采集、提高海上资源开发效率的目的。
目前，大多数海洋环境监测信息网路的建立部分仅存在于海面，形成二维水下信息网络，部分三维水下信息网络数据的回传需要行驶船只在一定时间后到指定海域人工回收。
海洋水下环境数据的连续实时观测，对海洋/气候预报、海洋环境安全保障、重大灾害预警等具有重大意义。长期以来，深海数据获取主要通过布放潜标，一段时间后由技术人员返回现场回收潜标获取观测数据，这种方法降低了海洋观测数据传输的时效性和效率，无法满足短期内获取海洋观测数据的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种数据传输系统，用以减少海洋观测数据传输的延迟，提高海洋观测数据传输的时效性和效率，满足短期内获取海洋观测数据的需求。
本发明实施例提供一种数据传输系统，包括数据采集子系统，水下通信子系统和核心浮标子系统，所述数据采集子系统包括采集不同类型数据的传感器设备，其中：
所述数据采集子系统，用于通过各传感器设备采集不同类型的海洋环境信息；利用水下通信技术将采集海洋环境信息传输给所述水下通信子系统；
所述水下通信子系统，用于将接收到的海洋环境信息利用水下通信技术发送给所述核心浮标子系统；
所述核心浮标子系统，用于利用数据融合技术对不同类型的海洋环境信息进行融合处理得到海洋监测信息。
在一种实施方式中，所述数据采集子系统包括以下至少一种：用于采集海洋地质数据的地声仪；用于采集海水流速数据的多普勒声学剖面仪；用于采集海水温度、盐度和深度的温盐深仪CTD；用于采集海洋PH值的PH检测仪；用于采集海水溶解氧含量的溶解氧测量仪。
在一种实施方式中，所述传感器搭设备载于潜标平台上或者所述传感器设备搭载于无人潜航器AUV上。
在一种实施方式中，所述水下通信子系统包括水下通信平台、水声通信单元和水下光通信单元，所述水声通信单元包括水声通信机和声学应答器，所述水下光通信单元包括光通信机、调制解调器和收发光学天线；其中：
所述水下通信平台，包括固定通信节点潜标和移动通信节点AUV，用于搭载所述水声通信单元和/或水下光通信单元；
所述水声通信单元，用于传输数据量不大于第一数据量阈值，且传输距离大于第一预设距离阈值的海洋环境信息；
所述水下光通信单元，用于传输数据量大于第二数据量阈值，且传输距离不大于第二预设距离阈值的海洋环境信息。
在一种实施方式中，所述核心浮标子系统包括部署于海面的浮标、水声通信单元、水下光通信单元和异构信号处理机，其中：
所述浮标，用于搭载所述水声通信单元、水下光通信单元和异构信号处理机；
所述水声通信单元，用于接收所述水下通信子系统利用水声通信技术发送的海洋环境信息；
所述水下光通信单元，用于接收水下通信子系统利用水下光通信技术发送的海洋环境信息；
所述异构信号处理机，用于利用数据融合技术对不同类型的海洋环境信息进行融合处理得到海洋监测信息。
在一种实施方式中，本发明实施例提供的数据传输系统还包括显控子系统，其中：
所述核心浮标子系统，还用于将所述海洋监测信息发送给所述显控子系统；
所述显控子系统，用于显示接收到的海洋监测信息。
在一种实施方式中，所述核心浮标子系统，还包括卫星通信单元；以及
所述核心浮标子系统，具体用于利用卫星通信技术将所述海洋监测信息发送给所述显控子系统。
在一种实施方式中，所述显控子系统，还用于通过所述核心浮标子系统和所述水下通信子系统向所述传感器设备下发控制指令；
所述传感器设备，还用于执行接收到的控制指令。
在一种实施方式中，所述显控子系统，具体用于利用卫星通信技术向所述核心浮标子系统发送控制指令；
所述核心浮标子系统，具体用于利用水声通信技术或者水下光通信技术向水下通信系统转发所述控制指令；
所述水下通信系统，具体用于利用水声通信技术或者水下光通信技术向所述传感器设备转发所述控制指令。
采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明所述的数据传输方法，通过部署水下通信子系统，可以将数据采集子系统采集的海洋环境信息利用水下通信技术及时发送给核心浮标子系统，由核心浮标子系统对接收到的海洋环境信息进行融合处理得到海洋监测信息，由此，减少海洋观测数据传输的延迟，提高海洋观测数据传输的时效性和效率，满足短期内获取海洋观测数据的需求。
附图说明
图1为根据本发明实施例的数据传输系统的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的海洋环境信息回传的应用场景示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明实施例提供一种数据传输系统，用于水下海洋环境信息高效回传，该系统可进行跨域通信，有效提高海洋环境信息的回传效率，省去了人工收集数据所投入的人力物力财力，同时，也提高了海洋环境信息监测的实时性，增强了与海洋有关的灾害预警监测能力。
如图1所示，其为本发明实施例提供的数据传输系统的结构示意图，包括数据采集子系统11、水下通信子系统12和核心浮标子系统13，其中，数据采集子系统包括采集不同类型数据的至少一种传感器设备，例如，用于采集海洋地质数据的地声仪；用于采集海水流速数据的多普勒声学剖面仪；用于采集海水温度、盐度和深度的CTD(温盐深仪)；用于采集海洋PH值的PH检测仪；用于采集海水溶解氧含量的溶解氧测量仪。
数据采集子系统11用于通过各传感器设备采集不同类型的海洋环境信息，并利用水下通信技术将采集的海洋环境信息传输给水下通信子系统12。具体实施时，各传感器设备可以部署在不同海洋深度梯度上，构建成三维海洋环境监测网络。传感器搭设备载于潜标平台上或者传感器设备搭载于AUV上(自主式水下潜航器)，具体地，部署于海底的传感器设备可以依托于潜标平台，有移动监测需求的可以依托于AUV(自主式水下潜航器)移动平台，部署于海面的传感器设备可依托于浮标平台，各个平台配备传感器设备所需要的能源和通信接口。
水下通信子系统12包括水下通信平台、水声通信单元和水下光通信单元。
其中，水下通信平台可以包括固定通信节点潜标和移动通信节点AUV，用于搭载所述水声通信单元和/或水下光通信单元。具体实施时，两种类型平台均配备水声通信和水下光通信接口。水下通信平台可以作为远距离节点间无线通信的中继站，当水下部署的传感器设备需要将采集的海洋环境信息回传至核心浮标子系统是，若两者距离较远，无法直接进行点对点通信，就可以通过部署于通信范围内的水下通信子系统进行通信。
水下通信具备通信距离远，但传输速率较低的特点，用于传输数据量不大于第一数据量阈值，且传输距离大于第一预设距离阈值的海洋环境信息，即可应用于传输量小、分布范围广的传感器设备中，水声通信单元包括水声通信机和声学应答器，水声通信机与声学应答器之间通过远距离的超短基线系统实现与移动节点的定位，同时，需要水声通信的设备或者平台应配备水声通信接口。
水下光通信具备传输速率高，但通信距离较近的特点，用于传输数据量大于第二数据量阈值，且传输距离不大于第二预设距离阈值的海洋环境信息，可应用于传输量大、分布较为集中的系统，水下光通信单元包括光通信机、调制解调器和收发光学天线，需要进行水下光通信的传感器设备或者平台应配备水下光通信接口。
通过部署的水下通信子系统12，可以用于将接收到的海洋环境信息利用水下通信技术发送给核心浮标子系统13。
核心浮标子系统13可以以浮标平台的形式部署于海面，负责空海跨域信息的通信，各传感器设备采集的海洋环境信息统一上报至核心浮标子系统13。
核心浮标子系统13可以利用数据融合技术对不同类型的海洋环境信息进行融合处理得到海洋监测信息。
具体地，核心浮标子系统包括部署于海面的浮标、水声通信单元、水下光通信单元和异构信号处理机，其中：
所述浮标，用于搭载所述水声通信单元、水下光通信单元和异构信号处理机；
所述水声通信单元，用于接收所述水下通信子系统利用水声通信技术发送的海洋环境信息；
所述水下光通信单元，用于接收水下通信子系统利用水下光通信技术发送的海洋环境信息；
其中，水下通信技术包括水声通信技术和水下光通信技术。
所述异构信号处理机，用于利用数据融合技术对不同类型的海洋环境信息进行融合处理得到海洋监测信息。
在一种实施方式中，本发明实施例提供的数据传输系统还可以包括显控子系统14，浮标子系统用于将海洋监测信息发送给显控子系统，显控子系统用于显示接收到的海洋监测信息。
具体实施时，浮标子系统根据接收到的各传感器设备上报的海洋环境信息以及自身对所述海洋环境信息进行分析得到的海洋监测信息，向岸端的海洋环境信息显控子系统进行数据回传，由显控子系统进行显示。
在另一实施方式中，核心浮标子系统还用于将海洋环境信息显控子系统的控制指令下达至数据采集子系统的各个平台及传感器设备。该核心浮标子系统包括水下通信模块、空域通信模块和异构信号处理机模块。其中，水下通信模块负责接收海洋环境信息并上传至异构信号处理机模块，同时负责接收显控子系统发送的控制指令并通过水下通信子系统转发给各传感器设备；空域通信模块负责接收经异构信号处理机模块处理后的海洋监测信息，并将其上传至海洋环境信息显控子系统，同时负责接收显控子系统发送的控制指令信息并通过水下通信子系统发送给各传感器设备，由传感器设备执行接收到的控制指令；异构信号处理机模块是核心浮标子系统的重中之重，可融合、处理多体制异构信息，并根据任务需要转发相应的数据信息。
具体实施时，空域通信模块可以为卫星通信单元，核心浮标子系统具体用于利用卫星通信技术将海洋监测信息发送给显控子系统。相应地，所述显控子系统，具体用于利用卫星通信技术向所述核心浮标子系统发送控制指令；所述核心浮标子系统，具体用于利用水声通信技术或者水下光通信技术向水下通信系统转发所述控制指令；所述水下通信系统，具体用于利用水声通信技术或者水下光通信技术向所述传感器设备转发所述控制指令。
海洋环境信息显控子系统将接收到的海洋监测信息集中显示在显示屏上，供技术人员值班查看，对于监测获取的异常信息可进行自主预警，执勤人员可根据预警信息进行研判，若发现特殊情况，可及时上报有关部门机构。该子系统包括信息处理单元、态势展示单元和设备监控单元。其中，信息处理单元负责将接收到的信息实时化处理；态势展示单元不仅可以展示用户所需要的实时监测信息，还可展示水下前端设备的实时状态信息，同时该单元还具备声光报警、辅助研判等功能；设备监控单元可以通过控制指令控制前端设备的休眠/激活等工作模式。
本发明实施例提供的数据传输系统中，集成了水声通信技术和水下光通信技术，拓宽了水下通信方法手段，另外，系统还集成了传统固定节点潜标通信中继站与移动节点AUV通信中继站的工作模式，丰富了水下通信组网方式，而且系统集成了水下通信、空域通信等多体制的实时通信，减少海洋观测数据传输的延迟，提高海洋观测数据传输的时效性和效率，满足短期内获取海洋观测数据的需求，并配备异构信号处理机，使系统具备了空海跨域通信能力。
为了更好地理解本发明，以下结合具体的实施例对本发明的实施过程进行说明。
如图2所示，假设在当前安全控制区域，布设有本发明实施例提供的数据传输系统，拟对目标海域开展覆盖全海深、大范围的海洋环境观测、海洋环境突变预报及海洋灾害预警等工作。
1)根据本发明实施例，在指定海域安装好搭载传感器设备的潜标平台，设定好AUV、机械鱼等移动通信中继站的航行轨迹；
2)各设备开机，进入工作模式，主要工作流程如下：
①当距离较近的潜标与核心浮标需要传输大数据量信息时，直接利用水下光通信机进行控制指令及海洋监测信息通信；
②当距离较远的潜标与核心浮标需要传输小数据量信息时，直接利用水声通信机进行控制指令及海洋监测信息通信；
3)核心浮标将集中收集到的海洋环境信息通过异构信号处理机进行初步处理得到海洋监测信息后跨域回传至卫星，转接至岸端海洋环境监测中心，由海洋监测信息显控子系统实时化处理当前海域环境信息；
4)监测目标海域海洋信息发生明显变化，由技术人员结合海洋信息学相关知识，提供内波、黑潮、盐度陡变等海洋环境突变信息预警；
通过海洋多层次、大范围的环境信息监测与实时回传，可勾画出目标海域海洋环境全域图，同时提供海洋环境突变预警，提供海啸、地震、海底火山爆发等灾害预警高价值信息。
本发明实施例提供的数据传输系统中，提供了一种固定节点和移动节点协同合作的工作模式，增加了系统部署的灵活性和通信的兼容性，利用异构信号处理机，实现了对不同传感器设备采集的异构信号的处理，提高了信号处理的精度。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (7)

1.一种数据传输系统，其特征在于，包括数据采集子系统，水下通信子系统和核心浮标子系统，所述数据采集子系统包括采集不同类型数据的传感器设备，其中：
所述数据采集子系统，用于通过各传感器设备采集不同类型的海洋环境信息；利用水下通信技术将采集的海洋环境信息传输给所述水下通信子系统；
所述水下通信子系统，用于将接收到的海洋环境信息利用水下通信技术发送给所述核心浮标子系统；
所述核心浮标子系统，用于利用数据融合技术对不同类型的海洋环境信息进行融合处理得到海洋监测信息；
所述水下通信子系统包括水下通信平台、水声通信单元和水下光通信单元，所述水声通信单元包括水声通信机和声学应答器，所述水下光通信单元包括光通信机、调制解调器和收发光学天线；其中：
所述水下通信平台，包括固定通信节点潜标和移动通信节点AUV，用于搭载所述水声通信单元和/或水下光通信单元；
所述水声通信单元，用于传输数据量不大于第一数据量阈值，且传输距离大于第一预设距离阈值的海洋环境信息；
所述水下光通信单元，用于传输数据量大于第二数据量阈值，且传输距离不大于第二预设距离阈值的海洋环境信息；
所述核心浮标子系统包括部署于海面的浮标、水声通信单元、水下光通信单元和异构信号处理机，其中：
所述浮标，用于搭载所述水声通信单元、水下光通信单元和异构信号处理机；
所述水声通信单元，用于接收所述水下通信子系统利用水声通信技术发送的海洋环境信息；
所述水下光通信单元，用于接收水下通信子系统利用水下光通信技术发送的海洋环境信息；
所述异构信号处理机，用于利用数据融合技术对不同类型的海洋环境信息进行融合处理得到海洋监测信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集子系统包括以下至少一种：用于采集海洋地质数据的地声仪；用于采集海水流速数据的多普勒声学剖面仪；用于采集海水温度、盐度和深度的温盐深仪CTD；用于采集海洋PH值的PH检测仪；用于采集海水溶解氧含量的溶解氧测量仪。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感器设备搭载于潜标平台上或者所述传感器设备搭载于自主式水下潜航器AUV上。
4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括显控子系统，其中：
所述核心浮标子系统，还用于将所述海洋监测信息发送给所述显控子系统；
所述显控子系统，用于显示接收到的海洋监测信息。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述核心浮标子系统，还包括卫星通信单元；以及
所述核心浮标子系统，具体用于利用卫星通信技术将所述海洋监测信息发送给所述显控子系统。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述显控子系统，还用于通过所述核心浮标子系统和所述水下通信子系统向所述传感器设备下发控制指令；
所述传感器设备，还用于执行接收到的控制指令。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述显控子系统，具体用于利用卫星通信技术向所述核心浮标子系统发送控制指令；
所述核心浮标子系统，具体用于利用水声通信技术或者水下光通信技术向水下通信系统转发所述控制指令；
所述水下通信系统，具体用于利用水声通信技术或者水下光通信技术向所述传感器设备转发所述控制指令。
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