CN114067530A - 基于光纤传感的海洋信息感知预警方法、系统及存储介质 - Google Patents

基于光纤传感的海洋信息感知预警方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法、系统及存储介质，包括：获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，并将获取的信息通过预设通信方式进行传输；根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；根据所述水文特征获取流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息。本发明通过实时感知海洋信息，可以实现目标海域的预警。

Description

基于光纤传感的海洋信息感知预警方法、系统及存储介质
技术领域
本发明海洋信息感知预警领域，更具体的，涉及一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法、系统及存储介质。
背景技术
海洋信息是重要的国家基础性和战略性资源,海洋信息研究对促进中国的海洋力量建设具有重大战略意义，其中海洋信息的获取,传输,处理和融合,不仅在海洋科学研究,环境调查,资源开发,权益维护与安全防卫中发挥重要的作用,也因其应用环境的特殊性而成为信息科学研究的热点之一。而在实际海洋信息获取过程中，海洋网络信息体系中目标数据种类多、实时性高、数据量大、数据特点各异等问题, 一直制约着海洋信息获取及传输的发展。
为了能够对海洋信息进行实时感知并将感知的数据进行传输，需要开发一款系统与之配合进行实现，该系统获取目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息，将获取的信息通过预设通信方式进行传输，根据获取的信息生成目标海域的水文特征，根据水文特征获取目标海域的流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波，若存在内波，则生成预警信息，将所述预警信息按照预设方式进行显示。在本系统的实现过程中，如何获取海洋信息生成水文特征及如何根据水文特征获取内流预警都是亟不可待需要解决的问题之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法、系统及存储介质。
本发明第一方面提供了一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法，包括：
获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，并将获取的信息通过预设通信方式进行传输；
根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；
根据所述水文特征获取目标海域的流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；
同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；
根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息，将所述预警信息按照预设方式进行显示。
所述目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息通过光纤传感器获取，所述光纤传感器包括基于光纤光栅的海水温度传感器、海水盐度传感器和海水压力传感器，所述海底地形信息通过声波传感器获取。
本方案中，所述的根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征，具体为：
将所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息按照时序生成监测数据时序序列，通过所述监测数据时序序列生成监测曲线信息；
通过中值滤波算法对多数监测曲线信息进行滤波，去除监测环境中的噪声信息；
将所述监测曲线信息进行分割，并剔除偏移点，将分割后的监测曲线信息进行聚合提取曲线的特征点信息；
根据所述特征点信息生成目标海域内的水文特征。
本方案中，所述的根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波，具体为：
根据水文特征获取目标海域不同深度的流速信息及流向信息，根据深度变化生成预设时间内实时海流矢量图；
根据所述实时海流矢量图读取流向相反特征，并确定目标海域内流向相反区域，根据所述流速信息所述流向相反区域预设时间内流速变化率及温度变化率；
若所述流速变化率及温度变化率大于变化率阈值，则将所述流向相反区域标记为内波区域，生成内波预警信息；
同时，根据预设时间内流速变化率生成内波强度信息，同时根据所述内波区域生成目标海域内的内波分布信息；
将所述内波预警信息及内波分布信息按照预设方式进行显示，同时按照预设方式发送到目标区域的船舶。
本方案中，所述的根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险，具体为：
根据目标海域盐度信息生成目标海域内海水浮力信息，将所述海水浮力信息按照预设方式发送到目标海域内的船舶；
所述目标海域内的船舶通过所述海水浮力信息获取吃水深度信息，通过海底地形信息确定海底礁石离海平面的距离信息；
根据船舶的航线信息确定船舶在目标海域内经过的区域，获取所述区域内的海底地形信息，确定区域内海底礁石离海平面的最小距离信息；
将所述最小距离信息与所述吃水深度信息进行对比判断，生成偏差信息；
预设偏差信息阈值，若所述偏差信息小于等于所述偏差信息阈值，则生成船舶触礁预警信息，并根据偏差信息大小生成不同的触礁风险等级。
本方案中，还包括：构建海洋信息数据库，根据历史监测数据构建内波预警模型，具体为：
获取海洋气象信息及潮汐信息，通过所述海洋气象信息及潮汐信息结合监测数据时序序列存入海洋信息数据库；
将所述海洋信息数据库中的内波数据与所述海洋气象信息与潮汐信息进行相关性分析，挑选出与内波形成相关性较大的因子，生成数据样本；
建立内波预警模型，根据所述数据样本对多数内波预警模型进行初始化训练；
通过目标海域当前预设时间段内的海洋气象信息预测当前预设时间段内的潮汐信息；
将所述当前预设时间段内的潮汐信息输入所述内波预警模型，预测内波的发生频率，根据所述内波的发生频率生成预警信息。
本方案中，所述的将获取的信息通过预设通信方式进行传输，具体为：
通过目标海域内的光纤传感器组成无线传感器网络，根据光纤传感器节点的位置信息获取目标海域内无线传感器网络的拓扑结构，根据所述拓扑结构生成多条数据传输路径；
所述光纤传感器节点通过最大能量路径生成最优传输路径，将海洋信息数据发送到汇聚节点；
汇聚节点将各光纤传感器节点感知到的海洋信息数据进行聚合生成海洋信息数据包，并将海洋信息数据包转发到预警平台；
所述预警平台根据海洋信息数据包生成预警信息，通过北斗技术通信将预警信息发送到目标船舶。
本发明第二方面还提供了一种基于光纤传感的海洋信息感知预警系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序，所述一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，并将获取的信息通过预设通信方式进行传输；
根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；
根据所述水文特征获取目标海域的流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；
同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；
根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息，将所述预警信息按照预设方式进行显示。
所述目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息通过光纤传感器获取，所述光纤传感器包括基于光纤光栅的海水温度传感器、海水盐度传感器和海水压力传感器，所述海底地形信息通过声波传感器获取。
本方案中，所述的根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征，具体为：
将所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息按照时序生成监测数据时序序列，通过所述监测数据时序序列生成监测曲线信息；
通过中值滤波算法对多数监测曲线信息进行滤波，去除监测环境中的噪声信息；
将所述监测曲线信息进行分割，并剔除偏移点，将分割后的监测曲线信息进行聚合提取曲线的特征点信息；
根据所述特征点信息生成目标海域内的水文特征。
本方案中，所述的根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波，具体为：
根据水文特征获取目标海域不同深度的流速信息及流向信息，根据深度变化生成预设时间内实时海流矢量图；
根据所述实时海流矢量图读取流向相反特征，并确定目标海域内流向相反区域，根据所述流速信息所述流向相反区域预设时间内流速变化率及温度变化率；
若所述流速变化率及温度变化率大于变化率阈值，则将所述流向相反区域标记为内波区域，生成内波预警信息；
同时，根据预设时间内流速变化率生成内波强度信息，同时根据所述内波区域生成目标海域内的内波分布信息；
将所述内波预警信息及内波分布信息按照预设方式进行显示，同时按照预设方式发送到目标区域的船舶。
本方案中，所述的根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险，具体为：
根据目标海域盐度信息生成目标海域内海水浮力信息，将所述海水浮力信息按照预设方式发送到目标海域内的船舶；
所述目标海域内的船舶通过所述海水浮力信息获取吃水深度信息，通过海底地形信息确定海底礁石离海平面的距离信息；
根据船舶的航线信息确定船舶在目标海域内经过的区域，获取所述区域内的海底地形信息，确定区域内海底礁石离海平面的最小距离信息；
将所述最小距离信息与所述吃水深度信息进行对比判断，生成偏差信息；
预设偏差信息阈值，若所述偏差信息小于等于所述偏差信息阈值，则生成船舶触礁预警信息，并根据偏差信息大小生成不同的触礁风险等级。
本方案中，还包括：构建海洋信息数据库，根据历史监测数据构建内波预警模型，具体为：
获取海洋气象信息及潮汐信息，通过所述海洋气象信息及潮汐信息结合监测数据时序序列存入海洋信息数据库；
将所述海洋信息数据库中的内波数据与所述海洋气象信息与潮汐信息进行相关性分析，挑选出与内波形成相关性较大的因子，生成数据样本；
建立内波预警模型，根据所述数据样本对多数内波预警模型进行初始化训练；
通过目标海域当前预设时间段内的海洋气象信息预测当前预设时间段内的潮汐信息；
将所述当前预设时间段内的潮汐信息输入所述内波预警模型，预测内波的发生频率，根据所述内波的发生频率生成预警信息。
本方案中，所述的将获取的信息通过预设通信方式进行传输，具体为：
通过目标海域内的光纤传感器组成无线传感器网络，根据光纤传感器节点的位置信息获取目标海域内无线传感器网络的拓扑结构，根据所述拓扑结构生成多条数据传输路径；
所述光纤传感器节点通过最大能量路径生成最优传输路径，将海洋信息数据发送到汇聚节点；
汇聚节点将各光纤传感器节点感知到的海洋信息数据进行聚合生成海洋信息数据包，并将海洋信息数据包转发到预警平台；
所述预警平台根据海洋信息数据包生成预警信息，通过北斗技术通信将预警信息发送到目标船舶。
本发明第三方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序，所述一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法的步骤。
本发明公开了一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法、系统及存储介质，包括：获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，将获取的信息通过预设通信方式进行传输；根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；根据所述水文特征获取流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息。本发明通过结合光纤传感设备对目标海域内海洋信息进行感知采集，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；通过海洋环境的监测实现目标海域的内波预警，同时感知目标海域季节性的盐度变化，生成目标海域船舶的触礁风险，有效的减少了目标区域内因为海洋自然因素造成的船舶事故。
附图说明
图1示出了本发明一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法的流程图；
图2示出了本发明中海洋信息及预警信息传输的方法流程图；
图3示出了本发明一种基于光纤传感的海洋信息感知预警系统的框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本发明一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法的流程图。
如图1所示，本发明第一方面提供了一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法，包括：
获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，并将获取的信息通过预设通信方式进行传输；
根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；
根据所述水文特征获取目标海域的流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；
同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；
根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息，将所述预警信息按照预设方式进行显示。
所述目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息通过光纤传感器获取，所述光纤传感器包括基于光纤光栅的海水温度传感器、海水盐度传感器和海水压力传感器，所述海底地形信息通过声波传感器获取。
需要说明的是，所述的根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征，具体为：
将所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息按照时序生成监测数据时序序列，通过所述监测数据时序序列生成监测曲线信息；通过中值滤波算法对多数监测曲线信息进行滤波，去除监测环境中的噪声信息；将所述监测曲线信息进行分割，并剔除偏移点，将分割后的监测曲线信息进行聚合提取曲线的特征点信息；根据所述特征点信息生成目标海域内的水文特征。
需要说明的是，所述的根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波，具体为：
根据水文特征获取目标海域不同深度的流速信息及流向信息，根据深度变化生成预设时间内实时海流矢量图；根据所述实时海流矢量图读取流向相反特征，并确定目标海域内流向相反区域，根据所述流速信息所述流向相反区域预设时间内流速变化率及温度变化率；若所述流速变化率及温度变化率大于变化率阈值，则将所述流向相反区域标记为内波区域，生成内波预警信息；同时，根据预设时间内流速变化率生成内波强度信息，同时根据所述内波区域生成目标海域内的内波分布信息；将所述内波预警信息及内波分布信息按照预设方式进行显示，同时按照预设方式发送到目标区域的船舶。
当判断有目标海域内有内波发生时，获取内波发生前的监测波形，根据当前监测数据生成当前时刻的监测波形，将当前时刻的监测波形除去内波发生前的监测波形，得到内波波形，根据内波波形获取内波强度信息，判断所述内波强度信息是否大于预设内波强度阈值，若大于，则根据内波强度信息落在的预设区间生成不同等级的预警信息；若小于，则说明内波强度信息不构成危害，不生成预警信息；当目标海域检测到内波，则将监测到内波信息进行汇聚，生成目标海域内的内波分布信息，将预警信息与内波分布信息进行汇总推送。
需要说明的是，所述的根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险，具体为：
根据目标海域盐度信息生成目标海域内海水浮力信息，将所述海水浮力信息按照预设方式发送到目标海域内的船舶；所述目标海域内的船舶通过所述海水浮力信息获取吃水深度信息，通过海底地形信息确定海底礁石离海平面的距离信息；根据船舶的航线信息确定船舶在目标海域内经过的区域，获取所述区域内的海底地形信息，确定区域内海底礁石离海平面的最小距离信息；将所述最小距离信息与所述吃水深度信息进行对比判断，生成偏差信息；预设偏差信息阈值，若所述偏差信息小于等于所述偏差信息阈值，则生成船舶触礁预警信息，并根据偏差信息大小生成不同的触礁风险等级。
获取目标海域内的盐度信息及温度信息，根据所述盐度信息及温度信息通过海水盐度与比重的简易换算公式获取当前预设时间段的海水比重信息，其中海水盐度与比重的简易换算公式具体为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，s表示目标海域内海水盐度信息，b表示海水比重信息，T表示目标区域内的海水温度信息；通过换算得到海水比重信息，根据海水比重信息生成目标海域内的海水密度信息，海水的浮力信息与密度信息为正相关，密度越大，海水的浮力就越大，根据海水密度信息获取目标海域浮力信息，同时根据浮力计算公式计算目标区域内船舶的吃水深度信息，根据所述吃水深度信息与海底礁石离海平面的最小距离信息的对比生成触礁风险。
需要说明的是，本发明还包括：构建海洋信息数据库，根据历史监测数据构建内波预警模型，具体为：
获取海洋气象信息及潮汐信息，通过所述海洋气象信息及潮汐信息结合监测数据时序序列存入海洋信息数据库；将所述海洋信息数据库中的内波数据与所述海洋气象信息与潮汐信息进行相关性分析，挑选出与内波形成相关性较大的因子，生成数据样本；建立内波预警模型，根据所述数据样本对多数内波预警模型进行初始化训练；通过目标海域当前预设时间段内的海洋气象信息预测当前预设时间段内的潮汐信息；将所述当前预设时间段内的潮汐信息输入所述内波预警模型，预测内波的发生频率，根据所述内波的发生频率生成预警信息。
将海洋观测信息存入海洋信息数据库，通过海洋信息数据库对采集来的数据与海洋气象数据进行结合同时时序序列进行存储，可以通过海洋信息数据进行目标海域水文变化的可视化实现，同时在出现台风天气时，海洋信息数据库还可以提供台风路径、强度、覆盖范围等信息的查询和显示，为船舶避险提供必要的信息；结合实时风浪分布情况，根据船舶抗风能力，绘制出船舶安全区和预警区，确保船舶的安全生产。
将所述海洋信息数据库中的内波数据与所述海洋气象信息与潮汐信息进行相关性分析，挑选出与内波形成相关性较大的因子，生成数据样本，将数据样本分为训练数据集及测试数据集，通过训练数据集对内波预警模型进行若干次迭代训练，根据训练后的内波预警模型的预测结果与验证数据集生成偏差率，若所述偏差率小于预设的偏差率阈值，则证明内波预警模型训练结束，通过内波预警模型根据潮汐预测信息及海洋气象预报信息获取预设时间段内的内波发生频率，对目标海域内船舶的航线规划及海上生产作业提供参考信息，合理规划航路线及生产作业周期。
图2示出了本发明中海洋信息及预警信息传输的方法流程图；
根据本发明实施例，所述的将获取的信息通过预设通信方式进行传输，具体为：
通过目标海域内的光纤传感器组成无线传感器网络，根据光纤传感器节点的位置信息获取目标海域内无线传感器网络的拓扑结构，根据所述拓扑结构生成多条数据传输路径；
所述光纤传感器节点通过最大能量路径生成最优传输路径，将海洋信息数据发送到汇聚节点；
汇聚节点将各光纤传感器节点感知到的海洋信息数据进行聚合生成海洋信息数据包，并将海洋信息数据包转发到预警平台；
所述预警平台根据海洋信息数据包生成预警信息，通过北斗技术通信将预警信息发送到目标船舶。
需要说明的是，通过目标海域的无线传感器网络的拓扑结构生成多条数据传输路径，将每条数据传输路径的能量值最小的光纤传感器节点进行对比分析，将能量值最小的光纤传感器节点按照能量值进行排序；将最大能量值对应光纤传感器节点所属的数据传输路径作为最优传输路径；通过利用北斗卫星通信，有效保证数据在传输过程中的稳定性，数据保密性程度较高，受环境限制小，不受气候的影响，不用人工操作，相邻监测点之间量程大，可进行大范围监测。
根据本发明实施例，本发明还包括，通过光纤传感技术获取目标海域内海洋平台的健康状态信息，具体为：
通过光纤传感器获取海洋平台的健康状态信息，所述健康状态信息包括海洋平台的形变信息、沉降信息及缺陷信息；
判断所述形变信息及沉降信息是否处于预设阈值范围内，若不处于，则生成海洋平台健康预警信息；
根据所述健康状态信息及健康预警信息评估海洋平台的健康程度，根据健康程度基于大数据分析生成维修方案；
基于神经网络建立海洋平台健康预测模型，确定模型的输入层、输出层及隐藏层的参数，并进行初始化训练；
运用所述海洋平台健康预测模型生成预设时间后的海洋平台健康程度，为所述维修方案提供数据参考。
需要说明的是，根据健康程度基于大数据分析生成维修方案，根据海洋平台当前健康程度信息及预设时间后预测健康程度信息提取健康状态特征，根据所述健康状态特征建立检索任务，通过大数据检索获取与所述健康状态特征相似度高的数据，并根据相似度高的数据提取相应的维修数据，通过可行性判断生成海洋平台当前维修方案。
图3示出了本发明一种基于光纤传感的海洋信息感知预警系统的框图。
本发明第二方面还提供了一种基于光纤传感的海洋信息感知预警系统3，该系统包括：存储器31、处理器32，所述存储器中包括一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序，所述一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，并将获取的信息通过预设通信方式进行传输；
根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；
根据所述水文特征获取目标海域的流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；
同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；
根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息，将所述预警信息按照预设方式进行显示。
所述目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息通过光纤传感器获取，所述光纤传感器包括基于光纤光栅的海水温度传感器、海水盐度传感器和海水压力传感器，所述海底地形信息通过声波传感器获取。
需要说明的是，所述的根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征，具体为：
将所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息按照时序生成监测数据时序序列，通过所述监测数据时序序列生成监测曲线信息；通过中值滤波算法对多数监测曲线信息进行滤波，去除监测环境中的噪声信息；将所述监测曲线信息进行分割，并剔除偏移点，将分割后的监测曲线信息进行聚合提取曲线的特征点信息；根据所述特征点信息生成目标海域内的水文特征。
需要说明的是，所述的根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波，具体为：
根据水文特征获取目标海域不同深度的流速信息及流向信息，根据深度变化生成预设时间内实时海流矢量图；根据所述实时海流矢量图读取流向相反特征，并确定目标海域内流向相反区域，根据所述流速信息所述流向相反区域预设时间内流速变化率及温度变化率；若所述流速变化率及温度变化率大于变化率阈值，则将所述流向相反区域标记为内波区域，生成内波预警信息；同时，根据预设时间内流速变化率生成内波强度信息，同时根据所述内波区域生成目标海域内的内波分布信息；将所述内波预警信息及内波分布信息按照预设方式进行显示，同时按照预设方式发送到目标区域的船舶。
当判断有目标海域内有内波发生时，获取内波发生前的监测波形，根据当前监测数据生成当前时刻的监测波形，将当前时刻的监测波形除去内波发生前的监测波形，得到内波波形，根据内波波形获取内波强度信息，判断所述内波强度信息是否大于预设内波强度阈值，若大于，则根据内波强度信息落在的预设区间生成不同等级的预警信息；若小于，则说明内波强度信息不构成危害，不生成预警信息；当目标海域检测到内波，则将监测到内波信息进行汇聚，生成目标海域内的内波分布信息，将预警信息与内波分布信息进行汇总推送。
需要说明的是，所述的根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险，具体为：
根据目标海域盐度信息生成目标海域内海水浮力信息，将所述海水浮力信息按照预设方式发送到目标海域内的船舶；所述目标海域内的船舶通过所述海水浮力信息获取吃水深度信息，通过海底地形信息确定海底礁石离海平面的距离信息；根据船舶的航线信息确定船舶在目标海域内经过的区域，获取所述区域内的海底地形信息，确定区域内海底礁石离海平面的最小距离信息；将所述最小距离信息与所述吃水深度信息进行对比判断，生成偏差信息；预设偏差信息阈值，若所述偏差信息小于等于所述偏差信息阈值，则生成船舶触礁预警信息，并根据偏差信息大小生成不同的触礁风险等级。
获取目标海域内的盐度信息及温度信息，根据所述盐度信息及温度信息通过海水盐度与比重的简易换算公式获取当前预设时间段的海水比重信息，其中海水盐度与比重的简易换算公式具体为：
Figure 964223DEST_PATH_IMAGE001
其中，s表示目标海域内海水盐度信息，b表示海水比重信息，T表示目标区域内的海水温度信息；通过换算得到海水比重信息，根据海水比重信息生成目标海域内的海水密度信息，海水的浮力信息与密度信息为正相关，密度越大，海水的浮力就越大，根据海水密度信息获取目标海域浮力信息，同时根据浮力计算公式计算目标区域内船舶的吃水深度信息，根据所述吃水深度信息与海底礁石离海平面的最小距离信息的对比生成触礁风险。
需要说明的是，本发明还包括：构建海洋信息数据库，根据历史监测数据构建内波预警模型，具体为：
获取海洋气象信息及潮汐信息，通过所述海洋气象信息及潮汐信息结合监测数据时序序列存入海洋信息数据库；将所述海洋信息数据库中的内波数据与所述海洋气象信息与潮汐信息进行相关性分析，挑选出与内波形成相关性较大的因子，生成数据样本；建立内波预警模型，根据所述数据样本对多数内波预警模型进行初始化训练；通过目标海域当前预设时间段内的海洋气象信息预测当前预设时间段内的潮汐信息；将所述当前预设时间段内的潮汐信息输入所述内波预警模型，预测内波的发生频率，根据所述内波的发生频率生成预警信息。
将海洋观测信息存入海洋信息数据库，通过海洋信息数据库对采集来的数据与海洋气象数据进行结合同时时序序列进行存储，可以通过海洋信息数据进行目标海域水文变化的可视化实现，同时在出现台风天气时，海洋信息数据库还可以提供台风路径、强度、覆盖范围等信息的查询和显示，为船舶避险提供必要的信息；结合实时风浪分布情况，根据船舶抗风能力，绘制出船舶安全区和预警区，确保船舶的安全生产。
将所述海洋信息数据库中的内波数据与所述海洋气象信息与潮汐信息进行相关性分析，挑选出与内波形成相关性较大的因子，生成数据样本，将数据样本分为训练数据集及测试数据集，通过训练数据集对内波预警模型进行若干次迭代训练，根据训练后的内波预警模型的预测结果与验证数据集生成偏差率，若所述偏差率小于预设的偏差率阈值，则证明内波预警模型训练结束，通过内波预警模型根据潮汐预测信息及海洋气象预报信息获取预设时间段内的内波发生频率，对目标海域内船舶的航线规划及海上生产作业提供参考信息，合理规划航路线及生产作业周期。
根据本发明实施例，所述的将获取的信息通过预设通信方式进行传输，具体为：
通过目标海域内的光纤传感器组成无线传感器网络，根据光纤传感器节点的位置信息获取目标海域内无线传感器网络的拓扑结构，根据所述拓扑结构生成多条数据传输路径；
所述光纤传感器节点通过最大能量路径生成最优传输路径，将海洋信息数据发送到汇聚节点；
汇聚节点将各光纤传感器节点感知到的海洋信息数据进行聚合生成海洋信息数据包，并将海洋信息数据包转发到预警平台；
所述预警平台根据海洋信息数据包生成预警信息，通过北斗技术通信将预警信息发送到目标船舶。
需要说明的是，通过目标海域的无线传感器网络的拓扑结构生成多条数据传输路径，将每条数据传输路径的能量值最小的光纤传感器节点进行对比分析，将能量值最小的光纤传感器节点按照能量值进行排序；将最大能量值对应光纤传感器节点所属的数据传输路径作为最优传输路径；通过利用北斗卫星通信，有效保证数据在传输过程中的稳定性，数据保密性程度较高，受环境限制小，不受气候的影响，不用人工操作，相邻监测点之间量程大，可进行大范围监测。
根据本发明实施例，本发明还包括，通过光纤传感技术获取目标海域内海洋平台的健康状态信息，具体为：
通过光纤传感器获取海洋平台的健康状态信息，所述健康状态信息包括海洋平台的形变信息、沉降信息及缺陷信息；
判断所述形变信息及沉降信息是否处于预设阈值范围内，若不处于，则生成海洋平台健康预警信息；
根据所述健康状态信息及健康预警信息评估海洋平台的健康程度，根据健康程度基于大数据分析生成维修方案；
基于神经网络建立海洋平台健康预测模型，确定模型的输入层、输出层及隐藏层的参数，并进行初始化训练；
运用所述海洋平台健康预测模型生成预设时间后的海洋平台健康程度，为所述维修方案提供数据参考。
需要说明的是，根据健康程度基于大数据分析生成维修方案，根据海洋平台当前健康程度信息及预设时间后预测健康程度信息提取健康状态特征，根据所述健康状态特征建立检索任务，通过大数据检索获取与所述健康状态特征相似度高的数据，并根据相似度高的数据提取相应的维修数据，通过可行性判断生成海洋平台当前维修方案。
本发明第三方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序，所述一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法的步骤。
本发明公开了一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法、系统及存储介质，包括：获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，并将获取的信息通过预设通信方式进行传输；根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；根据所述水文特征获取流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息。本发明通过结合光纤传感设备对目标海域内海洋信息进行感知采集，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；通过海洋环境的监测实现目标海域的内波预警，同时感知目标海域季节性的盐度变化，生成目标海域船舶的触礁风险，有效的减少了目标区域内因为海洋自然因素造成的船舶事故。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，并将获取的信息通过预设通信方式进行传输；
根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；
根据所述水文特征获取目标海域的流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；
同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；
根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息，将所述预警信息按照预设方式进行显示；
所述目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息通过光纤传感器获取，所述光纤传感器包括基于光纤光栅的海水温度传感器、海水盐度传感器和海水压力传感器，所述海底地形信息通过声波传感器获取。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法，其特征在于，所述的根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征，具体为：
将所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息按照时序生成监测数据时序序列，通过所述监测数据时序序列生成监测曲线信息；
通过中值滤波算法对多数监测曲线信息进行滤波，去除监测环境中的噪声信息；
将所述监测曲线信息进行分割，并剔除偏移点，将分割后的监测曲线信息进行聚合提取曲线的特征点信息；
根据所述特征点信息生成目标海域内的水文特征。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法，其特征在于，所述的根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波，具体为：
根据水文特征获取目标海域不同深度的流速信息及流向信息，根据深度变化生成预设时间内实时海流矢量图；
根据所述实时海流矢量图读取流向相反特征，并确定目标海域内流向相反区域，根据所述流速信息所述流向相反区域预设时间内流速变化率及温度变化率；
若所述流速变化率及温度变化率大于变化率阈值，则将所述流向相反区域标记为内波区域，生成内波预警信息；
同时，根据预设时间内流速变化率生成内波强度信息，同时根据所述内波区域生成目标海域内的内波分布信息；
将所述内波预警信息及内波分布信息按照预设方式进行显示，同时按照预设方式发送到目标区域的船舶。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法，其特征在于，所述的根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险，具体为：
根据目标海域盐度信息生成目标海域内海水浮力信息，将所述海水浮力信息按照预设方式发送到目标海域内的船舶；
所述目标海域内的船舶通过所述海水浮力信息获取吃水深度信息，通过海底地形信息确定海底礁石离海平面的距离信息；
根据船舶的航线信息确定船舶在目标海域内经过的区域，获取所述区域内的海底地形信息，确定区域内海底礁石离海平面的最小距离信息；
将所述最小距离信息与所述吃水深度信息进行对比判断，生成偏差信息；
预设偏差信息阈值，若所述偏差信息小于等于所述偏差信息阈值，则生成船舶触礁预警信息，并根据偏差信息大小生成不同的触礁风险等级。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法，其特征在于，还包括：构建海洋信息数据库，根据历史监测数据构建内波预警模型，具体为：
获取海洋气象信息及潮汐信息，通过所述海洋气象信息及潮汐信息结合监测数据时序序列存入海洋信息数据库；
将所述海洋信息数据库中的内波数据与所述海洋气象信息与潮汐信息进行相关性分析，挑选出与内波形成相关性较大的因子，生成数据样本；
建立内波预警模型，根据所述数据样本对多数内波预警模型进行初始化训练；
通过目标海域当前预设时间段内的海洋气象信息预测当前预设时间段内的潮汐信息；
将所述当前预设时间段内的潮汐信息输入所述内波预警模型，预测内波的发生频率，根据所述内波的发生频率生成预警信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法，其特征在于，所述的将获取的信息通过预设通信方式进行传输，具体为：
通过目标海域内的光纤传感器组成无线传感器网络，根据光纤传感器节点的位置信息获取目标海域内无线传感器网络的拓扑结构，根据所述拓扑结构生成多条数据传输路径；
所述光纤传感器节点通过最大能量路径生成最优传输路径，将海洋信息数据发送到汇聚节点；
汇聚节点将各光纤传感器节点感知到的海洋信息数据进行聚合生成海洋信息数据包，并将海洋信息数据包转发到预警平台；
所述预警平台根据海洋信息数据包生成预警信息，通过北斗技术通信将预警信息发送到目标船舶。
7.一种基于光纤传感的海洋信息感知预警系统，其特征在于，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序，所述一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
获取目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息及海底地形信息，并将获取的信息通过预设通信方式进行传输；
根据所述目标海域内的压力信息、盐度信息及温度信息获取目标海域的水文特征；
根据所述水文特征获取目标海域的流速信息及流向信息，根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波；
同时根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险；
根据目标海域中内波判断信息及所述触礁风险生成预警信息，将所述预警信息按照预设方式进行显示；
所述目标海域内的压力信息、盐度信息、温度信息通过光纤传感器获取，所述光纤传感器包括基于光纤光栅的海水温度传感器、海水盐度传感器和海水压力传感器，所述海底地形信息通过声波传感器获取。
8.根据权利要求7所述的基于光纤传感的海洋信息感知预警系统，其特征在于，所述的根据所述流速信息及流向信息判断是否目标海域内是否存在内波，具体为：
根据水文特征获取目标海域不同深度的流速信息及流向信息，根据深度变化生成预设时间内实时海流矢量图；
根据所述实时海流矢量图读取流向相反特征，并确定目标海域内流向相反区域，根据所述流速信息所述流向相反区域预设时间内流速变化率及温度变化率；
若所述流速变化率及温度变化率大于变化率阈值，则将所述流向相反区域标记为内波区域，生成内波预警信息；
同时，根据预设时间内流速变化率生成内波强度信息，同时根据所述内波区域生成目标海域内的内波分布信息；
将所述内波预警信息及内波分布信息按照预设方式进行显示，同时按照预设方式发送到目标区域的船舶。
9.根据权利要求7所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警系统，其特征在于，所述的根据所述盐度信息获取目标海域内的海水浮力信息，通过所述海水浮力信息判断目标海域内船舶触礁风险，具体为：
根据目标海域盐度信息生成目标海域内海水浮力信息，将所述海水浮力信息按照预设方式发送到目标海域内的船舶；
所述目标海域内的船舶通过所述海水浮力信息获取吃水深度信息，通过海底地形信息确定海底礁石离海平面的距离信息；
根据船舶的航线信息确定船舶在目标海域内经过的区域，获取所述区域内的海底地形信息，确定区域内海底礁石离海平面的最小距离信息；
将所述最小距离信息与所述吃水深度信息进行对比判断，生成偏差信息；
预设偏差信息阈值，若所述偏差信息小于等于所述偏差信息阈值，则生成船舶触礁预警信息，并根据偏差信息大小生成不同的触礁风险等级。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中包括一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序，所述一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的一种基于光纤传感的海洋信息感知预警方法的步骤。
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