一、近海海洋生態與環境現況

　　海洋是生命的搖籃，同時也是人類的資源寶庫。隨著人類對海洋資源的開發規模日益擴大，這片美麗的深藍色已經受到人類活動的影響和污染。盡管海洋具有巨大的自凈能力，但污染物進入海洋后，還會對近海生態環境遭到破壞和局部水域造成污染，嚴重影響漁業經濟的發展。人們日常生活和生產活動過程中排出的污染物，或經河流的遷移，或通過大氣的沉降，進入海洋；或由于海洋上活動（如船舶傾倒廢物、油船事故、海底礦產開采）直接進入海洋，一旦超過了海洋的自凈能力，就會造成某些海域的污染，引發海洋污染使海洋生態平衡遭到破壞，并且不斷發生危及人類健康的事件，海洋保護越來越引起人們的重視。按照科學發展觀的要求， 加大海洋環境預測保護力度， 建立完善近海環境監測管理系統已經迫在眉睫。
 
　　二、海洋監測的必要性

　　發展海洋監測技術和海洋立體監測系統的建設，對提高我國海洋漁業資源與海上航運交通、海岸工程、海上安全防務等技術保障能力是十分必要的。我國有18000公里海岸線，近海人口最多、經濟發達、沿海地區在高強度開發的影響下，近岸海域的環境日益嚴峻，根據國家海洋局海洋災害公報，僅2006年我國海域共發現赤潮93次，其中渤海11次、黃海2次，東海63次，南海17次，累計受害面積19840平方公里。海洋污染與生態環境監測技術，是當前監測技術的重點和難點，目前主要技術是通過傳感器監測和微型化的自動分析儀器來實現，國內對生物、化學、水光學傳感器的研發與發達國家還存在有較大的差距，只有通過不斷的集成化應用去積累經驗，為攻關這一重要難題提供一些前期實踐參考。

　　同時隨著經濟的發展，特別近海城市的污水排放量已成重要的污染源，但目前的水質監測主要是針對入海口的監測階段，而且數據的采集間隔期較長，難以實際反映近海的真實生態環境。這就迫切需要有一種系統來完成對近海的生態環境進行動態監測，如山東半島近青島海域，每年有滸苔大面積爆發的情況出現，它的繁殖過程中每個階段的濃度、大小，就可以通過連續的、定向實時的數據采集系統來完成監測，對它(滸苔、海藻、赤潮等)的起始、發展、爆發、消散四個階段，都能有效的進行不間斷的觀測，同時提前采取有效措施，做到預防防范，從而減少因為海洋生態和環境狀態改變，帶來直接或間接的經濟損失。 

　　三、系統介紹

　　青島海笛安電子有限公司自主研發的，由集成化全氣候無線監測節點應運自生，運用無線傳感技術、 嵌入式計算技術、 現代IOT技術、 無線通信技術和分布式智能信息處理技術， 將功能相同或不同的傳感器構成網絡化、智能化的多元網絡，實現“多點分布、集中獲取、集中上傳，同一地理位置條件采集多組數據”。解決了現有系統的，“多點分布、零散采集、多點上傳，同一地理位置條件無法獲得各種傳感器的多組有效數據等一系列問題”，大大提高遠程動態監測能力。本系統可根據需要采用多種供電模式、續航效果好，任意節點之間可相互協調實現數據通信，能支持多種不同類型的傳感器，適應性強。可實現靈活的配置，擴展性好，稍加改進本系統可以擴展為海洋船載拖曳式多參數水下移動測控系統。 

　　四、系統實現功能

　　對近海的監測系統主要實現以下信息數據采集與處理：

　　1、完成大面積海域海洋生態環境及其水文氣象等背景參數實施快速連續跟蹤監測、 數據實時處理及傳輸、 信息制作與分發的地面支持系統。
　　2、結合我國海洋環境特點對海洋氣象與災害如海浪、 風暴潮、 海冰、 海洋溫、 鹽流三維結構、厄爾尼諾等數值預報預測。
　　3、測量海水鹽度、 溫度、 深度、 溶解氧、 pH 值、 葉綠素、 濁度和營養鹽、 重金屬等海水指標并進行軟件分析管理。
 
　　五、系統組成

　　近海海洋資源監測系統（ORMS）
　　系統由監測節點、監測中繼、中央服務器與用戶遠程監控中心組成。

系統拓撲圖

　　1、監測節點

　　被監測物理信號的形式決定了所用傳感器的類型。按照系統數據、環境要求采用低功耗的傳感器。主要測量海水鹽度、 溫度、 深度、 酸度、DO、溶解氧、 pH 、 葉綠素、 濁度、營養鹽、 重金屬等。主要為海水富營養狀況、水質指標建立三維結構，為預報預測提供準確數據。實現多元海洋環境信息的綜合集成，初步建成海洋環境數值預報業務化系統。每一個節點可以連接不同的傳感器， 而且傳感器安裝位置應該靈活， 水下水上結合進行探測以適應各監測點的要求。

　　無線監測節點數據由NFC網絡上傳到中繼。 由于很多必需無人值守設備或監測點，受到地形、氣候、監測范圍等因素影響，不適合用有線通信和無線數傳電臺等數據傳輸方式， 而且它們還具有移動性差、成本高、擴展性差、設備維護不方便等缺點，而無線網絡覆蓋面廣CDMA，具有可靠的高速的數據傳輸特點，系統中的應用具有不可比擬的性價比優勢。 

監測節點實物圖

監測設備實物圖

{$page$}

　　2、監測中繼

　　傳感器監測節點采集信息通過網內算法加分析處理， 在本地只轉發結果數據，中繼承擔著無線傳感器節點與外部網絡連接的中轉站，負責發送上層命令(如查詢、 分配 ID 地址等)與接收下層節點請求和數據。具有數據融合、請求權分配和路由選擇功能。外部網絡連接考慮主控中心與監測節點距離較遠， 單獨組網成本較大。因此采用現有的CDMA網絡平臺實現數據信息的透明傳輸并實時傳送到遠程控制中心實現決策管理。 

系統示意圖

　　3、中央服務器

　　服務器單元，除了數據和網絡功能外，還承擔著網絡安全、 軟件使用安全、 數據庫數據安全。網絡安全主要是阻止攻擊、 病毒等因素； 軟件使用安全主要是阻止非用戶使用軟件或是破解數據服務器的用戶名和密碼；數據庫數據安全主要是防止意外事故造成數據丟失。

　　4、遠程監控中心平臺

　　實時3GS信息處理子系統是遠程控制中心，完成對節點反回各類傳感器參數的監測管理， 是無線傳感器網絡的一個分布式數據庫系統。 以節點的ID或地理位置為索引， 可進行高效的數據查詢操作。 實時信息處理具有測點命令下達、控制定義、 顯示測量參數、 數據報表、 曲線顯示、 圖形生成、 數據存儲、故障統計和報表、 報告打印等功能。全部實現了可視化和圖形化功能， 具備海洋生態環境監測數據的分析評價功能， 為海洋生態環境和污染情況保護提供相關數據和信息，為管理部門提供技術支持資料。 

監控應用平臺截圖

　　數據分析統計子系統是監測系統中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S 模式在監測部門內部供工作人員直接操作使用。具有安全、快捷方便的特點、系統即具有綜合性、集成性的特點、又有各模塊獨立操作的有點。 

　　其功能包括如下：

　　1. 現場實時監測原始數據的查詢、修正、監測數據核對、預報數據錄入 
　　2. 監測數據歷史記錄的維護 
　　3. GIS 電子地圖實時顯示水資源變化趨勢 
　　4. 結合歷史數據生成水資源生態與污染指數曲線圖 
　　5. 監測數據異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息 
　　6. 各種數據匯總報表、統計報表、上報表格，包括特殊格式報表 
　　7. 節點設備維護記錄
　　8. 節點命令下達 
　　9. 數據備份
　　10. 管理權限分配