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海洋環境監測物聯網管控解決方案

海洋占地球表麵積71%,是人類今後發展的重要資源。我國海岸線長度超過1.8萬公裏,海洋國土麵積近300萬平方公裏,其中蘊涵的生物、礦產、能源資源極為豐富。
  目前,海洋環境汙染日趨嚴重,每年有大量的重金屬、有機物質、營養鹽和放射性廢物進入海洋。除此之外還有工業廢水的熱汙染以及其他固體物質對海洋的汙染。雖然海洋有自淨能力,但是海洋環境的惡化卻在不斷地加劇。因此,保護海洋環境已成為各海洋國家的共識而保護海洋環境的重要環節就是海洋環境的監測。
  山東東潤儀表有限公司海洋環境監測係統是專為近海海洋水質監測應用開發的監測係統。監測指標:硝態氮、化學需氧量、pH、溫度、溶解氧、水中油、葉綠素、鹽度、懸浮物濃度等。
本係統設計參考標準:
HJT82-2001 近岸海域環境功能區劃分技術規範
GB17378-2007 海洋監測規範
GB3097-1997 海水水質標準
HY/T143-2011小型海洋環境監測浮標



海洋環境監測係統架構圖



山東東潤儀表科技股份有限公司海洋環境監測係統是典型物聯網五層架構。其中監測層,主要用於收集海洋環境的水文、氣象、物理、化學、生物、生態環境、視頻數據,並通無線傳輸係統將數據彙總至海洋環境監測數據中心。 係統硬件由監測平台(監測浮標、海洋水文監測站、海洋岸基監測站、海洋監測船)、無線遠程數據傳輸鏈路和數據中心服務器組成。係統軟件由海洋環境監測數據庫係統及視頻存儲與管理係統組成。

1.監測平台

監測平台部署於浮標上,由供電係統、采集及通訊係統、水質傳感器組等部分組成。
  浮標采用1.5~2米小型浮漂,外殼為船用鋼,內部浮力填充,外部噴塗聚脲。浮標上部安裝支架用於搭載太陽能板、天線平台及避雷針、雷達反射器等附件,內部安裝有儀表倉用於容納采集和通信係統及蓄電池,以及貫通的傳感器井用於安裝固定各參數傳感器組。浮標還包含錨鏈等係泊附件。

監測平台係統圖:

1.1水質傳感器組

水質傳感器組包括水溫、pH、鹽度、溶氧、葉綠素、水中油和全光譜多參數傳感器等傳感器。水質傳感器組分組放置、固定在浮標本體的兩個或四個傳感器井中並浸入海麵下,水質傳感器組通過電纜和儀表倉內的采集和通訊係統連接。傳感器組不采用化學試劑,可在水下長期布署和使用,維護周期不小於1個月。

1.2采集及通訊係統

采集及通訊係統安裝在儀表艙內,由采集模塊、無線通訊模塊和北鬥模塊組成。傳感器組電纜接入采集模塊,采集模塊完成對水質各參數的采集、計算、存儲,並把數據通過無線模塊發送到後台管理數據庫。采集模塊同時獲取北鬥模塊的地理位置、方向和速度信息,通過無線模塊發送到後台管理數據庫。
  采集模塊還監測太陽能板和太陽能專用電池的狀態,發送到後台用於對供電係統進行在線監測。
  采集模塊具有對自身和傳感器組進行自診斷功能,並把信息發送給後台軟件,實現監測係統健康狀態的在線監測。
  為方便維護,采集及通訊係統現場配置有一塊7寸大屏幕觸摸屏,在維護時打開,便於調試,同時,也提供基於便攜式筆記本機的維護軟件用於現場維護。



技術數據:

項目

參數

備注

監測通道

8個

可擴展至16個

人機界麵

7寸觸摸屏

 

維護軟件

支持Window

 

接口

RS485

 

通訊規約

MODBUS

 

無線通訊模式

GPRS

 

定位模式

北鬥


1.3供電係統

係統配備四組太陽能電池板,以及太陽能專用膠體電池,用於保持係統的供電。蓄電池係統可確保係統無日照72小時供電。太陽能板安裝在浮漂上部支架上,蓄電池置於儀表倉中。采集和通訊對供電係統的狀態進行監測並上報。


技術數據:

項目

參數

備注

太陽能板容量

12VDC,120W

 

蓄電池

12VDC,100Ah

太陽能專用膠體電池

電源管理器

12/24VDC,20A



2.數據中心

針對海洋環境監測的需求,山東東潤儀表科技股份有限公司海洋環境監測係統數據庫包含下列部分:
· 環境實時數據庫
· 環境曆史數據庫
· 監測平台數據庫



係統安裝與運行方案

1.安裝平台

本係統的監測平台利用海麵配備通信與供電浮標,在陸地上進行裝配和調試後,由布放船隻安裝於監測點。模塊在陸地裝配測試完成後,由施工船隻在目標海域進行組裝。此時施工船隻應具備2噸以上的吊裝能力。
  係統采用抗風浪設計,可抵禦12級風浪。每套係統的安裝時間視實際天氣水文條件、施工位置和施工量而定,一般需要3-5天。
  本項目擬在四個監測區域共部署4套水下監測係統,視頻數據通過近距無線傳輸係統傳往遠距無線傳輸係統,作為其它監測點的中繼站,將所有攝像機的視頻數據和水質數據發送到陸上監控數據中心。


2.組裝調試過程

監測平台各模塊在部署前已進行單獨測試和聯網調試,部署到位後,先進行供電係統測試,然後建立遠程通訊並測試帶寬,隨後逐一接入水質傳感器、攝像機與照明燈並完成分項調試。監測平台測試一周後,岸上中控室確認調試數據庫內各數據正常,即可接入在線係統,並網運行。

3.日常維護

維護內容含硬件和軟件兩部分,硬件維護內容包括:
· 傳感器清潔與校準。周期約1-2個月。
· 攝像機與照明燈清潔。周期約3-6個月。
· 太陽能清潔與維護。周期約3個月。
· 平台/檢查與維護。周期約1個月。
· 服務器/機房維護。周期約1個月。
軟件維護內容包括:
· 軟件錯誤補丁
· 操作係統補丁
· 數據庫整理
· 服務模塊日誌清理
· 安全日誌檢查
軟件維護周期視係統數據量和訪問量而定,約2周-1個月一次。

一、係統優勢

山東東潤儀表科技股份有限公司針對海洋環境的監控需求設計,旨在將我國的海洋環境監測與管理帶入信息化時代,確保海洋環境的生態及經濟效益的可持續發展,真正形成藍色海洋。相對於傳統的海洋環境監測係統,本係統的優勢在於:
· 立體多源監測(可控深度的數據采集,視頻信息的加入)
· 無線高速傳輸(實時圖像,密集數據)
· 傳感器網絡(智能化預處理,高效帶寬利用)
· 靈活模塊(國產進口設備可選,成本可控,規模可控)
· 信息融合(不同來源、不同類型、不同尺度的數據融合為更具有評估意義的結論數據)
· 自主知識產權(核心軟硬件自主研發)
· 形成體係標準(接口、協議、結構、質量標準化)
· 產學研合作團隊(大數據及其應用)
  本係統的最終目標是建設天地海一體化的海洋環境立體監測體係,實現監控數據支撐下的生態化,可控化現代海洋環境,進而將海洋環境變成為真正藍色海洋。

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