海洋環(huán)境立體監(jiān)測技術(shù)

祝翔宇 馮輝強

（寧波市象山港海洋環(huán)境監(jiān)測站，寧波 315141）

海洋環(huán)境立體監(jiān)測技術(shù)

祝翔宇 馮輝強

（寧波市象山港海洋環(huán)境監(jiān)測站，寧波 315141）

為了保護和合理利用海洋，必須對海洋環(huán)境進行長期連續(xù)、多要素、多維空間的立體監(jiān)控。海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)將水樣帶回實驗室預(yù)處理、存放再進行后期分析的低效方法，極大地提高了數(shù)據(jù)的采集效率，減輕了海洋監(jiān)測工作者的勞動強度，節(jié)省了人力、物力和財力。本文介紹了海洋環(huán)境立體監(jiān)測技術(shù)中的系統(tǒng)集成及數(shù)據(jù)分析平臺等。

海洋環(huán)境立體監(jiān)測技術(shù)；在線監(jiān)測系統(tǒng)；拖曳式；傳感器

1．引言[1]

21世紀，人類面臨人口膨脹和生存空間的矛盾、陸地資源枯竭和社會財富增長的矛盾、生態(tài)環(huán)境惡化和人類發(fā)展的矛盾這三大挑戰(zhàn)。生態(tài)環(huán)境惡化，特別是海洋環(huán)境惡化，將影響到人類未來的生存、繁衍和發(fā)展。因此保護海洋環(huán)境，是國家海洋戰(zhàn)略中一項非常重要的內(nèi)容。我國是一個海洋大國，但大多數(shù)人的環(huán)保意識不強，偷排、亂排一些工業(yè)廢水、生活污水的現(xiàn)象時有發(fā)生，這些未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、農(nóng)田廢水和生活污水基本上通過河流流入大海，嚴重影響海洋環(huán)境。為了向政府決策機構(gòu)提供海洋環(huán)境信息，建立海洋環(huán)境立體監(jiān)測必須有一套海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)，對河流入海口的環(huán)境進行先進的、有效的和快速的監(jiān)測。

海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)用于長期觀測海洋自然水體中鹽度(C)、溫度(T)、溶解氧(DO)、酸堿度(pH)、葉綠素/濁度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、氨氮、重金屬含量的變化，同時測量海流、海浪、氣象等參數(shù)，是一套能進行連續(xù)、快速、實時的在線監(jiān)測系統(tǒng)。浮標用于長期定點監(jiān)測海洋生態(tài)要素，加上拖曳式多參數(shù)剖面測量系統(tǒng)大范圍走航式的剖面測量數(shù)據(jù)作為補充，它能及時準確地了解立體海洋水質(zhì)、海洋環(huán)境的變化，為政府制定海洋環(huán)保政策和海洋發(fā)展計劃提供依據(jù)。

海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)將水樣帶回實驗室預(yù)處理、存放再進行后期分析的低效方法，極大地提高了數(shù)據(jù)的采集效率，減輕了海洋監(jiān)測工作者的勞動強度，節(jié)省了人力、物力和財力。

2．研究內(nèi)容

2.1 系統(tǒng)組成

海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)包括水下海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、水下海洋動力環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、拖曳式多參數(shù)剖面測量子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)字化監(jiān)控分析平臺，系統(tǒng)框圖及布放圖見圖1～圖7。前兩者為定點、連續(xù)、長期監(jiān)測模式，后者為動態(tài)走航剖面測量模式，與前兩者互為補充。

水下海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)由浮標、多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀、營養(yǎng)鹽傳感器、重金屬傳感器、氣象傳感器、有機物傳感器等組成，用于監(jiān)測海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)字化監(jiān)控分析平臺。

水下海洋動力監(jiān)測子系統(tǒng)由浮標、ADCP傳感器、水質(zhì)傳感器等組成，用于監(jiān)測海洋動力環(huán)境參數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)字化監(jiān)控分析平臺。

圖1 海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)框圖

圖2 海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)工作示意圖

圖3 水下海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖

拖曳式多參數(shù)剖面測量系統(tǒng)是利用船舶走航過程中，以其波浪式軌跡運動和搭載的傳感器，對海洋剖面實施快速、高效和實時的多參數(shù)同步測量。系統(tǒng)包括拖體、絞車及控制柜、流線型拖纜、收放裝置、電源和主控單元。拖體內(nèi)集成有控制機械、控制電氣、CTD、DO、pH、熒光濁度、營養(yǎng)鹽、ADCP等傳感器,可監(jiān)測海洋生態(tài)和動力參數(shù)。拖曳式多參數(shù)剖面測量系統(tǒng)可自動存貯數(shù)據(jù)后進行后處理，也可將數(shù)據(jù)實時發(fā)送至數(shù)字化監(jiān)控分析平臺。各測量子系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)采用GPRS/CDMA/衛(wèi)

圖4 水下海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)布放示意圖

圖5 水下海洋動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖

圖6 水下海洋動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)布放示意圖

圖7 拖曳式多參數(shù)剖面測量系統(tǒng)

星和Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至服務(wù)器。為保證數(shù)據(jù)的安

全性，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中采用下列幾種加密算法：

（1）Hash算法；（2）MD5算法；（3）RSA算法；（4）DES算法。

2.2 數(shù)字化監(jiān)控分析平臺

數(shù)字化監(jiān)控分析平臺包括服務(wù)器和軟件兩部分。

（1）服務(wù)器通過Internet和GPRS/CDMA/衛(wèi)星與子系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)合二為一，能集中監(jiān)視、操作和管理，達到管理與現(xiàn)場分離，管理更能綜合化和系統(tǒng)化。

（2）軟件為綜合性的海洋環(huán)境實時監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為主線，集合了現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)多層次、全方位的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、傳輸、管理、分析發(fā)布功能。

在數(shù)字化監(jiān)控平臺上建立數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、模型分析子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品子系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)從各監(jiān)測子系統(tǒng)獲取實時海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)碼轉(zhuǎn)換、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)分類等標準化、規(guī)范化處理，形成相互關(guān)聯(lián)的時空數(shù)據(jù)集，并建立實時、延時和相關(guān)主題數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建海洋環(huán)境資料數(shù)據(jù)倉庫。

模型分析子系統(tǒng)是使用數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)提供的和海洋災(zāi)害現(xiàn)象有關(guān)的海洋環(huán)境要素監(jiān)測數(shù)據(jù)資料進行建模分析并對其發(fā)生狀況進行預(yù)測，實現(xiàn)海洋災(zāi)害特征要素的在線預(yù)報和報警，對海洋災(zāi)害發(fā)生的征兆、發(fā)生的時間及發(fā)生的原因做出分析，為海洋行政管理部門減災(zāi)防災(zāi)決策提供可靠的、科學(xué)的依據(jù)。

數(shù)據(jù)產(chǎn)品子系統(tǒng)是整個海洋環(huán)境實時監(jiān)測信息系統(tǒng)的終端產(chǎn)品，向用戶提供信息服務(wù)，對用戶提供數(shù)據(jù)查詢、檢索、分析、顯示及管理，實現(xiàn)相關(guān)信息產(chǎn)品的制作與管理、數(shù)據(jù)共享與信息服務(wù)。

3．結(jié)語

通過對海洋環(huán)境立體監(jiān)測技術(shù)的研究，對海洋進行立體監(jiān)測，它能及時準確地了解立體海洋水質(zhì)、海洋環(huán)境的綜合變化，為政府制定海洋環(huán)保政策和海洋發(fā)展計劃提供依據(jù)。

[1] 李俊. 海洋環(huán)境在線監(jiān)測及赤潮災(zāi)害預(yù)報系統(tǒng)研究[D]. 山東：山東大學(xué)，2007：9-12.

Integrated marine environmental monitoring system technique

Zhu Xiangyu Feng Huiqiang
(Ningbo Xiangshan Bay marine environmental monitoring station, Ningbo,315141)

For protection and rational utilization of marine, the marine environment must be long-term continuous, multi-element, multi-dimensional space of three-dimensional monitoring. Three-dimensional marine environment monitoring system technology to abandon the traditional pre-treatment water samples back to the laboratory, stored for later analysis and then inefficient method can greatly improve the efficiency of data collection, reducing the labor intensity of workers, marine monitoring, saving human, material and financial resources. This article describes the threedimensional monitoring technology in the marine environment, system integration and data analysis platforms.

integrated marine environmental monitoring system technique，online monitoring system，towed，sensor

X708

A

1674-6252（2012）03-0043-03