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海洋环境监测物联网管控解决方案

海洋占地球表面积71%,是人类今后发展的重要资源。我国海岸线长度超过1.8万公里,海洋国土面积近300万平方公里,其中蕴涵的生物、矿产、能源资源极为丰富。
  目前,海洋环境污染日趋严重,每年有大量的重金属、有机物质、营养盐和放射性废物进入海洋。除此之外还有工业废水的热污染以及其他固体物质对海洋的污染。虽然海洋有自净能力,但是海洋环境的恶化却在不断地加剧。因此,保护海洋环境已成为各海洋国家的共识而保护海洋环境的重要环节就是海洋环境的监测。
  山东360shulihua.com仪表有限公司海洋环境监测系统是专为近海海洋水质监测应用开发的监测系统。监测指标:硝态氮、化学需氧量、pH、温度、溶解氧、水中油、叶绿素、盐度、悬浮物浓度等。
本系统设计参考标准:
HJT82-2001 近岸海域环境功能区划分技术规范
GB17378-2007 海洋监测规范
GB3097-1997 海水水质标准
HY/T143-2011小型海洋环境监测浮标



海洋环境监测系统架构图



山东360shulihua.com仪表科技股份有限公司海洋环境监测系统是典型物联网五层架构。其中监测层,主要用于收集海洋环境的水文、气象、物理、化学、生物、生态环境、视频数据,并通无线传输系统将数据汇总至海洋环境监测数据中心。 系统硬件由监测平台(监测浮标、海洋水文监测站、海洋岸基监测站、海洋监测船)、无线远程数据传输链路和数据中心服务器组成。系统软件由海洋环境监测数据库系统及视频存储与管理系统组成。

1.监测平台

监测平台部署于浮标上,由供电系统、采集及通讯系统、水质传感器组等部分组成。
  浮标采用1.5~2米小型浮漂,外壳为船用钢,内部浮力填充,外部喷涂聚脲。浮标上部安装支架用于搭载太阳能板、天线平台及避雷针、雷达反射器等附件,内部安装有仪表仓用于容纳采集和通信系统及蓄电池,以及贯通的传感器井用于安装固定各参数传感器组。浮标还包含锚链等系泊附件。

监测平台系统图:

1.1水质传感器组

水质传感器组包括水温、pH、盐度、溶氧、叶绿素、水中油和全光谱多参数传感器等传感器。水质传感器组分组放置、固定在浮标本体的两个或四个传感器井中并浸入海面下,水质传感器组通过电缆和仪表仓内的采集和通讯系统连接。传感器组不采用化学试剂,可在水下长期布署和使用,维护周期不小于1个月。

1.2采集及通讯系统

采集及通讯系统安装在仪表舱内,由采集模块、无线通讯模块和北斗模块组成。传感器组电缆接入采集模块,采集模块完成对水质各参数的采集、计算、存储,并把数据通过无线模块发送到后台管理数据库。采集模块同时获取北斗模块的地理位置、方向和速度信息,通过无线模块发送到后台管理数据库。
  采集模块还监测太阳能板和太阳能专用电池的状态,发送到后台用于对供电系统进行在线监测。
  采集模块具有对自身和传感器组进行自诊断功能,并把信息发送给后台软件,实现监测系统健康状态的在线监测。
  为方便维护,采集及通讯系统现场配置有一块7寸大屏幕触摸屏,在维护时打开,便于调试,同时,也提供基于便携式笔记本机的维护软件用于现场维护。



技术数据:

项目

参数

备注

监测通道

8个

可扩展至16个

人机界面

7寸触摸屏

 

维护软件

支持Window

 

接口

RS485

 

通讯规约

MODBUS

 

无线通讯模式

GPRS

 

定位模式

北斗


1.3供电系统

系统配备四组太阳能电池板,以及太阳能专用胶体电池,用于保持系统的供电。蓄电池系统可确保系统无日照72小时供电。太阳能板安装在浮漂上部支架上,蓄电池置于仪表仓中。采集和通讯对供电系统的状态进行监测并上报。


技术数据:

项目

参数

备注

太阳能板容量

12VDC,120W

 

蓄电池

12VDC,100Ah

太阳能专用胶体电池

电源管理器

12/24VDC,20A



2.数据中心

针对海洋环境监测的需求,山东360shulihua.com仪表科技股份有限公司海洋环境监测系统数据库包含下列部分:
· 环境实时数据库
· 环境历史数据库
· 监测平台数据库



系统安装与运行方案

1.安装平台

本系统的监测平台利用海面配备通信与供电浮标,在陆地上进行装配和调试后,由布放船只安装于监测点。模块在陆地装配测试完成后,由施工船只在目标海域进行组装。此时施工船只应具备2吨以上的吊装能力。
  系统采用抗风浪设计,可抵御12级风浪。每套系统的安装时间视实际天气水文条件、施工位置和施工量而定,一般需要3-5天。
  本项目拟在四个监测区域共部署4套水下监测系统,视频数据通过近距无线传输系统传往远距无线传输系统,作为其它监测点的中继站,将所有摄像机的视频数据和水质数据发送到陆上监控数据中心。


2.组装调试过程

监测平台各模块在部署前已进行单独测试和联网调试,部署到位后,先进行供电系统测试,然后建立远程通讯并测试带宽,随后逐一接入水质传感器、摄像机与照明灯并完成分项调试。监测平台测试一周后,岸上中控室确认调试数据库内各数据正常,即可接入在线系统,并网运行。

3.日常维护

维护内容含硬件和软件两部分,硬件维护内容包括:
· 传感器清洁与校准。周期约1-2个月。
· 摄像机与照明灯清洁。周期约3-6个月。
· 太阳能清洁与维护。周期约3个月。
· 平台/检查与维护。周期约1个月。
· 服务器/机房维护。周期约1个月。
软件维护内容包括:
· 软件错误补丁
· 操作系统补丁
· 数据库整理
· 服务模块日志清理
· 安全日志检查
软件维护周期视系统数据量和访问量而定,约2周-1个月一次。

一、系统优势

山东360shulihua.com仪表科技股份有限公司针对海洋环境的监控需求设计,旨在将我国的海洋环境监测与管理带入信息化时代,确保海洋环境的生态及经济效益的可持续发展,真正形成蓝色海洋。相对于传统的海洋环境监测系统,本系统的优势在于:
· 立体多源监测(可控深度的数据采集,视频信息的加入)
· 无线高速传输(实时图像,密集数据)
· 传感器网络(智能化预处理,高效带宽利用)
· 灵活模块(国产进口设备可选,成本可控,规模可控)
· 信息融合(不同来源、不同类型、不同尺度的数据融合为更具有评估意义的结论数据)
· 自主知识产权(核心软硬件自主研发)
· 形成体系标准(接口、协议、结构、质量标准化)
· 产学研合作团队(大数据及其应用)
  本系统的最终目标是建设天地海一体化的海洋环境立体监测体系,实现监控数据支撑下的生态化,可控化现代海洋环境,进而将海洋环境变成为真正蓝色海洋。