基于中国近海海上平台的水文气象监测系统示范
海洋水文气象环境监测技术分析
海洋水文气象环境监测技术分析摘要：在自然环境中，海洋是其中非常重要的组成部分，随着人类社会的进步和科学技术的发展，对于海洋的研究逐步深入，且对海洋环境的监测工作越发重视。
在开展海洋环境监测的过程中，水文气象环境监测是其中的重要工作内容之一，这部分工作的开展会对生态环保工作带来重要的影响，同时也会关系到社会经济的发展和科学的发展，所以需要对这部分工作进行深入研究。
本文首先对于应用海洋水文气象环境监测技术的重要意义进行阐述，从而对于海洋水文气象环境监测技术进行研究。
希望通过本文，能够为海洋水文气象环境监测技术的应用发展提供一些参考和帮助。
关键词：海洋；环境；监测1.应用海洋水文气象环境监测技术的重要意义当前来看，世界上的很多国家都在进行海洋水文气象环境监测技术的研发和应用，在对海洋水文气象环境监测技术进行应用的同时，也以此为基础来进行立体监测系统的构建，为海洋保护事业的发展提供助力，进一步促进社会科学以及灾害防护的进步，想要达到更为理想的效果，就需要进一步提升海洋水文气象环境监测技术水平。
一方面，对于海洋水文气象环境监测技术的应用为挖掘海洋资源工作的顺利进行奠定良好的基础，不管是海洋养殖还是渔业都有着很强的海洋依赖性，如果能够对海洋环境进行准确的数据分析，那么必然能够为海洋环境建设带来重要的参考，从而使得相关工程的建设和设计具备更强的针对性，降低其中的浪费情况，达到更好的成本控制效果。
另一方面，海洋环境经常面临着台风或者巨浪的灾害影响，这会为沿海地区带来一定的损失，所以可通过应用海洋水文气象环境监测技术来达到灾害预警的效果。
通过发展海洋水文气象环境监测技术，能够有利于保护海洋环境，目前存在着海洋生态恶化的问题，一些污染物被排放到海洋当中，从而影响了海洋生物，除了带来经济损失之外，也对人们的生活带来不利的影响，所以为了能够更好的维护海洋环境，有必要应用海洋水文气象环境监测技术，以此来对海洋的变化进行掌握，从而及时的采取相应的措施。
自然资源部第一海洋研究所_企业报告(业主版)
报告时间：
2023-08-21
报告解读：本报告数据来源于各政府采购、公共资源交易中心、企事业单位等网站公开的招标采购 项目信息，基于招标采购大数据挖掘分析整理。报告从目标单位的采购需求、采购效率、采购供应 商、代理机构、信用风险 5 个维度对其招标采购行为分析，为目标单位招标采购管理、采购效率 监测和风险预警提供决策参考；帮助目标单位相关方包括但不限于供应商、中介机构等快速了解目 标单位的采购需求、采购效率、采购竞争和风险水平，以辅助其做出与目标单位相关的决策。 报告声明：本数据报告基于公开数据整理，各数据指标不代表任何权威观点，报告仅供参考！
青岛创合信息技术 有限公司
2.6
TOP10
自然资源部第一海洋研究所采购 电子验收单公示
青岛盛信合创电子 技术有限公司
2.5
*按近 1 年项目金额排序，最多展示前 10 记录。
2022-11-17
2022-11-25 2022-11-25 2022-09-13 2022-09-15
（3）信息系统集成和物联网技术服务（28）
本报告于 2023 年 08 月 21 日 生成
2/29
1.4 行业分布
近 1 年自然资源部第一海洋研究所的招标采购项目较为主要分布于计算机设备 办公设备 信息系统 集成和物联网技术服务行业，项目数量分别达到 93 个、41 个、28 个。其中水上交通运输设备 信息 系统集成和物联网技术服务 办公设备项目金额较高，分别达到 1928.33 万元、1467.32 万元、445.19 万元。 近 1 年(2022-09~2023-08)：
同比增长：-33.7%
项目总金额(万元)
(不含费率与未公示金额)
基于水情预警预报系统平台的建立及预报方法探讨
基于水情预警预报系统平台的建立及预报方法探讨摘要：洪水预警预报系统实现了预报站的计算机预报操作，水文站及水库预测方案实用、程序化，综合预测和信息查询，通过对水库、河流、降雨等水情的监测和数据分析，对计算结果发出了预警，该系统的建设，为预报雨水情提供技术支持，具有及时准确的特点，为区域有效防止洪水带来的灾害提供及时的科预报数据。
关键词：预警；预报；洪水；系统建设；预报方法引言我国地处北温带，亚热带季风区，地形复杂，气候多变，降水年际变化很大，严重的水情将会直接影响人们的生命安全、财产安全以及身心健康问题，因此需要对当地水库的液位、水质以及降雨量对水库的水情影响等因素进行在线监测。
而新疆地区农业、自动化技术相对落后，水情测量工作仍旧存在些困难。
水情自动监测系统的研究自九十年代以后，世界上大量家公司推出了功能强、应用范围广的产品。
在国外，如美国，荷兰等国较早将水情监测列为重点工程，以先进的技术手段进行快速发展。
在我国，水情监测系统的研究起始于20世纪70年代中期。
80年代的中期阶段，我国用自己的硬实力和软实力建成了一些属于自主研发的水情自动监测系统。
目前主流的水质监测方法及设备主要分为三类：人工采样实验室化验，移动监测和监测站，水情监测的方法和设备基本算是半成熟。
目前市场上的水情监测系统功能齐全、精度较高，但是其成本整体较高、体积较大，为了满足水情监测系统的小体积、便携式及非现场监测等需求，本设计基于当前流行的蓝牙技术实现手机APP便携式监测水情的功能。
1程序结构模式程序的运行主要依靠水情数据库的支持，当业务模块给程序下达指令后，程序通过服务器与数据库连接并获取数据，之后程序通过自动计算、预警阈值分析对比得到结果，最后将结果显示在前端UI界面。
程序为用户提供直观的人机交互平台，启动后完全自动化运行，有效减少了工作人员的频繁操作，降低了工作强度，增加防汛过程中的反应时间，大幅提升工作效率。
程序结构模式见图1。
基于stm32的简易水情检测系统设计
基于stm32的简易水情检测系统设计目录第1章绪论 (4)1．1课题研究的目的及意义 (4)1．2课题研究的国内外发展现状 (4)1．3本课题的主要内容 (5)1．4论文结构安排 (6)第2章PH传感器检测模块 (7)2．1 PH检测传感器的组成 (7)2.1.1 PH复合电极 (7)2.2.2 PH传感器 (7)2．2 PH传感器的工作原理图 (8)2．3 PH工作原理 (8)第3章系统整体设计 (11)3．1系统方案论证 (11)3.1.1微处理器的论证与选择 (11)3.1.2液晶显示模块的论证与选择 (11)3.1.3超声波检测模块的论证与选择 (12)3.1.4温度检测模块的选择 (12)3.1.5串口通信的论证与选择 (12)3．2系统电路设计的指标 (13)3.2.1系统框架 (13)3.2.2超声波测距子系统框图 (13)3.2.3 PH检测子系统框图 (13)3.2.4温度检测子系统框图 (13)第4章系统硬件电路的构成 (14)4．1 STM32F407VET6最小系统 (14)4．2水位传感器 (14)4．3温度传感器 (16)4．4 RS-232串口通信模块 (17)4．5液晶显示模块 (17)第5章系统软件的设计 (18)5．1程序编程软件 (18)5．2程序编程软件 (18)5．2 .1程序功能描述 (18)5．2 .2程序的软件设计思路 (19)5．3 ADC程序编程软件 (19)5．4温度采集模块编程 (19)5．5水位采集模块编程 (20)5．6 PH值采集模块编程 (20)5．7显示模块编程 (21)5．8串口通信模块编程 (22)第6章系统调试与数据测量 (23)6．1测试条件与仪器 (23)6.1.1测试条件 (23)6.1.2测试仪器 (23)6．2测试数据及结果分析 (23)6.2.1测试数据 (23)6.2.2测试分析与结论 (24)结语 (25)第1章绪论1．1课题研究的目的及意义自我国改革开放以来，水情检测系统设计获得越来越多其他行业的关注和重视。
智能浮标系统的架构与关键技术
1112023年·第4期·总第205期智能浮标系统的架构与关键技术赖粤龙 李 凯 傅雨佳（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 ２０００１１）摘 要：…随着对海洋的探索开发，人类对海洋数据的需求日益增长。
海上浮标作为海洋水文气象的自动观测站，在技术的加持下被赋予了越来越多的功能，被运用到探索开发海洋的方方面面。
但是，目前海上浮标的应用场景比较单调，其信息传输仍受到诸如气候环境、通信距离等因素的影响。
为满足对海洋数据日益增长的需求，该文提出一种基于海上浮标技术、海底光缆技术与网络技术相结合的智能浮标系统，并设想了这套系统的若干应用场景。
关键词：智能浮标系统；海底光缆；网络技术；数字海洋中图分类号：U662.9；P715.2………文献标志码：A………DOI ：10.19423/ki.31-1561/u.2023.04.111Architecture and Key Technologies of Intelligent Buoy SystemLAI Yuelong LI Kai FU Yujia(Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)Abstract: With the exploration and development of the ocean, human’s demand for ocean data is increasing. As an automatic observation station for marine hydrometeorology, marine buoys have been assigned more and more functions with the support of technology, and have been used in all aspects of exploration and development of the ocean. However, the current application scenarios of marine buoys are relatively monotonous, and their information transmission is still affected by factors such as climate environment and communication distance. In order to meet the growing demand for ocean data, an intelligent buoy system based on the combination of marine buoy technology, submarine optical cable fiber technology and network technology is proposed with imaginations of several application scenarios of this system.Keywords:…intelligent buoy system; submarine optical fiber cable; network technology; digital ocean收稿日期：2023-03-07；修回日期：2023-05-11作者简介：赖粤龙（1997-），男，本科，工程师。
基于北斗卫星的海上浮标应用研究
基于北斗卫星的海上浮标应用研究北斗卫星是我国自主研发的全球卫星导航系统，具有覆盖范围广、定位精度高、授时能力强等特点，被广泛应用于各个领域。
海上浮标作为监测海洋水文、气象、环境等重要的海洋观测设备，其布设和监测过程需要借助定位导航技术，而北斗卫星的高精度、全天候的服务为海上浮标提供了便捷的解决方案。
1.提供高精度定位。
北斗卫星系统是全球性的卫星导航系统，其定位精度高，可为海上浮标提供准确的定位服务。
通过北斗卫星系统，可以实现海上浮标的实时、精确、全天候定位。
2.降低安装和维护难度。
传统的海上浮标定位设备通常需要加装地基站或使用激光定位等技术，这些技术的成本较高，安装和维护难度也较大。
而北斗卫星系统具有全天候、全地形、全球覆盖的特点，可以免除海上浮标的基础设施建设和维护成本。
3.实现远程监测和控制。
借助北斗卫星网络，可以实现对海上浮标的远程监测和控制。
通过北斗卫星传输数据，可以实时接收海上浮标的观测数据、环境参数和工作状态等信息，对海洋环境和海上浮标设备的状态进行实时监控和评估。
2.海上浮标安全监控。
海上浮标可作为海上交通标志设备，协助船舶进行航行和避让。
当海上浮标发生异常或遭遇恶劣天气等情况时，通过北斗卫星系统，可以对其进行实时监测和远程控制，保障海上浮标及周边海域的安全。
3.海洋资源开发和利用。
海上浮标可通过安装各种海洋测量设备，进行海洋资源开发和利用的勘测、调查和监测。
借助北斗卫星的高精度定位功能，可以实现对海洋资源开发和利用的准确定位，从而提高资源开发和利用的效率和精度。
三、结论。
基于近岸海面视频的浪高实时检测预测系统
基于近岸海面视频的浪高实时检测预测系统
何盛琪;李其超;宋巍;王文娟;高松;毕凡
【期刊名称】《计算机技术与发展》
【年(卷),期】2022(32)7
【摘要】针对目前国内近岸浪高监测手段有限、监测频率和精度难以保障的问题,设计和研发了近岸海面视频监控下的浪高实时检测预测系统。
根据业务需求,将系统分为视频传输、视频预处理、浪高检测、浪高预测和浪高可视化五个模块,其中视频传输模块负责所有监控视频在系统中的传输;视频预处理模块负责消除视频中干扰物对浪高检测精度的影响;浪高检测模块使用多层局部感知卷积神经网络(NIN)和支持向量回归(SVR)对海浪视频进行浪高检测;浪高预测模块使用长短期记忆网络(LSTM)对未来12小时和24小时的浪高进行预测;浪高可视化模块负责将检测所得浪高值映射为伪彩色,对浪高进行可视化。
该系统支持多观测站点并行检测、站点切换、自动截断保存监控视频和存储浪高数据等功能。
在国家海洋局北海预报中心的应用试验表明,该系统运行稳定,能够较好地协助浪高预报人员的工作。
【总页数】6页(P138-143)
【作者】何盛琪;李其超;宋巍;王文娟;高松;毕凡
【作者单位】上海海洋大学信息学院;国家海洋局北海预报中心
【正文语种】中文
【中图分类】TP315
【相关文献】
1.基于视频图像的车辆实时检测系统
2.基于Zynq的实时视频图像角点检测系统
3.基于红外视频的高实时性动目标检测识别算法研究与实现
4.基于FPGA的实时视频边缘检测系统
5.基于视频实时检测的轨旁作业预警系统研究
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建立基于RS和GIS的大尺度水文模型全国径流模拟系统
【摘要】我国水问题主要表现为水资源短缺、洪涝灾害、水土流失和水环境恶化等。
在水资源方面，我国水资源时空分布不均，人均占有量偏少，利用效率低。
近年来，我国北方大部分地区连续干旱，黄河、海河等流域缺水严重，特别是华北地区，出现了较为严重的缺水局面，给工农业生产和人民生活造成很大影响。
因此，对严重的旱涝灾害趋势尽早地做出预测，则可预测出水资源近期的变化情景，就可提早对水资源进行合理的调控，从而大大减轻严重气候灾害所造成的国民经济和人民生命财产的损失。
笔者根据遥感(RS)和地理信息系统（GIS）等高新技术在水文、水资源和环境中应用的研究成果，提出了建立基于RS和GIS的大尺度水文模型全国径流模拟系统的基本思路和根据，并建议应抓住机遇，积极开展此项生产性研究工作。
【关键词】大尺度;改进的VIC水文模型;GIS;径流模拟1. 问题的提出我国地处东亚季风区，大范围的旱涝等气候灾害频繁发生。
在水资源方面，近年来我国北方大部分地区连续干旱，黄河、海河流域等缺水严重，特别是华北地区，人均水资源仅300～400m3，出现了较为严重的缺水局面，给工农业生产和人民生活造成很大影响。
因此，对严重的旱涝灾害趋势尽早地（提前一个季度或者一年）做出预测，则可预测出水资源近期的变化情景，就可提早对水资源进行合理的调控（如春季上游水库的蓄水、放水，跨流域的调水等措施），从而大大减轻严重气候灾害所造成的国民经济和人民生命财产的损失。
水情部门作为防汛、抗旱的耳目和参谋，必须紧密结合水资源管理的各项任务，开展水资源的预测预报及调度分析工作，特别是加强对非汛期（即通常所说的“枯季”）中长期径流预测预报，为水资源的合理配置和水量调度服务。
径流来源主要是滞留于流域内的土壤蓄水量、地下水和降水量。
目前，中长期径流预报主要是为了改善水资源的合理利用而提供的区域性河流径流和水库来水量的枯季径流预测服务，采用的方法大多为数学统计模型和概念性水文模型，不能很好地模拟气象要素（如降雨、蒸散发）的时空变化和流域下垫面条件（如地形、地貌、植被和土壤等）非均匀性。
东海近海海雾日变化特征及生成的水文气象条件分析
东海近海海雾日变化特征及生成的水文气象条件分析马静;于芸;魏立新【摘要】Using the hydrographical and meteorological observation of five stations in the East China Sea, the relationship of sea fog forming with the air-sea temperature difference, wind speed and direction is analyzed. The weather conditions under which sea fog probably happens in the area are also discussed by using statistics method. Main conclusions are as follows: for all stations except of Nanji, the frequency of fog occurs is higher in the morning than that in the afternoon and evening. Since the range of air-water temperature difference is wider than the conditions of advection fog forming, the East China Sea may be affected by other type of fog, such as radiation fog. Moreover, the daily variations of sea fog between the region surrounded by islands and the area in open water, the region close to mainland and the one far away to mainland, both have significant differences%统计分析了东海沿海5个海洋站点的水文气象历史数据,对该区域雾生的日变化特征及海雾维持的气象条件包括气-水温差、风向风速等做出了初步评价.结果显示,除南麂站外各站点上午有雾的情况最多,下午次之,夜间有雾的情况偏少.出雾时气-水温差的阈值大于平流雾形成所要求的气-水温差范围,说明东海沿岸也受非平流雾的影响.另外,多岛区域与开阔水域相比,近岸岛与远离大陆的岛屿相比,雾的日变化规律有着较为明显的差别.【期刊名称】《海洋预报》【年(卷),期】2012(029)006【总页数】8页(P58-65)【关键词】东海海雾;日变化特征;气象条件【作者】马静;于芸;魏立新【作者单位】国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋局东海预报中心,上海200081;国家海洋环境预报中心,北京100081【正文语种】中文【中图分类】P7321 引言大雾是一种局地性很强的灾害性天气现象[1]，发生在沿海的海雾往往会严重阻碍海上作业、航运和渔业生产，并屡屡导致海难。
219467650_国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用
国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用①李 清1,陆 海2,韩 睿1,王建军2(1.上海外高桥造船海洋工程有限公司,上海 201306;2.同济大学国家海底科学观测系统项目办公室,上海 201306)摘要 国家海底科学观测网是经国家发改委批准的重大科技基础设施建设项目,旨在全方位㊁多领域㊁立体观测海洋㊂与业务化运行的浮标网不同,海底科学观测网对浮标平台的数据采集和控制系统㊁水声通信㊁系统的防护和国产仪器实验平台等方面提出了新的更高的要求㊂针对这些科学目标的工程实现,探讨对现有浮标的改进和功能增删以满足整个海底观测网的需求㊂关键词 国家海底科学观测网;海洋资料浮标;数据采集和控制系统;水声通信中图分类号:P 714 文献标志码:A 文章编号:20957297(2023)011907d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2023.02.19D e s i g n o f C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a f l o o r O b s e r v a t o r y B u o y Pl a t f o r m L I Q i n g 1,L U H a i 2,H A N R u i 1,WA N G J i a n ju n 2(1.S h a n g h a i W a i g a o q i a o S h i p b u i l d i n g &O f f s h o r e C o .,L t d .,S h a n gh a i 201306,C h i n a ;2.P r o j e c t M a n a g e m e n t O f f i c e o f C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a fl o o r O b s e r v a t o r y ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n gh a i 201306,C h i n a )A b s t r a c t C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a f l o o r O b s e r v a t o r y (C N S S O )i s a m a j o r s c i e n c e a n d t e c h n o l o g yi n f r a s t r u c t u r e p r o j e c t a p p r o v e d b y t h e N a t i o n a l D e v e l o pm e n t a n d R e f o r m C o m m i s s i o n (N D R C ),w h i c h a i m s t o o b s e r v e t h e o c e a n f r o m v a r i o u s a s p e c t s a n d f i e l d s .U n l i k e t h e b u o y n e t w o r k o p e r a t e d b y t h e g o v e r n m e n t ,C N S S O r e qu i r e s s m a r t d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m ,u n d e r w a t e r a c o u s t i c c o m m u n i c a t i o n ,s ys t e m p r o t e c t i o n a n d d o m e s t i c i n s t r u m e n t e x p e r i m e n t p l a t f o r m.I n r e s p o n s e t o t h e r e a l i z a t i o n o f t h e s e s c i e n t i f i c g o a l s ,i m pr o v e m e n t s n e e d s t o b e m a d e f o r t h e b u o y p l a t f o r m t o m e e t t h e r e qu i r e m e n t o f C N S S O .K e y wo r d s C N S S O ;b u o y ;d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m ;u n d e r w a t e r a c o u s t i c c o m m u n i c a t i o n 0 引 言长期以来,人们对于海洋观测的认识局限于岸边和表层,对于海洋内部的认识比较少㊂而随着科学研究的需要和工程技术的进步,众多国家开始建立第三代海洋观测平台海底科学观测网㊂相比于调查船测量和卫星遥感,海底科学观测网可以深入海洋内部,提供定点㊁长期㊁连续的观测数据,有助于更加深入理解海洋随时间的变化[1]㊂在海底科学观测网中,浮标观测平台能够获取海气界面的科学数据,包括大气数据和近海面水体参数,是观测网系统的重要组成部分㊂本文将从浮标平台的发展现状㊁海底观测网的功能需求分析㊁平台设计探讨㊁柴发太阳能混合能源系统4个部分来阐述㊂1 浮标观测平台的发展现状根据功能的不同,浮标观测平台可以包括浮标①基金项目:同济大学国家海底科学观测系统㊂作者简介:李清(1980 ),男,大学本科,高级工程师,主要从事船舶与海洋工程装备制造生产管理方面的研究㊂E -m a i l:l i q i n g@c h i n a s w s .c o m ㊂第10卷 第2期2023年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .10,N o .2J u n .,2023㊃120㊃海洋工程装备与技术第10卷体㊁锚系㊁传感器系统㊁数据采集和控制系统㊁能源管理系统和通信系统㊂1.1浮标体浮标体是整个平台的载体,可以为系统提供足够的浮力,与锚系共同确保整个平台在海洋环境中的稳定工作㊂按照结构类型划分,浮标体可以分为圆盘型㊁船型和柱型等结构㊂其中,应用最广泛的㊁历史最悠久的是圆盘型浮标㊂圆盘型浮标通常按照直径分为大型㊁中型和小型3种类型㊂国外的浮标平台使用源于20世纪60年代,当时多采用12m 直径和10m直径的大型浮标[2]㊂随着材料技术的进步,美国的国家数据浮标中心(N a t i o n a l D a t a B u o y C e n t e r,N D B C)逐渐发展出了直径3m的标准浮标,成为美国浮标观测网的主力浮标[3]㊂我国的海洋浮标研制起步较晚,现在也进入了业务化运行阶段㊂我国已经初步建立了包含约130个浮标的近海浮标观测网,包括10m大型浮标㊁6m中型浮标和3m小型浮标,主要型号是10m大型浮标[4]㊂究其原因,我国近海渔业活动频繁,采用大型浮标可以降低丢失和损坏的风险,能够提高浮标系统的稳定性㊂而国外的海况比较良好,渔业活动较国内稀少,因此,采用易于运输和维护的3m小型浮标,只有在比较恶劣的海况才使用大型浮标㊂1.2锚系锚系通常由锚和系缆组成,能够为整个浮标系统提供足够的系泊力,与浮标体共同保证系统的稳定运行㊂根据系留方式的不同,锚系可以分为单点系留和多点系留㊂其中,单点系留又可以分为全锚链式系留㊁拉紧式系留㊁半拉紧式系留㊁倒S型系留和弹性系留系统[5]㊂锚的类型有有杆锚㊁无杆锚㊁大抓力锚和特种锚㊂系缆的材料类型有锚链㊁钢丝绳㊁化纤缆绳和弹性系缆原件㊂弹性系留是比较新的系留方式,可以降低海流导致的系缆运动,改善浮标的随波状态,提高浮标的数据质量[6]㊂1.3数据采集和控制系统数据采集和控制系统是整个浮标系统的控制中心和数据处理中心,能够完成对传感器的数据采集㊁远程控制和电源管理㊂数据采集系统结构可以分为采集电路㊁控制芯片㊁存储设备和相应软件等㊂当前,我国浮标平台普遍采用的数据采集和控制系统主要支持海洋气象㊁物理海洋和少量海洋传感器的采集和控制,满足国家海洋局㊁气象局等单位的业务化运行需要㊂对于这些业务化运行的浮标平台,增减传感器数量和种类都需要重新设计,增加了工作量㊂国外的发展趋势是,研制可以应用浮标㊁潜标和水下滑翔机等多种平台的低功耗的智能型数据采集和控制系统[7],其关键是模块化设计和标准化设计㊂国内的各个机构,包括中国海洋大学㊁山仪所㊁中船重工七一五所等都设计了自身的基于C A N总线的数据采集和控制系统[8㊁9],具有较好的扩展性㊂1.4电源管理系统电源管理系统是数据采集控制系统㊁通信系统和传感器系统的能量来源,能够实现电源的补充和管理㊂通常,浮标平台采用太阳能和蓄电池结合的方式实现能量的采集和存储㊂在阳光充足的时候,太阳能电池板可以将光能转化成电能,除了供应传感器消耗之外,将多余的电能储存在蓄电池中㊂在没有阳光的时候,蓄电池中的能量可以满足整个系统的运行㊂其中,电源管理模块可以监测并显示电池的电压㊁电流和温度等要素,防止蓄电池过充㊁过放和过热等[10],最终,实现系统的长期平稳运行㊂1.5通信系统通信系统是浮标平台和岸基站之间的联系通道,可以实现数据和控制指令的双向传输㊂浮标上常用的通信方式有V H F㊁C D M A㊁G P R S㊁北斗卫星和海事卫星等多种方式㊂在近海和湖泊中,手机信号比较强,采用C D M A或者G P R S信号通信具有速度快㊁费用低和稳定的特点㊂在离岸较远的区域,通信基站较少,卫星通信成为唯一的方式㊂为了避免数据的泄露和高昂的流量费,国内的浮标平台普遍采用北斗卫星通信,其在寻址方式㊁信道畅通率㊁用户容量㊁通信实时性和价格方面都优于国际海事卫星通信,但是一次只能传递78个字节,每次通信需要分成多个数据包才能完成[11]㊂1.6传感器系统传感器系统是整个浮标系统的工作部分,可以实现对多种海洋环境参数的测量㊂根据观测的科学目标的不同,搭载的传感器包括气象传感器㊁物理海洋传感器㊁海洋化学传感器和海洋生物传感器等㊂目前,国内浮标观测网搭载的传感器一般采用国外的产品,价格昂贵,维护比较麻烦㊂而国产传第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃121㊃感器的问题在于,没有相应的产品,产品精度不能达到使用要求,或者没有在浮标上的使用经验㊂这些问题限制了国产传感器的研发和使用,导致与国外传感器产品差距越来越大,最终国内传感器产业萎缩甚至消失㊂2海底科学观测网浮标平台功能性分析在东海海域,海底科学观测网需要从海面到海底,全方位立体协同观测,从而深入理解人类活动影响下的长江口东海的物质交换及其生态环境效应,研究东海低氧区的形成机制㊁生物地球化学过程及对生态环境的影响,探索长江冲淡水与西太平洋边界海流的相互作用㊂因此,海底观测网的浮标平台提出了新的更高的要求㊂2.1搭载的传感器数量多㊁学科全㊁控制要求高业务化运行的浮标平台一般搭载海洋气象传感器㊁海洋物理传感器和少量海洋化学传感器,主要测量指定海域的气象特征㊁温度盐度深度和流速等水文特征㊂而海底科学观测网的目标在于对东海的全方位观测,不局限于气象和水文特征㊂因此,海底观测网的浮标平台除了搭载常见的海洋气象传感器(风速㊁风向㊁气压㊁气温㊁湿度等)㊁物理海洋传感器(流速㊁流向㊁水温㊁波浪等)外,还要搭载众多的海洋化学传感器,比如用于测量p H值㊁溶解氧㊁水气C O2㊁硝酸盐㊁甲烷等的传感器㊂另外,浮标平台还要搭载激光粒度仪㊁光合辐射仪㊁三波长荧光计㊁光量子效率仪和浮游生物成像和分类系统,来观察水体中的浊度㊁光合作用㊁叶绿素㊁有机质和生物丰富度㊂如此多的传感器,对浮标系统的测量项目㊁传输方式及接口㊁防护等级㊁供电及功耗㊁体积与安装㊁连续工作时间与维护周期等方面,提出了较高的要求㊂浮标平台上传感器的稳定协调工作是海底观测网长期稳定运行的重要保证㊂2.2观测网防护要求除了需要搭载传感器实现海气界面的观测之外,浮标平台还要承担守护海底缆系的作用㊂东海地区繁忙的渔业活动对于海底的缆系具有较大的威胁,需要浮标平台提供一定的示警和防护作用,来提醒渔民注意指定海域底部的缆系,从而提高整个海底科学观测网的稳定性㊂2.3水声通信要求为了实现海底科学观测网的全方位观测,除了浮标平台,还需要潜标㊁四脚架㊁观测塔等平台同时工作㊂而这些平台的能量和数据是通过海底的光电复合缆传输的㊂浮标和部分无缆的潜标必须使用无线通信,才能接入海底科学观测网㊂无线电波和激光等信息载体在水下衰减剧烈,无法实现水下信息的传输,因此声波成为水下通信的唯一载体㊂在海底观测网中,水声通信系统共有3个主要作用:将无缆区域的浮标和潜标纳入实时海底观测网,将有缆区域的无缆浮标纳入海底观测网㊁海底电缆通信故障时的数据出水应急通道㊂借助水声通信,将浮标㊁潜标㊁四脚架等平台真正整合为一个有机整体,从而更好地实现数据的实时传输㊂2.4仪器国产化要求和国外传感器相比,国产的传感器优势在于价格便宜㊁维护方便以及可以提供必要的技术支持,打破国外的技术封锁㊂缺点在于测量精度不够㊁稳定性不够和没有使用经验不足等㊂另外,某些保密性的数据也只能通过国产的仪器采集和处理㊂在海底科学观测网中,为了降低后期的运行维护成本,保证声学数据的保密性,需要传感器的国产化㊂3浮标平台设计探讨3.1智能型数据采集和控制系统设计针对当前浮标数据采集和控制系统主要支持海洋气象㊁物理海洋和少量海洋化学传感器的现状,研制模块化程度高㊁扩展能力强㊁人机交互良好㊁具备辅助预警决策功能的智能型控制系统㊂该数据采集系统主要包括主控芯片㊁C A N总线控制模块㊁分布式数据采集预处理模块和预警辅助决策模块等㊂图1所示为数据采集和控制系统结构框图㊂为了保证传感器数量的迅速扩展,采用C A N总线和分布式预处理模块结合的方法㊂分布式预处理模块包括数据采集电路㊁数据处理和控制芯片以及相应的硬件模块化设计㊂当需要增加或者改变传感器时,只需要将传感器装在预处理模块上,再将预处理模块与C A N总线相连,从而实现传感器的迅速扩展㊂另一方面,还要开发易于操作的人机界面,使得科学家在岸上能够实时监测设备的健康状况,提前发现可能出现的设备故障,发出预警,并通㊃122㊃海洋工程装备与技术第10卷图1浮标数据采集和控制系统F i g.1B u o y d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m过交互式远程控制系统对设备进行控制,从而保障海底观测网的稳定工作㊂3.2水声通信数据链为了实现潜标和浮标平台之间的水声通信,需要在浮标和海床基上加装水声通信机㊂浮标上的水声通信机基阵采用柔性线阵列,在柔性保护管内部安装发射换能器和接受水听器,外部安装透声保护罩㊂基阵主要由8个接受水听器和1个发射换能器组成,阵元间距为200m m,整体长度为2m左右㊂基阵下端配重,保证基阵在一定流速范围内可以保持基阵垂直㊂在浮标系统中,金属锚链的振动声㊁连接头旋转的声音㊁海浪冲击标体的声音等都会影响水声通信的效果㊂为了减弱这些噪声的影响,通信机基阵需要伸出浮标底部一定距离,其下端应伸出浮标地面5m左右㊂3.3浮标平台防护措施为了保证浮标平台的安全和整个海底观测网的长期运行,需要在浮标上增加安全防护装置㊂首先是报警系统,具体包括人员闯入报警㊁事故报警和故障报警等㊂这些报警系统需要加装相应的传感器,例如舱开门㊁舱进水㊁浮标移位㊁浮标倾斜等传感器㊂其次,在浮标上要加装A I S防撞系统,实时监测浮标周围12海里海域内的过往船只,对驶入2k m范围内的船只进行识别跟踪,并利用海事和渔政系统对其发出警告㊂为了避免某些没有加装A I S 系统或者A I S系统关闭的船只,可以采用V H F电台对其广播,使其远离浮标㊂最后,为了激发渔民的主动保护意识,除了每年对渔民进行宣传之外,还可以借助观测数据开发相应的数据产品以服务渔民,保障渔民的生命财产安全㊂例如,可以在渔船靠近时,向渔民的手机发送该海域的天气状况及预测,帮助渔民了解海上天气状况,减少损失㊂3.4仪器实验平台建设为了提高仪器的国产化水平,促进海洋传感器的发展,需要在浮标平台上搭建传感器的实验平台㊂在海底科学观测网中,每一个锚定点附近会有一个实验标和两个警戒标,在观测海底的同时,起到保护海底电缆的作用㊂而在每个浮标上会开6~ 8个仪器安装井,在保证海底观测网的长期稳定运行的基础上,可以将部分安装井作为国产传感器的实验平台,以验证㊁完善其使用性能㊂还可以同时搭载国外同种传感器产品,提供数据比对,以明确改进方向和验证数据的准确性㊂4柴发太阳能混合能源系统传统太阳能发电系统的发电功率与太阳能板的数量成正比,通常仅能支持低频率的数据采集㊂太阳能发电的效率受天气影响较大,无法满足浮标平台在连续阴雨天㊁台风等极端天气的用电需求㊂为了实现多种传感器全天候的高频连续观测㊁高带宽数据的实时传输,浮标平台采用柴油发电机和太第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃123 ㊃阳能板混合发电,经蓄电池存储转换后供所有仪器设备用电㊂4.1 柴油发电机的布置柴油发电机在各类大小船舶中应用非常成熟,工作期间的振动㊁噪声和散热大,通常布置在独立的机舱中㊂在浮标平台上,柴油发电机布置在能源室深处远离浮标中心的方向,能够降低对浮标小平台仪器㊁仪器室数采设备的影响㊂油柜布置在发电机外侧,配置油位计,如图2所示㊂柴油发电机周围应预留设备维护空间,满足定期保养和检修需求㊂图2 柴油发电机的布置F i g .2 A r r a n g e m e n t o f d i e s e l ge n e r a t o r s 4.2 柴油发电机的冷却系统船用柴油发电机通常采用海水直接冷却的方式㊂海水经过滤后进入发电机冷却水管,具有冷却效率高的优点;缺点是冷却水管内部易发生腐蚀或堵塞㊂浮标平台以无人值守的方式长期工作在东海近岸含沙量高的海水中,需要采用间接海水冷却的方式㊂在冷却水管路中充满淡水,以内循环的方式冷却发电机㊂一部分冷却水管穿过舱壁后进入冷却水舱,由海水对冷却水管进行降温冷却㊂经验证,间接海水冷却的方式完全能够满足发电机的使用工况㊂4.3 柴油发电机的通风系统柴油发电机工作期间消耗新鲜空气,因此需要配置通风系统㊂新风从桅筒侧面的烟雾处理器进入结构风道㊁风机,一路直接送至能源室柴油发电机进风口附近,另外一路经电动风闸送至仪器室㊂发电机产生的废气经排烟管从桅筒背面一侧排至舱外,不影响舱内设备运行和人员工作㊂当人员需要进舱作业时,开启风机和仪器室的电动风闸,能够为仪器室快速注入新鲜空气,减少海上作业等待时间㊂4.4 柴油发电机油箱设计柴油发电机(以下简称柴发)选用K O H L E R13.5E F K O Z D ,可输出110~220V /50H z 共计7种电压,输出功率13.5k W ㊂油柜采用独立箱柜设计,按照系统的设备及柴发的设计工况,即75%负荷每日工作一小时,油耗为2.92L /h ,1500L 容积,可为柴发提供超过250天的续航,见表1㊂由于浮标平台为无人值守设计,需要设计远程读取液位数据,因此,在油柜顶部设计有浮球式磁性液位计;在侧面设计有翻转式磁性液位计,用物理显示的方式显示液位,保证了柴油液位监控的准确可靠,如图3所示㊂表1 柴油发电机油耗说明T a b .1 D i e s e l g e n e r a t o r f u e l c o n s u m p t i o n d e s c r i pt i o n 油耗60H z 50H z柴油,L /h (g ph ),%(载量)100%4.57(1.21)3.90(1.03)75%3.55(0.94)2.92(0.77)50%2.50(0.66)2.02(0.53)25%1.57(0.42)1.19(0.31)注:60H z 模式下16E K O Z D 油耗,50H z 模式下13.5E F K O Z D 油耗㊂㊃124㊃海洋工程装备与技术第10卷图3 柴油发电机示意图F i g .3 S c h e m a t i c d i a g r a m o f d i e s e l ge n e r a t o r s 4.5 水循环改进及设计柴油发电机原设计采用船用柴油机,其冷却水系统为开式二级循环冷却系统,即通过泵和管路抽取外部环境水,用环境水和发电机内部的缸套水进行热交换,是为一级循环;缸套水通过闭式循环管路再冷却柴油机气缸等部件,从而带走发电机运行产生的热量,是为二级循环㊂使用后的环境水通过排气管和高温气体一起排出㊂但是,该冷却水方式适合低盐水环境的内河环境使用,对于无人值守的海上浮标平台显然不适用㊂因此,需要将原有的开式二级循环系统改造为闭式三级循环冷却系统㊂在标体外围的浮力舱内单独划分出一个海水冷却水舱,使舱内有和吃水高度一致的海水,舱底布置耐腐蚀材质制成的热交换盘管,用来实现低温淡水与海水的热交换,是为一级循环;低温淡水部分设置有除气水箱,用于去除系统循环中产生的气体,气体通过水箱顶部的管路进入位于高位的膨胀水箱,再通过膨胀水箱上的透气管排出系统㊂膨胀水箱有两个功能:二级循环系统补水;承担系统运行时冷却水热膨胀释放㊂二级循环冷却水通过发电机内部的泵及热交换器和发电机内的三级循环系统进行热交换㊂通过改造,冷却水循环系统可大大提高冷却水系统的可靠性,从而满足浮标平台无人值守的要求,如图4所示㊂图4 水循环系统示意图F i g .4 D i a g r a m o f t h e w a t e r c i r c u l a t i o n s ys t e m 4.6 通风及排烟设计为满足浮标舱内设备散热及发电机运行对于新鲜空气的需求,浮标系统内还设计布置了通风系统㊂通风系统分为两路:日常设备运行通风及发电机送风㊂两路通风系统通过计算机控制风闸,考虑到海上环境对于设备的影响,进风口设计有盐雾过滤器㊂当日常设备运行时,风闸间歇性打开,通风第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃125㊃系统可以带走设备运行时产生的热量,为系统可靠性提供保障㊂当柴发启动运行时,设备运行的风管分闸关闭,所有空气全部用于柴发送风㊂根据柴油机的运行需求,此时柴发的需求风量需要达到10000L/h㊂5结语本文首先介绍了浮标平台的结构组成以及国内外的进展;然后,提出了海底科学观测网对于浮标平台的功能性需求,包括对浮标数据采集和控制系统的要求㊁对水声通信的要求,和对海底电缆的防护要求和仪器国产化的要求;最后,针对海底观测网的这些需求,提出了一些建设的意见㊂总之,浮标平台未来将向智能化㊁系统化㊁网络化发展,这需要广大科技工作者的共同努力㊂参考文献[1]汪品先.从海洋内部研究海洋[J].地球科学进展,2013,28(5):517520.[2]M c c a l l J,K e r u t E,H a a s G,e t a l.E v o l u t i o n o f B u o yE l e c t r o n i c s a n d T e l e m e t r y[C].O c e a n s.I E E E,1978:19.[3]T a f t B,B u r d e t t e M,R i l e y R,e t a l.D e v e l o p m e n t o f a n N D B CS t a n d a r d B u o y[C].I E E E,2010:110.[4]王波,李民,刘世萱,等.海洋资料浮标观测技术应用现状及发展趋势[J].仪器仪表学报,2014,(11):24012414. [5]王军成.海洋资料浮标原理与工程[M].北京:海洋出版社, 2013.[6]王亚洲,杨永春,李忠君,等.一种波浪浮标弹性系留系统[J].山东科学,2011,24(4):7881.[7]T o m a D M,D e l R i o J,J i r k a S,e t a l.N e X O S S m a r tE l e c t r o n i c I n t e r f a c e f o r S e n s o r I n t e r o p e r a b i l i t y[C].O c e a n s.I E E E,2015:15.[8]王晓燕,裴亮,付晓.基于C A N总线的浮标数据采集系统设计[J].微计算机信息,2008,24(14):2021.[9]刘晓.基于C A N总线的海洋维权执法浮标的信息采集系统[D].青岛:中国海洋大学,2013.[10]谈作伟,李延涛,王腾,等.一种海气界面太阳能浮标电源的设计[J].电源技术,2014,38(8):15281530.[11]李文庆,付晓,王文彦,等.北斗二代卫星导航系统在海洋资料浮标监控与管理中的应用[J].山东科学,2012,25(6):2126.。
基于云服务的洪水预报服务平台在基层水文的应用探讨
DOI：10.13641/ki.33 - 1162/tv.2020.02.022
1 问题的提出
洪水预报系统建设是一项重要的防洪减灾非工程措 施。先进的洪水预报系统研究建设将有效提高洪水预报精 度，增长有效洪水预见期，提高防汛抗旱指挥决策的科学 性，更充分地发挥水利工程的减灾效益 [1]。但与此同时， 洪水预报系统是各项洪水预报技术的集成，是进行洪水预 报工作的软件平台。由于洪水预报本身复杂性，要使系统 在洪水预见期、预报精度和预报范围方面能达到防洪减灾 对精度的要求，系统开发和维护难度大。随着当前社会经 济水平的提高，基层灾害防御部门对日常化的洪水预报服 务需求日益迫切，如何为当地提供直观可靠的水文预报服 务成为水文部门当前亟需解决的问题。而在现有的体制下， 基层水文部门资金和人力投入不足，部门人员结构单一， 技术人员缺乏，单靠基层水文部门的技术力量和资金实力 很难建立一个可稳定运行的洪水预报系统。本文将研究充 分运用当前先进的互联网技术，搭建基于云服务的洪水预 报平台，为基层水文部门提供统一的洪水预报平台，从而 大大提高基层水文部门的洪水预报服务水平。
路径数据等。 服务支撑层：该层为应用层提供基础性的信息服务，
其中包括在线预报服务、数据统计服务、方案创建服务、 模型挂接服务以及后续为应用提供的其它服务。
应用层：系统通过调用基础性的服务，为用户提供预 报方案管理、预报模型管理、预报终端管理、实时洪水预 报及其它系统功能。
角色层：平台的前面角色主要分为 2 类，一是管理人 员，可以对各个预报终端进行管理，其中包括权限的分配 和管理；二是预报终端，可以在预报终端进行方案的构建 和管理，并可根据预报方案进行洪水实时预报。
2 系统架构
平台采用 4 层的系统架构，分别为数据服务层、服务 支撑层、应用层和角色层，具体框架见图 1[2 - 5]。
海洋气象观测服务的监测与预警系统建设
海洋气象观测服务的监测与预警系统建设海洋气象观测服务的监测与预警系统建设对于保障海洋安全、发展海洋经济、保护生态环境至关重要。
随着我国海洋事业的发展与海洋资源的开发利用，海洋气象观测服务的监测与预警系统建设已经成为急需解决的问题。
本文将从以下几个方面展开讨论：海洋气象观测服务的重要性、监测与预警系统的建设需求、建设所面临的挑战以及建设对于国家发展的意义。
海洋气象观测服务在海洋事业中起到至关重要的作用。
海洋气象数据是开展海洋预报与预警的重要基础，可以有效地预测海洋灾害（如台风、风暴潮、海啸等）的发生，提前采取措施减少损失。
此外，海洋气象数据还可以为海上航行、渔业、沿海工程等提供可靠的气象信息，确保安全生产和人员安全。
因此，建设海洋气象观测服务的监测与预警系统对于国家的经济发展、人民生活和社会稳定具有重要意义。
在建设海洋气象观测服务的监测与预警系统时，需要满足以下几方面的建设需求。
首先，需要建立完善的气象观测网络。
这包括加强陆地气象观测站点的建设，提高观测设备的精度和覆盖范围，增加海洋气象观测站点，特别是在海上建设浮标和浮标气象站，以实时获取海洋气象数据。
其次，需要加强海洋气象数据的收集、处理和分析能力。
这包括建立完善的数据采集与传输系统，提高数据的质量和时效性，同时建立专业的数据库和专家团队，对数据进行系统分析和预测。
第三，建设监测与预警系统需要加强技术研发和人才培养。
这包括加强海洋气象监测仪器设备的研发与推广，提高预警技术和预报模型的准确性，培养专业人才，提高整体技术水平。
然而，海洋气象观测服务的监测与预警系统建设面临着一些挑战。
首先，技术挑战。
海洋环境的复杂性和不确定性给数据采集、处理和预测带来了巨大困难，需要不断探索和改进技术手段。
其次，设施挑战。
海上监测设备的建设和维护成本较高，加之恶劣的海洋环境给设施带来巨大压力，需要加强设备维护和更新。
再次，人才挑战。
海洋气象观测服务需要技术精湛的专业人才，但目前我国在该领域的人才储备相对不足，需要加强人才培养和引进。
基于Micaps3.1的中小流域降水与水文精细化预报平台设计与开发
基于Micaps3.1的中小流域降水与水文精细化预报平台设计与开发王俊超;彭涛;王丽娟【摘要】Based on the observed,simulated and forecasted meteorological products derived from new materials,new technology,new method of the modern meteorological operations,the forecasting platform of precipitation and hydrology in small and medium watershed was integrated with Micaps3. 1 system. Combined the observation of hydrology and forecasting models,the precipitation and hydrologi-cal parameters were elaborately forecasted and displayed on the same platform. This paper introduced the main function,the module design features and the main system interface conditions of Micaps3. 1,firstly. Secondly,the deficiencies of Micaps3. 1 were improved to meet the actual needs of small and medium watershed forecast and the elaborate forecasting platform in small and medium watershed was developed,and we focused on the workflows and work contents of system,key technology and related algorithms. Finally,the sys-tem was applied to hydrology forecast in Zhanghe reservoir basin,and the forecasting effects were tested based on the observation and other hydrology processes. In addition,the digital information of basin including the basin boundary and river network was extracted by using GIS technology based on DEM data. The system had been used widely in meteorological bureau of many provinces and cities,res-ervoirs,power plants. The results showed that the system waseasy to transplant and simple to operate,and the layout was reasonable, which had a certain promotion significance and application values.%中小流域降水与水文精细化预报平台以Micaps3.1系统作为集成平台，充分利用现代气象业务中新资料、新技术、新方法获取的实况监测、雷达估算以及模式预报等多元降水产品，结合水文模型及水文实况，在同一平台上实现降水与水文的精细化预报和产品显示，方便用户对最终产品进行交互分析，提高预报准确率和决策服务水平。
北斗卫星导航系统在海事领域的应用研究
北斗卫星导航系统在海事领域的应用研究宋强【期刊名称】《《中国海事》》【年(卷),期】2019(000)010【总页数】4页(P42-45)【关键词】北斗; 海事; 前景; 建议【作者】宋强【作者单位】大连海事局大连 116001【正文语种】中文【中图分类】U698.7近年来我国航运业飞速发展，在拉动经济迈上一个又一个台阶的同时，也给海事工作提出了更高的要求。
随着船舶数量不断增多和水域通航密度不断加大，海上遇险数量也在不断增加，如何提高海事监管与搜救水平和航海保障力度是切实需要解决的问题。
本文将结合北斗系统的特点，探究北斗系统在海事领域的应用。
一、北斗系统简介（一）北斗系统的基本信息和发展历史北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，包括北斗一代卫星导航系统和北斗二代卫星导航系统，本文中统一采用北斗系统的表示[1]。
北斗系统的建设规划采取了“三步走”的战略，实施北斗一号、北斗二号、北斗三号系统建设：第一步，2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；第二步，2012年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务[2][3]；第三步，建成全球导航系统。
2017年11月5日，中国第三代导航卫星顺利升空，它标志着中国正式开始建造北斗全球卫星导航系统。
2018年11月19日，我国在西昌卫星发射中心以“一箭双星”方式成功发射第四十二、四十三颗北斗导航卫星，这也是北斗三号系统第十八、十九颗组网卫星，标志着我国北斗三号基本系统星座部署完成，迈出从区域走向全球的“关键一步”。
2018年12月27日，我国宣布自主研发的北斗三号卫星系统基本完成三号系统组网，开始提供全球定位服务，北斗系统服务范围由区域扩展为全球，正式迈入全球时代。
我国正在积极推进北斗卫星导航的组网。
2019年4月20日我国成功发射第44颗北斗导航卫星，这也是北斗三号系统第二十颗组网卫星；5月17日我国成功发射第45颗北斗导航卫星，这也是北斗二号系统第四颗备份卫星。
维萨拉海洋气象监测系统说明书
海上作业， 一切尽在掌握关键性海上平台气象信息即使在良好的天气条件下，海事作业也要求颇高，正如专业人士所知，恶劣天气稀松平常，气候良好才实属罕见。
因此，在飞行和海事领域，可靠的服务对于保证效率和安全至关重要。
对气象信息了如指掌全面的气象信息海上风电场和油气平台作业、WTIV （风力涡轮机安装船）、SOV （服务运营船）、CSV （施工支持船）、FPSO （浮式生产储卸船）、钻井船和其他供应类船支都极易受到天气影响。
除了直升机交通管制之外，海上装载、海底作业、补给船装载/卸载和起重机作业也需要准确的全天候气象和海况信息的支持。
我们可以通过可靠的一体化解决方案提供上述所有信息，并在此基础上提供生命周期支持和简易升级，我们有能力处理各种规模的项目。
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北斗卫星导航系统在气象行业的应用
用部门和国家安全服务，也为科研部门提供观测数 据。同样地，气象行业对电离层的 GNSS 监测也随 着北斗 GNSS 站网的发展而向北斗模式转变。此外， 发展北斗电离层监测系统还可以改善北斗接收机的 定位效果，促进其性能改善，推 GNSS 接收机（左）和室外天线（右） 2023 年第 10 期 卫星应用 4 5
导航天地 Satellite Navigation
四、北斗系统反射信号气象应用
GNSS 卫星向地球播发无线电信号，其中部分 信号会被地球表面反射，反射信号与直射信号的极 化特征变化与反射面直接相关，通过测量 GNSS 反 射信号延迟，结合接收机天线位置、介质参数及反 射面属性信息，可以确定反射表面的粗糙度和特 性，即 GNSS 反射测量（GNSS-R），如图 4 所示。 GNSS-R 遥感技术可以用于海洋、陆地及冰川雪地 探测，如海面测高、海风探测、积雪深度探测、土 壤湿度探测、海冰监测等。相较而言，GNSS-R 探 测不受云、雾等天气影响，能同时接收多个 GNSS 卫星信号且观测范围广，还能作为微小卫星的载荷 实现低成本多星组网。作为一种新兴的探测手段， GNSS-R 探测在气象领域中有广阔的应用前景 [7]。
中国气象局积极推动北斗系统在气象行业的 应用，随着北斗系统的建设，先后实施了“基于北 斗导航卫星的大气海洋和空间监测预警应用示范工 程”（以下简称为北斗应用示范工程）、“北斗地 基增强系统研制建设气象行业应用”等重大项目； 还推动了北斗系统在气象行业由理论研究向业务化 应用，先后建设完成了北斗高空气象探空系统、全 球卫星定位气象水汽观测国家级处理平台、北斗海 风海浪探测系统、北斗气象预警发布系统等业务化 平台 [4]。随着多类型导航卫星接收机研发和 GNSS 观测网的升级与加密，北斗系统在气象行业发挥着 巨大的应用前景，越来越多的研究与应用在国际上 实现了从技术追赶到技术引领。本文就北斗系统近 年来在中国气象行业的发展和应用情况进行综合论
基于物联网的海洋监测与气象预测系统设计与实现
基于物联网的海洋监测与气象预测系统设计与实现随着物联网技术的发展，海洋监测与气象预测系统在现代社会中起着至关重要的作用。
本文将介绍基于物联网的海洋监测与气象预测系统的设计与实现，旨在提高海洋监测和气象预测的准确性和效率。
首先，基于物联网的海洋监测与气象预测系统需要建立一个完善的传感器网络。
这个网络由多个传感器组成，负责收集海洋和气象数据，如海水温度、气温、湿度、大气压力和风速等。
传感器应该能够准确地获取这些数据，并能够实时将数据上传到云端服务器。
为了提高数据的准确性，传感器的选择应该经过严格的筛选和测试，确保其稳定性和精度。
其次，基于物联网的海洋监测与气象预测系统需要一个强大的网络基础设施来支持数据的传输和处理。
这个网络应该具有高速、稳定的特性，能够承载大量的数据传输。
同时，网络应该具备防止数据泄露和攻击的安全机制。
为了提高整个系统的稳定性，可以使用多个服务器进行数据备份和冗余操作。
在数据收集和传输的基础上，基于物联网的海洋监测与气象预测系统需要一个强大的数据处理和分析平台。
这个平台可以使用大数据分析和人工智能技术，对收集到的海洋和气象数据进行分析和预测。
通过对海洋和气象数据的分析，系统可以提供准确的海洋监测和气象预测服务，帮助人们更好地了解海洋环境和天气情况。
另外，基于物联网的海洋监测与气象预测系统还需要一个友好而可靠的用户界面。
用户可以通过这个界面来查看海洋监测和气象预测结果，并提供实时的海洋和天气信息。
用户界面应该简洁明了，易于操作和理解，同时应该具备良好的响应速度和稳定性，确保用户能够方便地获取所需的信息。
最后，基于物联网的海洋监测与气象预测系统还应该具备良好的可扩展性和可升级性。
由于技术的不断发展和新的需求的出现，系统应该能够在不中断服务的情况下进行升级和扩展。
这可以通过对系统架构和硬件设备的合理设计来实现，使系统能够适应未来的发展和需求。
综上所述，基于物联网的海洋监测与气象预测系统是一个复杂而庞大的系统工程，需要涉及多个方面的技术和知识。
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60卷增刊1 中国造船V ol.60 Special 1 2019年1月SHIPBUILDING OF CHINA Jan. 2019文章编号：1000-4882（2019）S1-0468-09基于中国近海海上平台的水文气象监测系统示范刘在科，李家钢，李强（中海油研究总院有限责任公司，北京100028）摘要水文气象数据是海上油气田开发设计和生产运营所必需的基础数据之一。
论文对于基于中国近海固定式导管架平台并对环境参数进行长期监测的水文气象监测系统进行了技术描述和研究，对于主要的观测技术，包括风测量、波浪测量和海流剖面测量进行了详细论述。
论文也提出了整套系统在设计寿命期间的运行要求。
论文提出的示范化系统，对于将来的海上油气开发水文监测系统设计和建设具有重要的参考意义。
关键词：水文气象监测系统；海上油气；固定式导管架平台；波浪；剖面海流中图分类号：P76文献标识吗：A0 引言水文气象数据是海上油气田开发设计和生产运营所必需的基础数据之一，作为前期研究和设计的基础数据，水文气象数据质量的科学性和可靠性关乎结构设施的安全性和投资的经济性。
海上油气田开发从前期研究设计到安装施工、生产运营及后期延寿评估、海上弃置，对水文气象数据的需求贯穿于全过程。
近年来，随着中国海洋石油向深水和海况更加恶劣的海区（例如南海）开发，对于水文气象数据的要求变得更加重要和严格。
下面列举了海上油气开发工业对于水文气象数据的主要要求。
（1）海上地震调查期间，针对风和波浪气候特征的评估，对于估计可能的天气待机时间和选择最佳的作业窗口是非常必要的。
现场实时的表层流速数据，对于地震调查船作业也是必需的。
（2）海上勘探钻井期间，海流流速、风和波浪环境条件是影响作业的首要环境因素，这些环境条件可以决定钻井船选择、钻井方式和确定最优的钻井季节以减少待机时间。
（3）海上油气开发工程方案研究和系统设计期间，极端水文气象设计参数对于结构设施设计的安全性和投资的经济性至关重要。
（4）海上安装施工期间，各种作业对于水文气象条件（例如风、浪和海流的月度超越统计和联合概率分布）非常敏感。
（5）海上生产期间，平台日常生产作业需要现场实时的水文气象观测和预报支持。
除了上述所列的要求之外，海上油气开发工业中关于海底管道和海底电缆的设计、安装和维护也需要水文气象数据。
基金项目：受“十三五”国家科技重大专项——荔湾气田群开发工程设计与监测技术集成应用与验证（任务编号：2016ZX05057001）和中海油研究总院自立课题“海洋石油智能环境监测网和环境大数据平台专项前期研究”（课题编号：2018KY-GC20）资助支持。
60卷增刊1 刘在科，等：基于中国近海海上平台的水文气象监测系统示范469中国近海油气资源丰富，亟需大规模勘探和开发。
但是由于海上水文气象调查的高投入和高风险，在中国近海油气开发区域缺少现场实测的数据，特别是长期观测数据。
因而对于水文气象数据的获取变得更加重要和迫切。
为获取长期的现场观测数据，在新建平台上设计安装水文气象监测系统（MOMS：metocean monitoring system）是非常必要的，一方面可以为海上平台作业提供实时数据支持，另一方面长期观测可以为后续分析提供基础数据。
在对海上油气工业对于水文气象数据要求的简要描述后，本文首先对于安装在K平台（为一个固定式钢质导管架井口平台，水深约80m）上的水文气象监测系统进行了概述。
之后，对主要的监测设备（包括风、波浪和海流）进行了详细描述，整套系统的采集、显示、存储和传输也进行了论述。
最后，提出了系统运行和维护的要求。
1 MOMS系统概述K平台的水文气象监测系统是一套对于如下设备的集成（见图1）：（1）数据采集单元，即一系列水文气象传感器；（2）水文气象数据处理单元；（3）一个或多个数据显示单元；（4）数据存储和备份单元；（5）一个与其它海上系统或陆地数据服务器的网络连接。
图1 MOMS系统框图水文气象监测系统监测的主要环境要素包括：（1）风速和风向；（2）空气温度和相对湿度；（3）大气压；（4）能见度；（5）波浪（波高、波向和周期）；（6）水位；（7）整个水深的流速和流向；（8）特定水深层的海水温度和盐度。
水文气象监测系统所用的各种传感器设备应至少满足如下测量范围、分辨率和精度（见表1）。
470 中国造船学术论文表1 水文气象传感器测量范围、分辨率和精度要求传感器测量范围分辨率精度风速/ ( m/s) 0 ~ 75 0.1 风速±2%风向/ (°) 0 ~ 360 1 风向±5°气温/ °C -40 ~ 60 0.1 气温±0.1°C相对湿度/ % 0 ~ 100 1 相对湿度±2%气压/ hPa 800 ~ 1100 0.1 气压±0.1hPa能见度/ km 0 ~ 30 0.25 能见度±5%波高/ m 0 ~ 20 0.01 波高±2%波周期/ s 2 ~ 30 0.1 波周期±2%波向/ (°) 0 ~ 360 1 波向±2°流速/ ( m/s) 0 ~ 5 0.1 流速±2%流向/ (°) 0 ~ 360 1 流向±5°水位/ m -10 ~ 10 0.01 水位±0.01m海水温度/ °C -2 ~ 40 0.1 海水温度±0.1°C海水盐度/ psu 0 ~ 40 0.01 海水盐度±0.01psu为避免错过重要的天气过程，所有传感器需要设置合理的采样频率进行持续观测。
表2给出了各传感器建议采用的采样频率。
表2 水文气象传感器采样要求传感器记录间隔时间/ min 记录时间长度/ min 采样频率/ Hz风速 1 1 1风向 1 1 1气温 1 1 1相对湿度 1 1 1气压 1 1 1能见度60 60 1/60波高60 30 2波周期60 30 2波向60 30 2流速10 1 1流向10 1 1水位10 1 1海水温度10 1 1海水盐度10 1 12 主要传感器描述多种设备可以用于测量水文气象要素。
本系统设计采用的设备具有良好的设计和应用经验，能承受极端环境条件。
各传感器的安装位置应考虑以下必要性：60卷增刊1 刘在科，等：基于中国近海海上平台的水文气象监测系统示范471（1）最大限度地减小周围结构和设备对测量数据质量的影响；（2）确保传感器不会干扰其他海上作业；（3）提供安全的传感器接入服务和维护访问通道；（4）提供合适的电缆走线。
下文将对于各个传感器进行详细描述。
2.1 风速和风向风速和风向观测对于海上直升机起降、吊机操作和供应船靠离等作业具有非常重要的指导意义。
传感器安装位置应考虑如下方面：（1）避免海上结构物的影响；（2）适于电缆走线；（3）易于维护操作；（4）由于平台烟气排放导致的干扰和腐蚀问题。
风传感器通常布置在平台上最高的固定点以避免平台结构物的影响。
然而，由于平台型式和安装位置所限，很难找到合适的位置以测量不受平台结构物影响的风速和风向。
本文中，选择将风传感器安装在吊机A型架的顶端。
图2给出风速计在海上平台的典型的安装位置。
风速计采用的是标准的机械式风速计（RM Young公司）。
图2 风速计和波浪雷达固定位置示意图其他的气象观测设备，包括气温、相对湿度、气压和能见度也需要合理布置。
空气温度和相对湿度传感器应布置在合适的位置，其中数据不会因温度异常而变化，且免受直升机废气的影响。
气压传感器（气压计）应安装在不受非自然的外部或内部压力影响的位置。
能见度传感器安装位置应远离空气污染区，以确保测量数据具有代表性。
选择将上述传感器安装在中层甲板的一个角上，如图3所示。
472 中国造船学术论文图3 气象传感器安装位置2.2 波浪和水位目前有多种波浪测量技术，最理想的波浪测量技术应是采用波浪浮标的形式。
波浪浮标可以置于距平台足够远的位置，以避免受平台结构的影响。
尽管如此，考虑到维护方便和维护周期长，波浪浮标并不是一个合适的选择。
本文中选择采用非接触式、在平台上固定的波浪测量设备，通过测量平台上某固定点到海面之间的距离，来进行波浪观测。
测量波浪的传感器选择向下测量的RADAC波浪雷达，该传感器可以同时测量波高、波向、波周期和水位等要素。
图4 RADAC波浪雷达对于雷达传感器的布置应考虑以下方面：（1）设备位置应安装在平台结构对于海面影响最小的地方；（2）传感器的半波束角度数值应明确规定；（3）海平面上的雷达测量脚印内，应无固定障碍物。
选择中层甲板面向主要波浪来向的外舷，作为雷达传感器固定位置。
其中，一个雷达垂直向下观测，另外两个雷达倾斜10°或15°向下观测，三个雷达呈60°角分布，此时的雷达测量脚印呈一个等边三角形。
图5给出了三个雷达布置方案的示意图。
三个雷达的间距取决于雷达安装位置的高度，一60卷增刊1 刘在科，等：基于中国近海海上平台的水文气象监测系统示范473 个典型的波浪雷达安装位置示意图见图2。
图5 波浪雷达布置方案示意图2.3 海流流速和流向通常采用声学多普勒海流剖面仪（ADCP：Acoustic Doppler Current Meter），进行整个或部分水体的海流流速和流向观测。
然而，ADCP海流剖面仪存在以下问题需要注意：（1）海流剖面仪无法测量接近传感器本身的海流；（2）向上观测的海流剖面仪无法测量靠近海面的海流；（3）向下观测的海流剖面仪无法测量靠近海床的海流。
为测量整个水深范围内的海流剖面数据，本文采用三个海流剖面仪。
其中一个向上观测，用于测量近海底至近海面水深范围内的海流，另外布置两个额外的海流剖面仪用于测量海床附近和海面附近的海流。
海流剖面仪的安装位置选择应考虑如下方面：（1）易于布放和回收；（2）尽可能避免声束受硬质障碍物的影响；（3）确保海流数据不受周围结构的影响。
整套海流测量系统包括三个海流剖面仪，可以观测整个水深范围的海流，图6给出了整套系统布放方案的示意图。
海流传感器被固定在一个布放架内，并配有配置物和保护设置，通过承重供电和数据电缆与固定在上层甲板的绞车相连接。
配重物与布放架连为一体，以确保海床上的传感器能在较强的海流和波浪作用下保持不动。
剖面海流仪将通过绞车和直升机甲板下的人形走道进行维修维护。
如图6所示，选择上层甲板靠近直升机甲板的外边缘处，安装齿轮式手动绞车，选择直升机甲板底部边缘作为滑轮固定点。
承重电缆被安装在绞车的侧面，提供从海流传感器到室内水文气象监测系统采集计算机间的供电和数据传输。
海流测量系统需要每隔6个月进行回收和再布放，以回收数据和更换内置电池。