海洋环境监测系统方案设计与研究

　　文中论述了基于物联网技术的海洋环境监测系统的设计方法。对当前物联网技术的发展和社会需求进行了系统开发的可行性和必要性研究。并从物联网体系架构中的感知层、网络层和应用层分别进行了设计与研究。

　　0 引 言

　　随着我国蓝海经济的快速发展，海水养殖业近年来发展势头迅猛，沿海养殖场及育苗场发展迅速。最近几年我国受厄尔尼诺现象影响严重，各大海水养殖场遭遇“冷水团”，造成了巨大的经济损失。

　　由于海洋监测范围大，不易监测，针对此现状，本项目提出了一种基于物联网技术的海洋环境监测系统的设计方案，以便更有效的监测海洋环境科学，节省人工监测成本。此项目利用物联网相关技术，将采集到的数据及相关信息发送给上位机软件接收系统，以便对海水中各项实时参数进行监测，反馈信息预测海洋各项指标发展动态。

　　1 必要性及可行性研究

　　近年来，我国大力发展蓝海经济以及环渤海经济圈国家战略的快速推进，并随着人们生活质量的提高，海水养殖业得到了突飞猛进的发展。由于近海网箱养殖海产品更接近原生态，该养殖方式逐渐成为海水养殖的首选。但对海水养殖中为促进养殖生物的生长所使用的大量饵料和化学品若不加以监管，将加剧邻近海域的水质污染，并引发赤潮等海洋生态环境问题，从而造成“失海”现象。

　　由于海水养殖面积大、分散度高等特点，人工监测成本高，监管难度较大。如何将空间分布的养殖区域进行统一化监管，缩短空间距离，这是海水养殖产业经济发展需要解决的难题。近年来，物联网相关技术快速发展，使得解决这些难题有了一定的技术支持。

　　随着芯片成本的降低，低功耗芯片的发展越来越成熟。近海的手机信号覆盖范围越来越广，给海上数据传输提供了通信保障。远距离供电方案可采用太阳能供电或移动电源供电方式，移动电源可为单片机供电数月至半年左右，能够满足供电需求。

　　2 方案设计与研究

　　根据项目实际需求，所设计的系统原始架构图如图1所示。

　　2.1 感知层

　　根据实用及成本考虑，感知层可采用STM32单片机，设计两路电压输入和两路电流输入，一路RS 485及一路CAN接口。单片机的选用主要考虑到STM32的低功耗和低成本特性。由于海洋环境监测的特殊性，只需对每天的特定时段进行采集，所以单片机在大多数情况下都处于休眠状态，STM32可以满足休眠功能的需要。采集接口的设计原则为够用即可，适当扩展。设计主要采集海水中的温度，根据特殊需要可以增加pH值、含氧量等传感数据的采集。

　　2.2 网络层

　　网络层采用GPRS、ZigBee与北斗导航相结合的无线网络通信方式。

　　考虑到海上手机信号的覆盖和信息传输量小等特点，远程数据传输以GPRS为主，北斗导航通信为辅的设计方案。对于局域密集型采集采用ZigBee局域网通信，由汇集节点通过远程数据传输方式，将数据发送至数据中心。数据中心将通过有线及无线的方式将相关数据展示在平台或手机上。

　　2.3 应用层

　　应用层中主要的功能有数据汇总，数据分析及展示，手机端数据查询。

　　使用C#开发数据接收端程序，使用Socket编程实现服务器端程序开发，将接收数据存储在相应数据库中。使用B/S模式开发Web服务程序，将所需数据通过Web界面显示出来，这样就可以在电脑和手机等相关设备中实现跨平台展示。

　　3 结 语

　　此方案是为海上恶劣条件下，数据远程采集及处理而设计。通过多种模式采集，将有线与无线等布网方式相结合，将局域无线网与广域无线网相结合，使用了跨平台等应用开发技术。将物联网技术应用于智能海洋环境监测中，优势明显，相关技术很成熟。此系统在提供了海洋环境相关数据的同时，能够及时进行数据分析，发出海洋环境相关预警。

　　作者：付宗魁　蔡芳萍 来源：物联网技术 2016年4期