祝翔宇 馮輝強(qiáng)

（寧波市象山港海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站，寧波 315141）

海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)

祝翔宇 馮輝強(qiáng)

（寧波市象山港海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站，寧波 315141）

為了保護(hù)和合理利用海洋，必須對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)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(cè)系統(tǒng)技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)將水樣帶回實(shí)驗(yàn)室預(yù)處理、存放再進(jìn)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(cè)工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力、物力和財(cái)力。本文介紹了海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)中的系統(tǒng)集成及數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等。

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

1．引言[1]

21世紀(jì)，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(huì)財(cái)富增長(zhǎng)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(lái)的生存、繁衍和發(fā)展。因此保護(hù)海洋環(huán)境，是國(guó)家海洋戰(zhàn)略中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。我國(guó)是一個(gè)海洋大國(guó)，但大多數(shù)人的環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，偷排、亂排一些工業(yè)廢水、生活污水的現(xiàn)象時(shí)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(guò)河流流入大海，嚴(yán)重影響海洋環(huán)境。為了向政府決策機(jī)構(gòu)提供海洋環(huán)境信息，建立海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)必須有一套海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)，對(duì)河流入?？诘沫h(huán)境進(jìn)行先進(jìn)的、有效的和快速的監(jiān)測(cè)。

海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)用于長(zhǎng)期觀測(cè)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(shí)測(cè)量海流、海浪、氣象等參數(shù)，是一套能進(jìn)行連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。浮標(biāo)用于長(zhǎng)期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)海洋生態(tài)要素，加上拖曳式多參數(shù)剖面測(cè)量系統(tǒng)大范圍走航式的剖面測(cè)量數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充，它能及時(shí)準(zhǔn)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(jì)劃提供依據(jù)。

海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)將水樣帶回實(shí)驗(yàn)室預(yù)處理、存放再進(jìn)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(cè)工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力、物力和財(cái)力。

2．研究?jī)?nèi)容

2.1 系統(tǒng)組成

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

水下海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由浮標(biāo)、多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀、營(yíng)養(yǎng)鹽傳感器、重金屬傳感器、氣象傳感器、有機(jī)物傳感器等組成，用于監(jiān)測(cè)海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)字化監(jiān)控分析平臺(tái)。

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

圖1 海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖

圖2 海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作示意圖

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

拖曳式多參數(shù)剖面測(cè)量系統(tǒng)是利用船舶走航過(guò)程中，以其波浪式軌跡運(yùn)動(dòng)和搭載的傳感器，對(duì)海洋剖面實(shí)施快速、高效和實(shí)時(shí)的多參數(shù)同步測(cè)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(jī)械、控制電氣、CTD、DO、pH、熒光濁度、營(yíng)養(yǎng)鹽、ADCP等傳感器,可監(jiān)測(cè)海洋生態(tài)和動(dòng)力參數(shù)。拖曳式多參數(shù)剖面測(cè)量系統(tǒng)可自動(dòng)存貯數(shù)據(jù)后進(jìn)行后處理，也可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)字化監(jiān)控分析平臺(tái)。各測(cè)量子系統(tǒng)的測(cè)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(cè)系統(tǒng)布放示意圖

圖5 水下海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖

圖6 水下海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布放示意圖

圖7 拖曳式多參數(shù)剖面測(cè)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(guò)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(tái)

數(shù)字化監(jiān)控分析平臺(tái)包括服務(wù)器和軟件兩部分。

（1）服務(wù)器通過(guò)Internet和GPRS/CDMA/衛(wèi)星與子系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)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(dá)到管理與現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為主線，集合了現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多層次、全方位的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、傳輸、管理、分析發(fā)布功能。

在數(shù)字化監(jiān)控平臺(tái)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(cè)子系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，然后完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)碼轉(zhuǎn)換、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)分類等標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化處理，形成相互關(guān)聯(lián)的時(shí)空數(shù)據(jù)集，并建立實(shí)時(shí)、延時(shí)和相關(guān)主題數(shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建海洋環(huán)境資料數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

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(cè)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行建模分析并對(duì)其發(fā)生狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)海洋災(zāi)害特征要素的在線預(yù)報(bào)和報(bào)警，對(duì)海洋災(zāi)害發(fā)生的征兆、發(fā)生的時(shí)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(gè)海洋環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的終端產(chǎn)品，向用戶提供信息服務(wù)，對(duì)用戶提供數(shù)據(jù)查詢、檢索、分析、顯示及管理，實(shí)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，對(duì)海洋進(jìn)行立體監(jiān)測(cè)，它能及時(shí)準(zhǔn)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(jì)劃提供依據(jù)。

[1] 李俊. 海洋環(huán)境在線監(jiān)測(cè)及赤潮災(zāi)害預(yù)報(bào)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