基于物联网的海洋水质智慧观测解决方案研究
这是一篇关于海洋环境监测,智慧观测,物联网,传感器技术,无线通信技术的论文, 主要内容为近年来,随着各国对海洋的开发与利用,海洋环境污染逐渐加剧,生态环境受到严重破坏,为了有效开发和利用海洋资源、保护海洋环境生态、促进海洋科学研究以及加快海洋经济发展,海洋生态环境监测与保护势在必行。其中,水质监测是海洋生态监测的重要方式之一,随着应用需求和科学技术的发展,水质监测应用范围更加广泛。本文以海洋监测基础理论为指导,从海洋观测现状、现实需求以及物联网技术、无线通技术和计算机软件技术的发展出发,提出了研究课题“基于物联网的海洋水质智慧观测解决方案”。方案以构建切实可行的海洋监测系统为研究目标,考虑了不同的硬件平台、传感器技术、无线通信技术和通信协议以及软件技术,针对海面场景范围设计出了固定点观测方案框架和船基观测方案框架,作为实现智慧监测海洋环境的解决方案。方案为达到海洋监测的观测数据综合化、监测体系的结构化、数据传输的实时性、采集分析一体化的目标提供了新的思路。为了验证设计方案的可行性和可靠性,本文选择固定点场景下的近海岸观测情景,设计了一个集通信网络化、预警智能化、系统模块化、高传输实时于一体的近海岸水质监测系统,详细介绍了系统的总体设计目标、整体组成结构以及各模块功能,然后进行系统硬件的选型和系统软件的实现,最后对系统进行了功能测试和稳定性测试。本论文工作主要完成了下面2部分工作:一、本文设计出固定点观测方案框架和船基观测方案框架,作为实现区域间统一化监测的海洋智慧信息和发布平台,让数据监测和信息服务一体化,将数据获取,数据处理,数据路由传输,数据分析,实时展示和区域数据共享等多种功能于一体,形成一个完整实用的系统,提高海洋监测和管理水平。二|、通过系统整体结构划分、系统功能模块介绍和硬件选型以及软件设计与开发,实现了一个近海岸水质监测系统,该系统具有以下功能模块:(1)采集模块,采集模块负责进行实时水质数据的采集和自动传输,还可以双向通信,不仅可以传输水文水质数据,还可以接收指令。(2)传输模块,传输模块实际上是观测点和监测中心之间数据传输的桥梁,沟通双方实现观测和命令数据的同步。(3)处理模块,数据处理模块自动处理接收到的数据,处理后存入到数据库中作为展示的数据源,同时处理中心会根据读取的传感器数据质量进行判断写入日志文件,记录数据质量情况和设备工作状态。(4)展示模块,数据展示模块就是把观测数据实时的展示,对观测数据进行动态监控、对实时数据进行动态图表显示和展示、对突变数据实现实时预警、对历史数据进行查询下载和综合分析,还可以发送控制指令通过网关传输到观测点控制水质观测过程,让用户可以根据实际监测需求进行数据采集参数的配置和控制,形成一种反馈机制,完善水质监测过程管理。本文的创新点有:(1)针对监测平台建设滞后的问题,建立了基于固定点和船基的统一化监测平台框架,统一的框架便于区域间数据格式统一和数据共享,用户可以在框架基础上根据实际需求和应用场景进行扩展,整个框架具有很好的扩展性和适用性。(2)在框架设计基础上,设计和实现了近海岸水质监测系统,利用现代飞速发展的物联网技术、通信技术,提高了监测系统的自动化能力和实时监控能力;监测和服务一体化,将数据采集、数据处理、数据分析、实时展示和数据采集控制等多功能于一体,形成一个完整实用的系统,提高了近海岸海洋监测和管理水平;监测系统采用模块化开发的方式,便于系统开发人员进行系统的扩展和维护。
基于物联网的海洋水质智慧观测解决方案研究
这是一篇关于海洋环境监测,智慧观测,物联网,传感器技术,无线通信技术的论文, 主要内容为近年来,随着各国对海洋的开发与利用,海洋环境污染逐渐加剧,生态环境受到严重破坏,为了有效开发和利用海洋资源、保护海洋环境生态、促进海洋科学研究以及加快海洋经济发展,海洋生态环境监测与保护势在必行。其中,水质监测是海洋生态监测的重要方式之一,随着应用需求和科学技术的发展,水质监测应用范围更加广泛。本文以海洋监测基础理论为指导,从海洋观测现状、现实需求以及物联网技术、无线通技术和计算机软件技术的发展出发,提出了研究课题“基于物联网的海洋水质智慧观测解决方案”。方案以构建切实可行的海洋监测系统为研究目标,考虑了不同的硬件平台、传感器技术、无线通信技术和通信协议以及软件技术,针对海面场景范围设计出了固定点观测方案框架和船基观测方案框架,作为实现智慧监测海洋环境的解决方案。方案为达到海洋监测的观测数据综合化、监测体系的结构化、数据传输的实时性、采集分析一体化的目标提供了新的思路。为了验证设计方案的可行性和可靠性,本文选择固定点场景下的近海岸观测情景,设计了一个集通信网络化、预警智能化、系统模块化、高传输实时于一体的近海岸水质监测系统,详细介绍了系统的总体设计目标、整体组成结构以及各模块功能,然后进行系统硬件的选型和系统软件的实现,最后对系统进行了功能测试和稳定性测试。本论文工作主要完成了下面2部分工作:一、本文设计出固定点观测方案框架和船基观测方案框架,作为实现区域间统一化监测的海洋智慧信息和发布平台,让数据监测和信息服务一体化,将数据获取,数据处理,数据路由传输,数据分析,实时展示和区域数据共享等多种功能于一体,形成一个完整实用的系统,提高海洋监测和管理水平。二|、通过系统整体结构划分、系统功能模块介绍和硬件选型以及软件设计与开发,实现了一个近海岸水质监测系统,该系统具有以下功能模块:(1)采集模块,采集模块负责进行实时水质数据的采集和自动传输,还可以双向通信,不仅可以传输水文水质数据,还可以接收指令。(2)传输模块,传输模块实际上是观测点和监测中心之间数据传输的桥梁,沟通双方实现观测和命令数据的同步。(3)处理模块,数据处理模块自动处理接收到的数据,处理后存入到数据库中作为展示的数据源,同时处理中心会根据读取的传感器数据质量进行判断写入日志文件,记录数据质量情况和设备工作状态。(4)展示模块,数据展示模块就是把观测数据实时的展示,对观测数据进行动态监控、对实时数据进行动态图表显示和展示、对突变数据实现实时预警、对历史数据进行查询下载和综合分析,还可以发送控制指令通过网关传输到观测点控制水质观测过程,让用户可以根据实际监测需求进行数据采集参数的配置和控制,形成一种反馈机制,完善水质监测过程管理。本文的创新点有:(1)针对监测平台建设滞后的问题,建立了基于固定点和船基的统一化监测平台框架,统一的框架便于区域间数据格式统一和数据共享,用户可以在框架基础上根据实际需求和应用场景进行扩展,整个框架具有很好的扩展性和适用性。(2)在框架设计基础上,设计和实现了近海岸水质监测系统,利用现代飞速发展的物联网技术、通信技术,提高了监测系统的自动化能力和实时监控能力;监测和服务一体化,将数据采集、数据处理、数据分析、实时展示和数据采集控制等多功能于一体,形成一个完整实用的系统,提高了近海岸海洋监测和管理水平;监测系统采用模块化开发的方式,便于系统开发人员进行系统的扩展和维护。
面向海洋环境监测的跳频水声通信研究
这是一篇关于海洋环境监测,跳频通信,抗衰落处理,自适应调制的论文, 主要内容为近年来,科学技术快速发展推动了人类社会向海洋探索与开发的步伐。但是,随着世界各国工业生产、生活等领域对各类资源的消耗日益提高,缺乏合理约束的海洋资源开发利用正导致日益严重的海洋污染。海洋环境监测是海洋环境生态保护和海洋资源可持续开发的关键技术,得到广泛重视。海洋环境参数的高效获取、传输和处理为海洋环境监测提供了有效的信息支持。相对于空中、陆地、水面可采用成熟的无线通信技术,水声通信是海洋环境监测参数水下传输几乎唯一可选的技术手段。但是,对于海洋环境监测应用,特别是由于多样化的海洋环境参数变化时间尺度造成环境监测周期较长,往往需要长时间获取、传输海洋环境参数,因而海洋水声信道随机时变特性对海洋环境监测数据水下可靠传输造成极大挑战。时-空-频变参水声信道中多径、噪声、多普勒等各种限制因素严重影响水声通信质量。与其他通信制式相比,跳频技术具有可抑制码间干扰、系统复杂度低、实现方便、信道稳健性较好等特点,可增强水声通信可靠性和稳定性。本论文面向海洋环境监测背景研究水声跳频通信技术,主要工作如下:1考虑海洋环境监测中环境数据水声通信的应用特点,选择采用跳频通信传输海洋环境温度参数,构建海洋环境实时监测系统的基本方案。在基本方案的基础上,对跳频通信进行了参数优化设计。通过湖试和海试评估水声信道不同特性参数对跳频通信性能的影响。2针对浅海多径水声信道造成的严重幅度衰落效应,采用带有自动增益控制功能的芯片MAX9814对水声通信信号进行抗衰落处理,提高前置处理的集成度和通用性。浅海实验表明通信效果得到改善。3面向海洋环境参数传输背景,基于自适应调制思路在跳频水声通信中引入调制参数的自适应技术,综合采用水声信道的信噪比和多径时延扩展特征定义信道质量因子,通过信道质量因子进行信道质量评估并进行自适应调制参数优化的软硬件设计,最后构建实验系统开展海试试验。实验结果表明在浅海复杂水声信道下所提方案可改善通信质量。
基于Web的海洋环境监测系统设计
这是一篇关于海洋环境监测,GPRS,MVC,Ajax的论文, 主要内容为“基于物联网的海洋生态环境动态监测系统”是青岛市黄岛区科技计划项目之一,本文研究的内容即为该项目的一个子课题。考虑到我国海洋环境监测方面存在的基础能力不足、采集要素单一、数据信息管理不健全等诸多问题,本文设计了一套基于Web的海洋环境监测系统。本文设计的基于Web的海洋环境监测系统由下位机和上位机两部分组成。下位机的核心是采集发送数据的监测终端,根据工作环境的具体需求,通过对几种主流处理器的比较,选择STM32F103ZET6芯片作为监测终端的处理器,完成了处理器主控板、传感器接口电路、模块辅助电路和低功耗模式的设计。通过比较分析几种常用的无线通信方式,采用速率中等、可靠性高、传输距离远、资费便宜的GPRS数据传输。通过查阅资料,完成了监测终端核心程序的设计。上位机是海洋环境监测系统的监测软件,基于流行的B/S架构模式,采用简洁高效的C#语言开发。通过搭建MVC+EntityFramework框架,完成了数据表的设计和实体数据模型的映射,实现了前台视图、后台控制器与SQLServer数据库的连接。根据海洋环境监测软件用户的实际需求,采用ASP.NET技术,并结合Ajax和JavaScript编程技术完成了海洋环境监测软件用户信息管理、权限管理、设备信息管理、数据信息管理和地图服务五个功能模块的设计和实现。考虑到海洋环境监测软件对实时性、跨平台、易维护的要求,采用基于Web网站的开发模式,实现了通过浏览器登录查看数据,方便系统后期维护、管理和升级。为了提高网页的响应速度和良好的用户体验,海洋环境监测软件的多数功能均采用Ajax技术实现。本文设计的基于Web的海洋环境监测系统进行了实际测试,通过测试表明,该系统可以准确有效地进行海洋环境要素的采集和发布。
基于JSP的海洋台站数据动态发布系统的设计与实现
这是一篇关于海洋环境监测,JSP,JDBC,Oracle的论文, 主要内容为“海洋台站多测点智能实时监测系统研究与示范”是国家海洋局温州海洋环境监测中心站承担的一项海洋公益性行业项目。本文研究的内容是该项目的一个子课题。针对我国海洋监测站海洋环境监测和预报工作仍然以人工为主、自动化水平低、海洋台站管理人员不能及时准确地监测海洋参数变化情况等现状,本文设计开发了一套基于JSP的海洋台站数据动态发布系统。 海洋台站数据动态发布系统是基于当前流行的B/S架构模式开发的。结合数据动态发布系统的具体需求,通过对几种主流数据库的比较,选用Oracle10g作为海洋数据存储数据库,完成了海洋信息数据库的结构设计,为自动入库的海洋数据提供了存储平台。通过分析比较常用的Oracle数据库连接方式,采用便捷高效的JDBC数据访问技术实现了JSP页面和数据库服务器的连接。根据海洋台站用户的实际需求,采用JSP技术,并结合Ajax和JavaScript完成了海洋数据实时显示、海洋历史数据管理、站点配置信息管理、用户信息管理和站点事件管理五个模块的设计和实现。 为保证数据动态发布系统的跨平台和可移植性,系统软件采用Java语言编写。考虑到数据动态发布系统后期维护、管理和升级操作的方便性,采用B/S架构模式作为系统的开发层次模型。为了提高网页的实时响应特性和用户体验,数据动态发布系统部分功能的实现采用了Ajax技术。 目前海洋台站数据动态发布系统已经以国家海洋局闽东和温州海洋环境监测中心作为示范试点投运半年,现场应用表明,该系统有效提高了中心站海洋数据管理模式的水平和效率。
基于JSP的海洋台站数据动态发布系统的设计与实现
这是一篇关于海洋环境监测,JSP,JDBC,Oracle的论文, 主要内容为“海洋台站多测点智能实时监测系统研究与示范”是国家海洋局温州海洋环境监测中心站承担的一项海洋公益性行业项目。本文研究的内容是该项目的一个子课题。针对我国海洋监测站海洋环境监测和预报工作仍然以人工为主、自动化水平低、海洋台站管理人员不能及时准确地监测海洋参数变化情况等现状,本文设计开发了一套基于JSP的海洋台站数据动态发布系统。 海洋台站数据动态发布系统是基于当前流行的B/S架构模式开发的。结合数据动态发布系统的具体需求,通过对几种主流数据库的比较,选用Oracle10g作为海洋数据存储数据库,完成了海洋信息数据库的结构设计,为自动入库的海洋数据提供了存储平台。通过分析比较常用的Oracle数据库连接方式,采用便捷高效的JDBC数据访问技术实现了JSP页面和数据库服务器的连接。根据海洋台站用户的实际需求,采用JSP技术,并结合Ajax和JavaScript完成了海洋数据实时显示、海洋历史数据管理、站点配置信息管理、用户信息管理和站点事件管理五个模块的设计和实现。 为保证数据动态发布系统的跨平台和可移植性,系统软件采用Java语言编写。考虑到数据动态发布系统后期维护、管理和升级操作的方便性,采用B/S架构模式作为系统的开发层次模型。为了提高网页的实时响应特性和用户体验,数据动态发布系统部分功能的实现采用了Ajax技术。 目前海洋台站数据动态发布系统已经以国家海洋局闽东和温州海洋环境监测中心作为示范试点投运半年,现场应用表明,该系统有效提高了中心站海洋数据管理模式的水平和效率。
面向海洋环境监测的跳频水声通信研究
这是一篇关于海洋环境监测,跳频通信,抗衰落处理,自适应调制的论文, 主要内容为近年来,科学技术快速发展推动了人类社会向海洋探索与开发的步伐。但是,随着世界各国工业生产、生活等领域对各类资源的消耗日益提高,缺乏合理约束的海洋资源开发利用正导致日益严重的海洋污染。海洋环境监测是海洋环境生态保护和海洋资源可持续开发的关键技术,得到广泛重视。海洋环境参数的高效获取、传输和处理为海洋环境监测提供了有效的信息支持。相对于空中、陆地、水面可采用成熟的无线通信技术,水声通信是海洋环境监测参数水下传输几乎唯一可选的技术手段。但是,对于海洋环境监测应用,特别是由于多样化的海洋环境参数变化时间尺度造成环境监测周期较长,往往需要长时间获取、传输海洋环境参数,因而海洋水声信道随机时变特性对海洋环境监测数据水下可靠传输造成极大挑战。时-空-频变参水声信道中多径、噪声、多普勒等各种限制因素严重影响水声通信质量。与其他通信制式相比,跳频技术具有可抑制码间干扰、系统复杂度低、实现方便、信道稳健性较好等特点,可增强水声通信可靠性和稳定性。本论文面向海洋环境监测背景研究水声跳频通信技术,主要工作如下:1考虑海洋环境监测中环境数据水声通信的应用特点,选择采用跳频通信传输海洋环境温度参数,构建海洋环境实时监测系统的基本方案。在基本方案的基础上,对跳频通信进行了参数优化设计。通过湖试和海试评估水声信道不同特性参数对跳频通信性能的影响。2针对浅海多径水声信道造成的严重幅度衰落效应,采用带有自动增益控制功能的芯片MAX9814对水声通信信号进行抗衰落处理,提高前置处理的集成度和通用性。浅海实验表明通信效果得到改善。3面向海洋环境参数传输背景,基于自适应调制思路在跳频水声通信中引入调制参数的自适应技术,综合采用水声信道的信噪比和多径时延扩展特征定义信道质量因子,通过信道质量因子进行信道质量评估并进行自适应调制参数优化的软硬件设计,最后构建实验系统开展海试试验。实验结果表明在浅海复杂水声信道下所提方案可改善通信质量。
基于JSP的海洋台站数据动态发布系统的设计与实现
这是一篇关于海洋环境监测,JSP,JDBC,Oracle的论文, 主要内容为“海洋台站多测点智能实时监测系统研究与示范”是国家海洋局温州海洋环境监测中心站承担的一项海洋公益性行业项目。本文研究的内容是该项目的一个子课题。针对我国海洋监测站海洋环境监测和预报工作仍然以人工为主、自动化水平低、海洋台站管理人员不能及时准确地监测海洋参数变化情况等现状,本文设计开发了一套基于JSP的海洋台站数据动态发布系统。 海洋台站数据动态发布系统是基于当前流行的B/S架构模式开发的。结合数据动态发布系统的具体需求,通过对几种主流数据库的比较,选用Oracle10g作为海洋数据存储数据库,完成了海洋信息数据库的结构设计,为自动入库的海洋数据提供了存储平台。通过分析比较常用的Oracle数据库连接方式,采用便捷高效的JDBC数据访问技术实现了JSP页面和数据库服务器的连接。根据海洋台站用户的实际需求,采用JSP技术,并结合Ajax和JavaScript完成了海洋数据实时显示、海洋历史数据管理、站点配置信息管理、用户信息管理和站点事件管理五个模块的设计和实现。 为保证数据动态发布系统的跨平台和可移植性,系统软件采用Java语言编写。考虑到数据动态发布系统后期维护、管理和升级操作的方便性,采用B/S架构模式作为系统的开发层次模型。为了提高网页的实时响应特性和用户体验,数据动态发布系统部分功能的实现采用了Ajax技术。 目前海洋台站数据动态发布系统已经以国家海洋局闽东和温州海洋环境监测中心作为示范试点投运半年,现场应用表明,该系统有效提高了中心站海洋数据管理模式的水平和效率。
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