一种用于海洋环境实时监测的远距离通信组网方法与流程

1.本发明涉及海洋通信技术领域，具体涉及一种用于海洋环境实时监测的远距离通信组网方法。


背景技术：

2.海洋环境的长期、连续、实时监测对海洋生态环境保护及海洋经济的可持续发展具有极其重要的影响。而现有的海洋环境监测主要采用取样实验室或者是现场取样分析，时效性较差。近年来，随着近海环境污染严重，期望能够准确及时的掌握海洋污染物分布情况，且需实时视频监测海上漂浮物、实时海况及浮标受损等情况，这对海洋监测数据的远距离传输组网提出了新的要求。
3.常规的海洋通信网络主要包括海洋卫星通信和岸基移动通信。但这两种通信方式在传输带宽和覆盖范围等方面都存在明显不足：
4.1、海事卫星通信系统由于延时大，带宽资源有限，不能满足海洋环境监测大数据的传输需求，尤其是无法实时提供海洋环境的视频监控。
5.2、岸基移动通信系统尽管可以为沿岸海域环境监测提供便利，但是其仅能覆盖几公里的近海岸区域，不能满足远距离海洋环境监测覆盖需求。
6.本发明针对上述问题，提出了一种用于海洋环境实时监测的远距离通信组网方法：利用远距离通信组网可将海洋环境监测传感器收集到的各类数据传输到处理中心进行分析处理，得到目的海域的环境现状，达到海洋环境监测的目的。具有带宽高、成本低、传输距离远等优点。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种用于海洋环境实时监测的远距离通信组网方法。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于海洋环境实时监测的远距离通信组网方法，其创新点在于：包括近海海域海洋环境实时监测和远海海域海洋环境实时监测；
9.所述近海海域海洋环境实时监测为：在近海海域，将海洋环境传感器和摄像机采集到的各种监测数据和视频，通过有线网络、lora、蓝牙或wifi通信手段将监测到的数据发送至装载在浮标、海上风电升压站/风机桩基、监测船上的cpe端，然后利用装有动中通定向天线/全向天线海域cpe设备将监测数据发送给岸基基站，岸基基站将数据汇总至数据处理中心进行分析处理，分析结果可通过岸基基站反馈给需求方；
10.所述远海海域海洋环境实时监测为：在远海海域，将海洋环境传感器和摄像机采集到的各种监测数据和视频先通过有线网络、lora、蓝牙或wifi通信手段发送至装载在浮标和监测船上的cpe端，然后利用装有动中通定向天线/缝隙阵天线的海域cpe设备将监测数据发送给远离岸基的中继基站，最后中继基站将数据汇总后利用定向天线发送至数据处理中心，根据需求将分析结果通过岸基基站反馈给目标方。
11.进一步的，所述近海海域海洋环境实时监测的具体步骤如下：
12.s1、在近海海域的浮标、海上风电升压站/风机桩基、监测船附近布上海洋环境监测传感器和摄像机
13.s2、通过海域环境监测传感器和摄像机采集各种监测数据和视频；
14.s3、利用有线网络、lora、蓝牙、wifi等通信手段将监测数据和视频传输至临近的海域cpe设备；
15.s4、装载有cpe设备的浮标、海上风电升压站/风机桩基利用动中通定向天线将监测数据发送给岸基基站；
16.s5、装载有cpe设备的监测船利用动中通定向天线/全向天线将监测数据发送给岸基基站；
17.s6、岸基基站将监测数据汇总至数据处理中心；
18.s7、处理中心进行处理分析得到实时的近海海域环境情况；
19.s8、数据处理中心利用岸基基站将实时结果反馈给需求方。
20.进一步的，所述远海海域海洋环境实时监测的具体步骤如下：
21.s1、在远海海域的浮标和监测船附近装载海洋环境监测传感器和摄像机；
22.s2、通过海域环境监测传感器和摄像机采集各种监测数据和视频；
23.s3、利用有线网络、lora、蓝牙、wifi等通信手段将监测数据和视频传输至临近的海域cpe设备；
24.s4、装载有cpe设备的浮标和监测船利用缝隙阵天线/动中通定向天线将监测数据发送给中继基站；
25.s5、中继基站利用定向天线将监测数据发送给岸基基站；
26.s6、岸基基站将监测数据汇总至数据处理中心；
27.s7、处理中心进行处理分析并得到实时的近海海域环境情况；
28.s8、数据处理中心利用岸基基站和中继基站将实时结果反馈给需求方。
29.进一步的，所述海洋环境实时监测的远距离通信组网主要包括基站端和监测端。
30.进一步的，所述基站端包括岸基基站和岸基基站；所述基站端以gps/北斗定位系统为基础，通过网管系统识别和获取海洋浮标、海上风电升压站/风机桩基、监测船位置信息，并将其发送至岸基基站或岸基基站，该岸基基站或岸基基站根据对上述信息完成对波束方位角参数的解算，并根据其业务量、业务类型、优先级以及信道质量等条件进行资源调度处理，随后对相控阵天线的波束方向进行控制，实现对远距离监测点的信号覆盖、信道接入和业务增强；
31.进一步的，所述监测端通过获取和解析指令识别模块数据库的基站端信息，利用动中通定向天线集中能量，并引入dpd算法减少高功放的非线性失真，提高功率利用率，然后通过稳控计算机对动中通定向天线进行控制以实现动态波束实时调整，完成监测点与基站之间实时对准。
32.本发明有益效果为：
33.1、本发明与现有基于海洋卫星的环境监测系统相比，本发明利用动态波束按需覆盖技术实现远距离通信组网，具有带宽高、延时小、成本低等优点；
34.2、本发明与现有基于岸基通信的环境监测系统相比，本发明覆盖范围更大、传输
距离更远，在海洋环境监测方面具有更强的实用性。
附图说明
35.图1为本发明的近海海域实现海洋环境监测流程图；
36.图2为本发明的远海海域实现海洋环境监测流程图；
37.图3为本发明的远距离通信自组网近海海域示意图；
38.图4为本发明的远距离通信自组网远海海域示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.参看图1-4，一种用于海洋环境实时监测的远距离通信组网方法，包括近海海域海洋环境实时监测和远海海域海洋环境实时监测；
42.所述近海海域海洋环境实时监测为：在近海海域，将海洋环境传感器和摄像机采集到的各种监测数据和视频，通过有线网络、lora、蓝牙或wifi通信手段将监测到的数据发送至装载在浮标、海上风电升压站/风机桩基、监测船上的cpe端，然后利用装有动中通定向天线/全向天线海域cpe设备将监测数据发送给岸基基站，岸基基站将数据汇总至数据处理中心进行分析处理，分析结果可通过岸基基站反馈给需求方，具体步骤如下：
43.s1、在近海海域的浮标、海上风电升压站/风机桩基、监测船附近布上海洋环境监测传感器和摄像机
44.s2、通过海域环境监测传感器和摄像机采集各种监测数据和视频；
45.s3、利用有线网络、lora、蓝牙、wifi等通信手段将监测数据和视频传输至临近的海域cpe设备；
46.s4、装载有cpe设备的浮标、海上风电升压站/风机桩基利用动中通定向天线将监测数据发送给岸基基站；
47.s5、装载有cpe设备的监测船利用动中通定向天线/全向天线将监测数据发送给岸基基站；
48.s6、岸基基站将监测数据汇总至数据处理中心；
49.s7、处理中心进行处理分析得到实时的近海海域环境情况；
50.s8、数据处理中心利用岸基基站将实时结果反馈给需求方。
51.远海海域海洋环境实时监测为：在远海海域，将海洋环境传感器和摄像机采集到的各种监测数据和视频先通过有线网络、lora、蓝牙或wifi通信手段发送至装载在浮标和监测船上的cpe端，然后利用装有动中通定向天线/缝隙阵天线的海域cpe设备将监测数据发送给远离岸基的中继基站，最后中继基站将数据汇总后利用定向天线发送至数据处理中心，根据需求将分析结果通过岸基基站反馈给目标方，具体步骤如下：
52.s1、在远海海域的浮标和监测船附近装载海洋环境监测传感器和摄像机；
53.s2、通过海域环境监测传感器和摄像机采集各种监测数据和视频；
54.s3、利用有线网络、lora、蓝牙、wifi等通信手段将监测数据和视频传输至临近的海域cpe设备；
55.s4、装载有cpe设备的浮标和监测船利用缝隙阵天线/动中通定向天线将监测数据发送给中继基站；
56.s5、中继基站利用定向天线将监测数据发送给岸基基站；
57.s6、岸基基站将监测数据汇总至数据处理中心；
58.s7、处理中心进行处理分析并得到实时的近海海域环境情况；
59.s8、数据处理中心利用岸基基站和中继基站将实时结果反馈给需求方。
60.优选的，远海海域的cpe设备利用“动中通”天线或缝隙阵天线可将监测数据先发送给中继基站，再由中继基站将监测数据传输至岸基基站，可有效拓展海洋环境监测覆盖范围。
61.本实施例中，海洋环境实时监测的远距离通信组网主要包括基站端和监测端；基站端包括岸基基站和岸基基站；基站端以gps/北斗定位系统为基础，通过网管系统识别和获取海洋浮标、海上风电升压站/风机桩基、监测船位置信息，并将其发送至岸基基站或岸基基站，该岸基基站或岸基基站根据对上述信息完成对波束方位角参数的解算，并根据其业务量、业务类型、优先级以及信道质量等条件进行资源调度处理，随后对相控阵天线的波束方向进行控制，实现对远距离监测点的信号覆盖、信道接入和业务增强；
62.监测端通过获取和解析指令识别模块数据库的基站端信息，利用动中通定向天线集中能量，并引入dpd算法减少高功放的非线性失真，提高功率利用率，然后通过稳控计算机对动中通定向天线进行控制以实现动态波束实时调整，完成监测点与基站之间实时对准。
63.本发明涉针对海洋环境传感器采集到的各种环境数据，通过有线网络、lora、蓝牙、wifi等通信手段将监测数据发送至装载在浮标、海上风电升压站/风机桩基、监测船上的用户接入设备(cpe)，然后利用装有全向天线或定向天线的海域cpe设备将监测数据发送给岸基基站，岸基基站将数据汇总至数据处理中心进行分析处理，分析结果可通过岸基基站反馈给需求方。远海海域的cpe设备利用“动中通”天线或缝隙阵天线可将监测数据先发送给中继基站，再由中继基站将监测数据传输至岸基基站，可有效拓展海洋环境监测覆盖范围；
64.海洋环境监测参数主要包含以下三类：水文气象、物化指标、营养物质和毒性。其中水文气象指标包含波浪、流向、水温、风速、流速、气温等；物化指标主要包含溶剂氧、盐度、ph值、有机物等；营养物质和毒性包含重金属、核辐射、营养盐等。上述海洋环境监测传感技术经过长时间的实践和研究已经基本成熟，可以在测量精度和可靠性方面取得比较理想的效果。同时，各种监测传感器有比较丰富的有线和无线数据接口，可以方便的上传数据。
65.本发明中海域cpe设备主要性能指标如下：
[0066][0067][0068]
本发明动中通天线主要技术指标如下：
[0069][0070][0071]
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。