本发明涉及电子设备定位技术领域，尤其是一种基于lora技术的海洋监测系统及其布设和监测方法。
背景技术：
海洋中常有溢油和漂流垃圾等污染问题，如何追踪海洋上污染物的问题是海洋环境保护的一个热点问题。研究海洋污染事故发生后这些污染物的运动规律，是进行污染事故应急处置，污染事故后果评估的重要参考依据。由于海洋水体流动的复杂性，通过数值模拟方法研究海洋中污染物的运动，一个区域内的污染物完全输运到其它区域需要非常长的时间，时间尺度从几天到几百年。如果完全用数值模型的方法模拟污染物漂流过程，需要耗费大量的计算资源。难以满足实际需求。
海洋中，海水流动是驱动污染物漂流的主要的动力。监测污染海域的海水流动情况，可以有效追踪污染物的运动规律和判断出污染物的运行轨迹，可以进一步验证海洋水流动力学模型。
技术实现要素：
本发明为了解决上述存在的问题，提供一种基于lora技术的海洋监测系统及其布设和监测方法，其特点在于利用lora传输设备的低功耗和通讯距离远的优势，通过监测近海污染海域的海水流动情况，有效追踪污染物的运动规律和判断出污染物的运行轨迹。
本发明采用如下技术方案：基于lora技术的海洋监测系统，包括信标装置、基站、数据处理和分析平台，其中：
所述信标装置，包括cpu处理器模块、定位服务模块和lora通讯模块，所述信标装置的数量为多个且布设于待监测海域，并实时输出位置信息至所述基站，用于监测海水流动的情况；
所述基站，可以是岸基基站或海上平台基站，包括lora通讯模块和数据处理网关，单个基站可以连接不同频率段的lora通讯模块，目前可以实现多达4路信道同时采集。基站实时接收信标装置输出的位置信息，进行数据精度校正和解析处理，并通过格式转换，将位置信息发送至数据处理和分析平台；
所述数据处理和分析平台，对接收到的位置信息进行存储、并通过前后两次的位置信息分析出相对位移和每个信标装置的运动轨迹，并将每个信标装置的位置在电子地图上定位显示。
优选的，所述信标装置还包括密封的塑料或硅胶外壳，所述外壳内部固定有cpu处理器模块、定位服务模块、lora通讯模块、处理器模块、存储单元、天线和电源；所述定位服务模块采用bds兼容gps定位模块获取所述信标装置的位置信息；所述电源为锂电池或太阳能板。
进一步的，所述定位服务模块包括北斗定位模块和/或gps定位模块；所述北斗定位模块包括北斗天线、北斗定位芯片和读取北斗定位信号的单片机；所述gps定位模块包括gps天线、gps定位芯片和读取gps定位信号的单片机。
优选的，所述信标装置位于海平面上。
优选的，所述一个基站用于监测半径5km范围内的信标装置。
本发明的基于lora技术的海洋监测系统的布设和监测方法，通过以下步骤来实现：
a)、布设信标装置，在待监测的海域布设多个信标装置；
b)、布设基站，在待监测海域的沿岸或者海上平台固定基站，以便基站对位置信息进行接收、处理和转发；
c)、位置信息的采集和上传，信标装置实时通过定位服务模块采集位置信息，并通过lora通讯模块进行上传；
d)、位置信息的处理和转发，基站接收信标装置发送的位置信息，再将位置信息进行数据精度校正和解析处理，并通过格式转换后通过无线网络上传至数据处理和分析平台；
e)、位置信息的存储和分析，数据处理和分析平台对接收到的位置信息进行存储、并通过前后两次的位置信息分析出相对位移和信标装置的运动轨迹，并将信标装置的位置在电子地图上定位显示。
优选的，在步骤c）中，每个信标装置信道上传位置信息的时间t<200ms，位置信息的数据长度为40字节，每分钟可以上传位置信息总数为300个；同一基站可布设4个不同频率通道，同一频率通道范围内包含的信标装置的个数为n（n<1000），每个信标装置信道的采集设置周期t>n/300分钟，所有信标装置通过北斗或gps统一校时，每个小时的60分钟分成若干个周期t，在每个周期t内按照间隔200ms分配对应的信标装置进行数据上传，每个信标装置在不同的固定的时间点上传数据，有效避免上传数据的碰撞问题。综上所述同一基站内采集信标装置的个数多达4n（n<1000）。
优选的，在步骤c)中，信标装置根据设定的时间间隔t定时采集位置信息和上传数据，在不采集和发送数据的间隙，处于休眠状态，以降低信标装置的能量消耗，保证信标装置的长期、稳定运行。
采用上述技术方案，本发明的有益之处在于，通过在海平面上布设多个信标装置，信标装置实时采集本身的位置信息通过lora通讯模块上传至基站，由基站通过信标装置的位置信息计算出信标装置运动的速度和方向，由数据处理和分析平台分析出信标装置的运动轨迹，判断出海水的流动情况，进而得出污染物的运动规律和污染物的运行轨迹，有效监测海洋环境污染的实时动态，结论客观准确率高；具有低功耗和通讯距离长，监测范围广的优势；监测手段几乎无需人工干涉最大限度的减少了人员维护频率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的信标装置的运行流程图；
图3是本发明的数据防碰撞流程图；
附图标记：1信标装置；2、基站；3、数据处理和分析平台；11、定位服务模块；12、lora通讯模块；13、cpu处理器模块；21、lora通讯模块；22、数据处理网关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明具体实施例
如图1所示，一种基于lora技术的海洋监测系统，包括信标装置1、基站2和数据处理和分析平台3，其中：
所述信标装置1，包括cpu处理器模块13、定位服务模块11和lora通讯模块12，所述信标装置1的数量可多达上千个且布设于待监测海域，并实时输出位置信息至所述基站2，用于监测海水流动的情况；
所述基站2，包括lora通讯模块21和数据处理网关22，单个基站2可以设置不同频率段的lora通讯模块21，实现多达4路信道同时采集，基站2实时接收信标装置1输出的位置信息，进行数据精度校正和解析处理，并通过格式转换，将位置信息发送至数据处理和分析平台3；
所述数据处理和分析平台3，对接收到位置信息进行存储、并通过前后两次的位置信息分析出相对位移和每个信标装置1的运动轨迹，并将每个信标装置1的位置在电子地图上定位显示。
所述信标装置1还包括密封的塑料或硅胶外壳，所述外壳内部固定有定位服务模块11、lora通讯模块12、cpu处理器模块13、存储单元、天线和电源；所述定位服务模块11采用北斗定位模块和/或gps定位模块获取所述信标装置的位置信息；所述电源为锂电池或太阳能板。
所述北斗定位模块包括北斗天线、北斗定位芯片和读取北斗定位信号的单片机；所述gps定位模块包括gps天线、gps定位芯片和读取gps定位信号的单片机。
所述信标装置1位于海平面上。
所述一个基站2用于监测半径5km范围内的信标装置1。
本发明的一种基于lora技术的海洋监测系统的布设和监测方法，通过以下步骤来实现：
a)、布设信标装置1，在待监测的海域布设多个信标装置1；
b)、布设基站2，在待监测海域的沿岸固定基站2，以便基站2对位置信息进行接收、处理和转发；
c)、位置信息的采集和上传，信标装置1实时通过定位服务模块11采集位置信息，并通过lora通讯模块12进行上传；如图2所示；
d)、位置信息的处理和转发，基站2接收信标装置1发送的位置信息，再将位置信息进行数据精度校正和解析处理，并通过格式转换后通过无线网络上传至数据处理和分析平台3；
e)、位置信息的存储和分析，数据处理和分析平台3根据所接收的信标运动信息和位置信息分析信标装置1的运动轨迹，并将信标装置1的位置在电子地图上定位显示。
在步骤c）中，在spreadingfactor=9，bw_frequency=8的参数下，互发数据为40字节，发送到接收中间耗时0.21秒，每个信标装置上传位置信息的时间t<200ms，位置信息的数据长度为40字节，每分钟可以上传位置信息总数为300个；同一个基站范围内包含的信标装置的个数为n（n<1000），每个信标装置的采集设置周期t>n/300分钟，所有信标装置通过北斗或gps统一校时，每个小时的60分钟分成若干个周期t，在每个周期t内按照间隔200ms分配对应的信标装置进行数据上传，每个信标装置在不同的固定的时间点上传数据，有效避免上传数据的碰撞问题。如图3所示，同时还采取防碰撞应答存储机制，若某次的位置信息上传失败则将该位置信息数据作为历史数据保存，下次信息上传时再进行历史数据汇报。以信标装置个数n=1000为例,则t=3.333取值t=4，在每个小时内可汇报周期m<=15次,各周期时间起点为第4m，设信标装置序号x=1，那么装置x每小时汇报的时间点为第(4m*60)+200x秒（1=<m<=14）,第15个周期作为历史数据汇报周期。
在步骤c)中，信标装置1根据设定的时间间隔t定时采集位置信息和上传数据，在不采集和发送数据的间隙，处于休眠状态，以降低信标装置的能量消耗，保证信标装置的长期、稳定运行。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。