摘要：文中論述了基于物聯網技術的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計方法。對當前物聯網技術的發(fā)展和社會需求進行了系統(tǒng)開發(fā)的可行性和必要性研究。并從物聯網體系架構中的感知層、網絡層和應用層分別進行了設計與研究。

關鍵詞：物聯網；海洋監(jiān)測系統(tǒng)；可行性；必要性

引言

隨著我國藍海經濟的快速發(fā)展，海水養(yǎng)殖業(yè)近年來發(fā)展勢頭迅猛，沿海養(yǎng)殖場及育苗場發(fā)展迅速。最近幾年我國受厄爾尼諾現象影響嚴重，各大海水養(yǎng)殖場遭遇“冷水團”，造成了巨大的經濟損失。由于海洋監(jiān)測范圍大，不易監(jiān)測，針對此現狀，本項目提出了一種基于物聯網技術的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案，以便更有效的監(jiān)測海洋環(huán)境，節(jié)省人工監(jiān)測成本。此項目利用物聯網相關技術，將采集到的數據及相關信息發(fā)送給上位機軟件接收系統(tǒng)，以便對海水中各項實時參數進行監(jiān)測，反饋信息預測海洋各項指標發(fā)展動態(tài)。

1必要性及可行性研究

近年來，我國大力發(fā)展藍海經濟以及環(huán)渤海經濟圈國家戰(zhàn)略的快速推進，并隨著人們生活質量的提高，海水養(yǎng)殖業(yè)得到了突飛猛進的發(fā)展。由于近海網箱養(yǎng)殖海產品更接近原生態(tài)，該養(yǎng)殖方式逐漸成為海水養(yǎng)殖的可選。但對海水養(yǎng)殖中為促進養(yǎng)殖生物的生長所使用的大量餌料和化學品若不加以監(jiān)管，將加劇鄰近海域的水質污染，并引發(fā)赤潮等海洋生態(tài)環(huán)境問題，從而造成“失?！爆F象。由于海水養(yǎng)殖面積大、分散度高等特點，人工監(jiān)測成本高，監(jiān)管難度較大。如何將空間分布的養(yǎng)殖區(qū)域進行統(tǒng)一化監(jiān)管，縮短空間距離，這是海水養(yǎng)殖產業(yè)經濟發(fā)展需要解決的難題。近年來，物聯網相關技術快速發(fā)展，使得解決這些難題有了一定的技術支持。隨著芯片成本的降低，低功耗芯片的發(fā)展越來越成熟。近海的手機信號覆蓋范圍越來越廣，給海上數據傳輸提供了通信保障。遠距離供電方案可采用太陽能供電或移動電源供電方式，移動電源可為單片機供電數月至半年左右，能夠滿足供電需求。

2方案設計與研究

根據項目實際需求，所設計的系統(tǒng)原始架構圖如圖1所示。

2.1感知層

根據實用及成本考慮，感知層可采用STM32單片機，設計兩路電壓輸入和兩路電流輸入，一路RS485及一路CAN接口。單片機的選用主要考慮到STM32的低功耗和低成本特性。由于海洋環(huán)境監(jiān)測的特殊性，只需對每天的特定時段進行采集，所以單片機在大多數情況下都處于休眠狀態(tài)，STM32可以滿足休眠功能的需要。采集接口的設計原則為夠用即可，適當擴展。設計主要采集海水中的溫度，根據特殊需要可以增加pH值、含氧量等傳感數據的采集。

2.2網絡層

網絡層采用GPRS、ZigBee與北斗導航相結合的無線網絡通信方式。考慮到海上手機信號的覆蓋和信息傳輸量小等特點，遠程數據傳輸以GPRS為主，北斗導航通信為輔的設計方案。對于局域密集型采集采用ZigBee局域網通信，由匯集節(jié)點通過遠程數據傳輸方式，將數據發(fā)送至數據中心。數據中心將通過有線及無線的方式將相關數據展示在平臺或手機上。

2.3應用層

應用層中主要的功能有數據匯總，數據分析及展示，手機端數據查詢。使用C#開發(fā)數據接收端程序，使用Socket編程實現服務器端程序開發(fā)，將接收數據存儲在相應數據庫中。使用B/S模式開發(fā)Web服務程序，將所需數據通過Web界面顯示出來，這樣就可以在電腦和手機等相關設備中實現跨平臺展示。

3結語

此方案是為海上惡劣條件下，數據遠程采集及處理而設計。通過多種模式采集，將有線與無線等布網方式相結合，將局域無線網與廣域無線網相結合，使用了跨平臺等應用開發(fā)技術。將物聯網技術應用于智能海洋環(huán)境監(jiān)測中，優(yōu)勢明顯，相關技術很成熟。此系統(tǒng)在提供了海洋環(huán)境相關數據的同時，能夠及時進行數據分析，發(fā)出海洋環(huán)境相關預警。

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作者：付宗魁 蔡芳萍 單位：威海海洋職業(yè)學院