通信技術(shù)在近海環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

摘 要：海洋是重要的自然資源之一，蘊含著豐富的醫(yī)藥、水產(chǎn)、化工、石油、礦產(chǎn)等人類社會生存所必需的資源。隨著陸地資源開發(fā)的迅速發(fā)展，陸地資源已出現(xiàn)了資源枯竭的危機，以致世界上的臨海國家普遍加強了對海洋環(huán)境的監(jiān)測以及海洋資源的開發(fā)，尤其是海洋環(huán)境的監(jiān)測，如何利用現(xiàn)代的通信技術(shù)將復(fù)雜多變的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞到有關(guān)部門，以便制定出合理、安全的海洋資源開發(fā)方案，已成為世界各國爭相研究的熱點之一。本文就通信技術(shù)在近海環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用做幾點分析，希望能給我國的近海海洋環(huán)境監(jiān)測提供一些參考建議。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境；環(huán)境監(jiān)測；通信技術(shù)

1 近海環(huán)境監(jiān)測概述

所謂近海環(huán)境監(jiān)測是指針對靠近陸地的近海海域進行環(huán)境變動的監(jiān)測，隨著現(xiàn)代海洋技術(shù)的發(fā)展，海洋環(huán)境保護、海洋資源開發(fā)以及相關(guān)的海洋科學(xué)研究都得到了迅速的發(fā)展，尤其是關(guān)于海洋環(huán)境的監(jiān)測技術(shù)，通過安裝在海洋洋底的各種環(huán)境信號傳感器和浮于洋面的環(huán)境信號探測浮標(biāo)，對近海、深海等海域環(huán)境的各種變動信息進行收集，并實時或準(zhǔn)時的傳送到位于陸地上的海洋環(huán)境監(jiān)測中心，而海洋環(huán)境監(jiān)測中心則通過對收集來的各種信息進行分析，計算出準(zhǔn)確的海洋現(xiàn)實環(huán)境，并制定科學(xué)、有效的應(yīng)對方案。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)以及計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)成為一項集中多種尖端技術(shù)為一體的系統(tǒng)化技術(shù)體系，實現(xiàn)了自動化、實時化以及連續(xù)化的監(jiān)測，利用洋底的傳感器和洋面的浮標(biāo)收集海洋環(huán)境信息，諸如鹽分度、溫度等數(shù)據(jù)，并利用浮標(biāo)上的數(shù)據(jù)發(fā)射器采用現(xiàn)代衛(wèi)星通信、移動通信等現(xiàn)代信息傳遞技術(shù)，將海洋環(huán)境變動信息傳送到陸地上的監(jiān)測中心，在整個海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，通信技術(shù)起著至關(guān)重要的橋梁作用，已成為海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中重要研究的對象之一。

2 近海環(huán)境監(jiān)測通信系統(tǒng)組成

現(xiàn)代近海環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由海洋底部和洋面的監(jiān)測終端設(shè)備、融合通信技術(shù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平臺以及位于陸地的海洋環(huán)境監(jiān)控平臺組成，如圖1所示。其中監(jiān)測終端設(shè)備包括位于洋底和洋面的各種傳感器、數(shù)據(jù)發(fā)射器的浮標(biāo)，以及位于洋面以下一定深度的聲學(xué)解調(diào)器，可以對海洋的洋流方向、溫度變化、鹽分度變化、波浪強度等數(shù)據(jù)進行采樣收集；融合通信技術(shù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平臺裝有可移動的通信裝置和水上聲學(xué)解調(diào)器，以及定位設(shè)備和供電裝置，用于接收水下監(jiān)測設(shè)備傳來的聲波信號，并通過移動通信裝置的GSM、GPRS、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA公共網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)送，成為連接海洋監(jiān)測終端和陸地監(jiān)控終端的橋梁；而位于陸地的監(jiān)控終端則有移動信息接收平臺和計算機中心組成，負責(zé)對轉(zhuǎn)發(fā)平臺發(fā)送過來的各種監(jiān)測信息的接收，并利用計算機中心的計算機系統(tǒng)對這些監(jiān)測信息進行分析、處理和顯示。

3 近海環(huán)境監(jiān)測通信系統(tǒng)技術(shù)特點及相關(guān)通信技術(shù)

3.1 近海環(huán)境監(jiān)測通信系統(tǒng)技術(shù)特點

⑴水上無線通信。該系統(tǒng)的通信分為水上和水下兩部分，水上采用的是現(xiàn)代移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，與傳統(tǒng)的衛(wèi)星轉(zhuǎn)播通信技術(shù)、電臺廣播通信技術(shù)相比，現(xiàn)代移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在近海環(huán)境監(jiān)測中有著很大的優(yōu)勢，尤其是隨著現(xiàn)代3G移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，使得傳輸數(shù)據(jù)的種類、速度和質(zhì)量都得到了明顯提升。與應(yīng)用最多的衛(wèi)星轉(zhuǎn)播通信技術(shù)相比，大大降低了經(jīng)濟成本；與電臺廣播通信技術(shù)相比，其傳播距離更遠，信號衰減更少。

⑵水下無線通信。而在水下，該系統(tǒng)的無線通訊采用水聲調(diào)制解調(diào)通信技術(shù)，與傳統(tǒng)的水下光纖通信技術(shù)以及電磁波脈沖通信技術(shù)相比，聲波信號強度更好，而且聲波信號也是目前水下傳輸信息的主要媒介，比如應(yīng)用十分廣泛的聲吶系統(tǒng)。此外，聲波信號也是實現(xiàn)水下遠程信息傳輸?shù)淖羁煽糠绞健?/p>

⑶海洋環(huán)境監(jiān)測信息收集。該系統(tǒng)采用位于洋底的各種信息傳感器，以及漂浮于洋面的具有信息收集功能的特制浮標(biāo)來收集海洋環(huán)境監(jiān)測信息，相比于單純的洋底信號傳感器和洋面浮標(biāo)，以及船舶或潛標(biāo)等單站監(jiān)測方式，它實現(xiàn)了海洋環(huán)境監(jiān)測的立體化、連續(xù)化，獲取的信息更準(zhǔn)確、更廣范，通過監(jiān)控終端操縱安裝在洋底、洋面以及不同深度的傳感器，可以實時獲取近海、遠海等不同海域的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)大覆蓋面、多采樣點的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.2 近海環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)通信技術(shù)

⑴水上移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。現(xiàn)代近海環(huán)境監(jiān)測通信系統(tǒng)的水上移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要包括第二代的GSM（2G）、GPRS（2.5G），第三代的WCDMA（3G）、TD-SCDMA（3G）等移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以及正待普及推廣的TD-LTE-advanced（4G）通信技術(shù)。

其中GSM技術(shù)主要以及短信息的形式進行簡短數(shù)據(jù)的雙向傳輸，通過兩個或兩個以上的GSM模塊實現(xiàn)相互間的短信息發(fā)送和接收，開發(fā)相對簡單，但是對于需要傳送大量信息的海洋環(huán)境監(jiān)測中，其傳輸成本較高，傳輸數(shù)據(jù)類型也較單一；而GPRS技術(shù)引入現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，可以實現(xiàn)快速登錄、長時間在線，其數(shù)據(jù)類型和傳輸速度都得到了擴展和提高；而WCDMA、TD-SCDMA則是在GPRS技術(shù)的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化了數(shù)據(jù)類型和傳輸速度，其傳輸速率可達幾百kb/s，并且利用無縫漫游技術(shù)很好的實現(xiàn)了各種移動網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，使得圖片、數(shù)字、視頻等各種信息可以高質(zhì)量的傳輸。

⑵水下水聲通信技術(shù)。水下水聲通信技術(shù)是用于海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾夹g(shù)之一，其工作原理是先通過位于海洋不同深度、不同位置的各種傳感器、浮標(biāo)，將海洋環(huán)境的有關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)（數(shù)字、聲音、圖像等信息）轉(zhuǎn)換成特定的電信號，再通過換能器將電信號轉(zhuǎn)換成類似聲波的聲信號，聲信號可以在海水中很好的傳播，再通過位于洋面的接收換能器將聲信號轉(zhuǎn)回電信號，電信號再經(jīng)移動網(wǎng)絡(luò)傳送到陸地監(jiān)控終端的移動信息接收平臺，經(jīng)該平臺破譯電信號后即可得到數(shù)字、聲音、圖像等原始數(shù)據(jù)。

4 基于移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

現(xiàn)代移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在海洋環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用范圍非常廣泛，有海洋應(yīng)急監(jiān)測和定點連續(xù)監(jiān)測。

4.1 海洋應(yīng)急監(jiān)測

海洋應(yīng)急監(jiān)測主要包括對海嘯預(yù)警、溢油、赤潮以及其他海洋污染或海洋災(zāi)害事件的檢測。近海環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將收集到的各種海洋環(huán)境變動信息及時發(fā)送給海洋管理部門的相關(guān)技術(shù)人員和管理人員，技術(shù)人員和管理人員憑借對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，制定合理的應(yīng)對措施。海洋應(yīng)急監(jiān)測一般是用于對海洋多發(fā)的、具有一定破壞性的事件的監(jiān)測，其覆蓋范圍較廣、分散較大，一般用于整個海域的監(jiān)測。

4.2 定點連續(xù)監(jiān)測

定點連續(xù)監(jiān)測一般是指對近?；蛏詈Ｖ芯哂幸欢ㄒ饬x的特殊地點進行長時間的連續(xù)跟蹤監(jiān)測，比如架設(shè)石油鉆井平臺的地點、海洋洋盆與大陸架的連接地帶或洋流路徑點等對海洋環(huán)境可以產(chǎn)生明顯影響的關(guān)鍵點。一般是在關(guān)鍵點安裝傳感器或海洋浮標(biāo)，利用現(xiàn)代移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實時的把這些地點的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到位于陸地的監(jiān)控中心，以實現(xiàn)對海洋環(huán)境的連續(xù)監(jiān)測，確保及時發(fā)現(xiàn)這些地點的海洋環(huán)境變動，從而制定有效的措施，保證生產(chǎn)的順利進行和沿海居民的生命財產(chǎn)安全。

綜上所述，海洋環(huán)境監(jiān)測是現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其是近海海洋環(huán)境的監(jiān)測技術(shù)，不僅關(guān)乎到海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還關(guān)乎到沿海居民的生命和財產(chǎn)安全。利用現(xiàn)代移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)開發(fā)出的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，不僅可以做到對各個海域環(huán)境的實時、連續(xù)、高質(zhì)量的監(jiān)測，而且還大大降低了經(jīng)濟成本。在實際的操作中，應(yīng)用移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的近海環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)也取得了很好的成績，隨著新一代4G移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的普及和推廣，相信在不遠的未來，海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的各種技術(shù)會得到更好的發(fā)展。

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