通信技術在近海環境監測中的應用

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

關鍵詞：海洋環境；環境監測；通信技術

1 近海環境監測概述

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

隨著現代通信技術以及計算機技術的廣泛應用，海洋環境監測技術已經成為一項集中多種尖端技術為一體的系統化技術體系，實現了自動化、實時化以及連續化的監測，利用洋底的傳感器和洋面的浮標收集海洋環境信息，諸如鹽分度、溫度等數據，并利用浮標上的數據發射器采用現代衛星通信、移動通信等現代信息傳遞技術，將海洋環境變動信息傳送到陸地上的監測中心，在整個海洋環境監測系統中，通信技術起著至關重要的橋梁作用，已成為海洋環境監測領域中重要研究的對象之一。

2 近海環境監測通信系統組成

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

3 近海環境監測通信系統技術特點及相關通信技術

3.1 近海環境監測通信系統技術特點

⑴水上無線通信。該系統的通信分為水上和水下兩部分，水上采用的是現代移動網絡通信技術，與傳統的衛星轉播通信技術、電臺廣播通信技術相比，現代移動網絡通信技術在近海環境監測中有著很大的優勢，尤其是隨著現代3G移動網絡通信技術的發展，使得傳輸數據的種類、速度和質量都得到了明顯提升。與應用最多的衛星轉播通信技術相比，大大降低了經濟成本；與電臺廣播通信技術相比，其傳播距離更遠，信號衰減更少。

⑵水下無線通信。而在水下，該系統的無線通訊采用水聲調制解調通信技術，與傳統的水下光纖通信技術以及電磁波脈沖通信技術相比，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，比如應用十分廣泛的聲吶系統。此外，聲波信號也是實現水下遠程信息傳輸的最可靠方式。

⑶海洋環境監測信息收集。該系統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來收集海洋環境監測信息，相比于單純的洋底信號傳感器和洋面浮標，以及船舶或潛標等單站監測方式，它實現了海洋環境監測的立體化、連續化，獲取的信息更準確、更廣范，通過監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境監測數據，實現大覆蓋面、多采樣點的海洋環境監測數據。

3.2 近海環境監測系統相關通信技術

⑴水上移動網絡通信技術?，F代近海環境監測通信系統的水上移動網絡通信技術主要包括第二代的GSM（2G）、GPRS（2.5G），第三代的WCDMA（3G）、TD-SCDMA（3G）等移動網絡通信技術，以及正待普及推廣的TD-LTE-advanced（4G）通信技術。

其中GSM技術主要以及短信息的形式進行簡短數據的雙向傳輸，通過兩個或兩個以上的GSM模塊實現相互間的短信息發送和接收，開發相對簡單，但是對于需要傳送大量信息的海洋環境監測中，其傳輸成本較高，傳輸數據類型也較單一；而GPRS技術引入現代互聯網傳輸技術，可以實現快速登錄、長時間在線，其數據類型和傳輸速度都得到了擴展和提高；而WCDMA、TD-SCDMA則是在GPRS技術的基礎上進一步優化了數據類型和傳輸速度，其傳輸速率可達幾百kb/s，并且利用無縫漫游技術很好的實現了各種移動網絡與互聯網的融合，使得圖片、數字、視頻等各種信息可以高質量的傳輸。

⑵水下水聲通信技術。水下水聲通信技術是用于海洋環境監測數據傳輸的重要技術之一，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，將海洋環境的有關監測數據（數字、聲音、圖像等信息）轉換成特定的電信號，再通過換能器將電信號轉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回電信號，電信號再經移動網絡傳送到陸地監控終端的移動信息接收平臺，經該平臺破譯電信號后即可得到數字、聲音、圖像等原始數據。

4 基于移動網絡通信技術的監測系統應用

現代移動網絡通信技術在海洋環境監測中應用范圍非常廣泛，有海洋應急監測和定點連續監測。

4.1 海洋應急監測

海洋應急監測主要包括對海嘯預警、溢油、赤潮以及其他海洋污染或海洋災害事件的檢測。近海環境監測系統將收集到的各種海洋環境變動信息及時發送給海洋管理部門的相關技術人員和管理人員，技術人員和管理人員憑借對監測數據的分析結果，制定合理的應對措施。海洋應急監測一般是用于對海洋多發的、具有一定破壞性的事件的監測，其覆蓋范圍較廣、分散較大，一般用于整個海域的監測。

4.2 定點連續監測

定點連續監測一般是指對近?；蛏詈Ｖ芯哂幸欢ㄒ饬x的特殊地點進行長時間的連續跟蹤監測，比如架設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境可以產生明顯影響的關鍵點。一般是在關鍵點安裝傳感器或海洋浮標，利用現代移動網絡通信技術實時的把這些地點的監測數據傳送到位于陸地的監控中心，以實現對海洋環境的連續監測，確保及時發現這些地點的海洋環境變動，從而制定有效的措施，保證生產的順利進行和沿海居民的生命財產安全。

綜上所述，海洋環境監測是現代海洋產業發展的關鍵技術之一，尤其是近海海洋環境的監測技術，不僅關乎到海洋產業的發展，還關乎到沿海居民的生命和財產安全。利用現代移動網絡通信技術開發出的海洋環境監測系統，不僅可以做到對各個海域環境的實時、連續、高質量的監測，而且還大大降低了經濟成本。在實際的操作中，應用移動網絡通信技術的近海環境監測系統也取得了很好的成績，隨著新一代4G移動網絡通信技術的普及和推廣，相信在不遠的未來，海洋環境監測系統中的各種技術會得到更好的發展。

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