天津大神堂海洋特別保護區監視監控系統建設*

喬延龍，陳亮，殷小亞

(1.天津市海洋咨詢評估中心 天津 300457； 2.天津大學環境科學與工程學院 天津 300072；3.天津渤海水產研究所 天津 300457)

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天津大神堂海洋特別保護區監視監控系統建設*

喬延龍1，2，陳亮1，殷小亞3

(1.天津市海洋咨詢評估中心 天津 300457； 2.天津大學環境科學與工程學院 天津 300072；3.天津渤海水產研究所 天津 300457)

文章介紹了天津大神堂實施離岸監視監控的可行性和重要性，提出了離岸海洋環境下，海洋監視監控平臺前端數據采集、無線數據傳輸、后端數據接收和處理等技術要求及設計原則，并對監視監控系統建設技術要點進行了分析，以期為我國海洋觀測和監測臺站建設提供參考。

監視監控系統；監視監控平臺；無線數據傳輸；海洋觀測

由于地殼運動和獨特海洋生態環境，天津大神堂成為我國北方緯度最高的現代活體牡蠣礁聚集海域，區域內的長牡蠣、毛蚶、褶牡蠣、脈紅螺等海洋生物資源豐富。為了進一步保護貝類生物資源，國家海洋局批準建立天津大神堂牡蠣礁國家級海洋特別保護區，天津市設立貝類增養殖區，在最近發布的“天津市海洋生態紅線區報告”中，“天津大神堂牡蠣礁國家級海洋特別保護區”是天津市劃定的5個海洋生態紅線區之一。

在渤海經濟圈和京津冀一體化提升到國家經濟發展戰略總體布局的背景下，經國務院批準，天津確定為全國第五個海洋經濟發展試點區，天津濱海新區作為全國經濟發展的重點地區，海洋經濟得到快速發展。在科學開發海洋資源的前提下，為了加強海洋生態環境保護，實現海洋經濟開發和生態環境保護協調發展，保護大神堂淺海活體牡蠣礁，加強海洋特別保護區的生物資源和生態環境監管，同時兼顧天津和渤海灣北部海域溢油、赤潮、環境監測、海洋災害預警與防范、海域動態管理、海洋綜合管理、海洋公眾服務等海洋觀測和監測的業務化應用需求，借鑒先進通信技術和成熟的監視監控平臺構建經驗，應用高清化、智能化和網絡化技術成果，本文提出了基于離岸平臺的天津大神堂海洋監視監控系統，利用海洋監視監控平臺進行視頻、環境等數據統一監控，并提供業務化接口，具備開放性和擴增能力，便于開展分步驟的后續海洋監視監控系統建設。

1 監視監控系統的總體分析

根據天津市海洋觀測網絡布局，規劃在濱海新區塘沽、漢沽、大港分別建設3個岸基海洋監測站，在天津北部大神堂國家級海洋特別保護區和南部海域建設兩座海洋監視監控平臺，形成“三近、兩遠”的近岸近海海洋觀測體系，開展天津全海域的海洋要素觀測和海洋環境監測。

大神堂海洋監視監控系統由離岸海上監視監測平臺、無線傳輸和岸基監控中心3部分組成，該系統定位為海洋智慧監視監測系統，是一套集視頻監控、環境監測、海域監管、災害預警、指揮調度為一體的智能信息系統。前端監視監控平臺能夠為岸基監控中心提供準確、及時的數據信息，對海洋特別保護區進行實時視頻圖像、生態環境、防災減災監視監控，并對監控數據資料進行存儲、調用、處理，通過開放式的系統平臺，實現與多部門及其他應用單位的互聯互通，構建以大神堂海洋監視監控系統為核心的天津海洋大數據信息中心。

2 建設原則

(1)規范性:在系統的設計過程中，嚴格執行相關標準與規范，遵從各項技術規定，做好系統的標準化設計。運用模塊化結構，符合國家標準和行業規范，保證系統性能和技術要求穩定可靠。

(2)先進性:結合數字海洋、智慧海洋的發展需要，采用先進的監控技術、監測技術、傳輸技術和存儲技術，提升系統的技術壽命，強化系統升級的可延續性，保障系統安全運行并具發展潛力。

(3)操作性:充分考慮與其他系統的連接，實現清晰、簡潔、友好，操控簡便、靈活的人-機對話界面，系統采用全中文、圖形化軟件，便于實現整個監控系統管理與維護。

(4)安全性:為了保證海洋數據信息安全，系統的數據庫構建分層次和級別、保證數據庫在各種級別保密程度上的查詢訪問，具備數據備份和系統恢復功能，防止數據信息被任意查詢和破壞。

3 監視監控系統的架構

3.1 系統組成

在中央分成海域使用金支出項目“天津大神堂前海活牡蠣礁獨特生態系統保護與修復項目”的支持下，天津市海洋咨詢評估中心負責天津大神堂海洋監視監控系統建設工作。天津大神堂海洋監視監控系統共包括三大子系統：數據采集子系統、信息傳輸子系統、中心控制子系統。

3.2 功能模塊設計

3.2.1 監視監控平臺

大神堂海洋監視監控平臺距岸線約5 km，水深約4 m，平臺建設休息間和設備間組成的環境監測室。其中，休息間用于臨時應急、連續試驗等情況下派駐人員值守；設備間設置溫鹽井、驗潮井和監測預留井，可實時獲取溫度、鹽度、重金屬、溶解氧、營養鹽、潮位等監測指標的連續數據。在環境監測室房頂搭載重型云臺的數字監控攝像機，對半徑約3 km的范圍進行視頻實時動態監控。在平臺高樁墩臺和環境監測室屋頂分別布設風力發電設備和太陽能電池板，保持穩定的電力輸出。同時在平臺安裝防雷接地系統和安全警示燈，提升監視監控平臺的安全等級。

3.2.2 無線數據傳輸系統

數據傳輸系統是指前端采集的數據經編譯處理后，以數字信號方式通過載體(如光纖、網線、無線等)傳送到數據監控中心。結合天津大神堂前海活牡蠣礁獨特生態系統保護與修復項目要求和國內外先進網絡技術，大神堂監視監控平臺使用IP無線網橋方式進行組網，可實現平臺在離岸可視環境下的長時間無人值守運轉，保證平臺前端視頻監控業務、雙向控制信號、遠程語音報警業務、防盜報警等高效運行。

3.2.3 岸基監控中心

岸基監控中心是整個系統的管理單位，包括數據機房、中控室、會商室3個區域，各區域按照功能布設不同的設備。在渤海海洋監測監視基地業務樓搭建無線傳輸接收終端，將數據信息傳輸至數據機房，對數據進行處理和保存，同時在中控室設置多個PC終端，用于獲取存儲的數據，并對數據進行加工，制作成不同的數字產品，通過會商室的大屏幕進行實時監控和數字產品發布。同時安裝交換機和網絡防火墻設備，保證對內的安全訪問和對外網絡的安全連接，通過網絡實現與上、下級單位聯網的智能監視監控管理系統。

4 監視監控系統技術特點

4.1 無線數據傳輸

由于平臺選址區域海洋環境條件復雜，距離岸線約5 km，采用傳統有線網絡或者光纖傳輸數據損耗大、成本高。為實現前端采集數據至監控中心機房的高效鏈路傳輸，平臺采用5.8G無線數字微波系統，即基于IP網絡的數字化傳輸網絡模式，利用點對點的組網方式架構IP數據通路，提供穩定、高帶寬的IP數據網絡，不僅能夠傳送多路全數字高清(1 080P)視頻圖像、雙向控制信號、語音信號，而且還能夠為氣象學、水文學、水質學等多種數據業務提供穩定和充裕的數據傳輸通道，構成監視監測的無線專用網絡。

隨著數據傳輸的安全問題日益突出，加強來源認證、保密通信和授權訪問等數據安全服務顯得尤為重要。在現有微波作為傳輸數據文件主鏈路的基礎上，該系統兼容北斗衛星、移動3G/4G網絡等多種輔助信道，將來可開展主輔混合組網模式，配備“雙信道”，通過設置通信的優先級別，根據不同需求，實現不同無線傳輸信道的自動轉換。

4.2 能源供給方式

大神堂海洋監視監控平臺屬于無人值守海洋觀測平臺，搭載視頻采集、無線傳輸、環境監測、氣象監測、警示燈及其他先進設備儀器，將產生較大的電力能源消耗。此外，平臺建設周邊海域海洋工程開發活動頻繁，綜合安全、節能、維護等方面考慮，平臺選用風光互補的電力能源供給模式，在平臺高樁墩臺安裝風力發電機和環境監測室屋頂布設先進環保的太陽能電池板，并配置多組膠體蓄電池，即便是在雨、雪等惡劣天氣條件下，也能為平臺搭載的設備儀器提供穩定的電力能源供應。

4.3 鋼樁保護措施

國內外的研究結果表明，在海洋環境中，鋼結構的局部腐蝕速度遠大于平均腐蝕速度，這種局部腐蝕會造成鋼結構物的腐蝕穿孔或應力集中，成為鋼結構物的安全隱患。大神堂海洋監視監控平臺的鋼管樁貫穿水位變動區、海水全浸區和海泥區3個區域，鋼管樁將受到氯化物、硫化物、各種陰陽離子及海洋微生物的腐蝕，平臺結構將不可避免地受到一定程度的腐蝕。為降低平臺鋼管樁的腐蝕速率，依據國內外相關標準，結合平臺鋼管樁環氧重型防腐工藝，對平臺鋼管樁采取“鋼管樁犧牲陽極陰極保護”防腐蝕措施，增加海洋監視監控平臺使用年限，為大神堂海洋監視監控平臺提供穩定、有效的保護。

4.4 警示和報警系統

大神堂海洋監視監控平臺位于渤海灣的灣頂，天津中心漁港航道東北側，西北方向為北疆電廠，并且周邊海域是重要漁業生產區域，為了防止過往船只碰撞，在鋼樁、墩臺和環境監測室墻面噴涂交通熒光標示，并在監測室屋頂拐角處架設安全警示燈。為了提高安全防盜，在環境監測室的屋頂安裝一臺紅外高速球機，利用紅外線報警技術，實現對全平臺預警報警全覆蓋。若發現有人入侵及其他意外情況，可自動發出報警信息，通過岸基指揮中心實時與球機實現語音對講的功能，及時采取相應的干預措施。

4.5 預留擴展模塊

根據“天津大神堂前海活牡蠣礁獨特生態系統保護與修復項目”要求，大神堂海洋監視監控平臺主要功能是監視項目示范區周邊的漁業生產情況，加強項目示范區管理，維護項目示范區的生態修復效果。由于平臺受外界干擾少，可以更為準確地反映自然海域的環境狀況變化，為了發揮平臺最大作用，在滿足監視功能的基礎上，設置了常規環境監測的溫鹽井、潮汐監測的驗潮井及開展其他監測項目的預留井。同時，平臺可以搭載氣象觀測設備，開展大氣二氧化碳通量、濕度、風速、降雨量等氣象因素觀測，還可以在平臺周圍進行一些有離岸要求的科研試驗，打造高校和科研院所的“海上實驗室”。

5 應用前景

天津地處渤海灣的灣頂，冬季存在結冰現象，為了降低養護成本，結合“天津大神堂前海活牡蠣礁獨特生態系統保護與修復項目”要求，將大神堂海洋監視監控系統建設的平臺由最初確定的浮標改為樁基水泥墩臺。大神堂海洋監視監控平臺建成后，將成為全國首個基于離岸的海洋監視監控專用平臺，對于天津大神堂牡蠣礁海洋特別保護區監管和保護工作意義重大。同時，也是天津市和渤海灣北部海域海洋觀測網和海域使用動態監視監測管理系統的重要組成部分。

大神堂海洋監視監控系統的平臺設計綜合相關部門的需求，搭載設備儀器采用國內外先進成熟的產品，系統集成融合了視頻圖像高清技術、風光供電互補技術、無線網絡技術、GIS地理信息系統技術、自動報警技術等，在發揮監視監控功能時，還可以兼顧海洋環境監測和觀測，對赤潮、漏油等突發事件進行及時觀測預警。此外，根據天津市海洋功能區劃將中心漁港和濱海旅游區功能區定位為休閑旅游，利用監視監控系統制作數字產品，通過政府官網、微博、微信等媒介實時發布“舒適度指數”，包括水溫、氣溫、濕度、風速、風向等信息，促進周邊旅游業快速發展。隨著天津市海洋事業快速發展，大神堂海洋監視監控平臺將打造成為集監視監測、科研、應急、旅游服務等多項功能于一體的多功能平臺，為區域提供更多、更好的涉海服務。

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中央分成海域使用金支出項目“天津大神堂前海活牡蠣礁獨特生態系統保護與修復項目”；廣東省漁業生態環境重點實驗室開放基金資助項目(GDKFL2012-10)；國家海洋局海洋公益性行業科研專項經費項目(201505027，201505018).

P74;TP277

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1005-9857(2015)09-0081-04