专利名称：一种近海海洋低氧现象监测浮标的告警方法
技术领域：
本发明涉及到一种近海海洋环境监测方法，尤其涉及一种能够利用海洋浮标和陆 基信息处理终端如所希望那样对使用者关心的海洋低氧现象进行有效地监测，识别近海海 洋的低氧现象及其测量设备的位置和工作状态，并对浮标位置、工作状态、水体溶解氧和与 低氧现象相关的海洋环境参数的异常进行告警的方法。
背景技术：
我国近海海洋面临着水质恶化、生境改变、生物多样性减少等诸多生态与环境问 题，其中一些重点区域(如长江口及其附近海域)季节性近海底层水体低氧是日益突出却 未引起高度重视的严重问题。海水中溶解氧(D0，DiSSOlVed Oxygen)维持着海洋生物的生 存、繁殖和生长，是海洋生态与环境的重要指标。近海海洋水体低氧对该海域生态、环境和 渔业资源都将产生严重影响。有效地监测低氧现象，分析其对生态与环境和生物资源的影响，对于保护近海生 态与环境、促进沿海地区农业、渔业的发展均具有重大的现实价值。在利用多种仪器设备观 察海洋环境变化的过程中，使用者关心监测数据的同时也关心仪器设备所依附的浮标及低 氧观察设备的可靠和安全。但是海洋环境复杂多变，对近海水体低氧现象的监测面临海洋 环境中自然因素、人为因素和仪器设备自身因素等多方面的威胁和破坏。海洋环境中的自 然因素包括台风、海水腐蚀、海浪等，人为因素包括渔民的捕捞作业等主观或客观意思上的 破坏，设备自身因素包括内、外部装置的电能损耗、破裂等。上述因素导致低氧现象监测设 备及其所依附的测量平台的破坏或者位置偏移，其后果是，测量平台上获取海洋环境参数 的测量值并不能达到使用者的预期效果。目前对近海海洋环境低氧现象的监测主要采用调查船和自容回收式设备。这种 近距离依赖人的野外实时监视和通讯，不可避免地带来应用的高成本和高风险(如台风期 间)，并不适用于海洋环境中长时间、远距离、分布式监控系统发展的需求。而仅仅依靠自容 式存储设备的装置也无法满足对复杂多变海洋环境中特定对象如低氧现象的监控数据实 时获取的需求，而这些自容式测量装置同样面临海洋环境中自然因素、人为因素和自身因 素等多方面的威胁和破坏。上述监测手段，无法实时或准实时地掌握外界信息，缺乏及时地 对各种影响因素进行告警能力，不能采取有效的应对措施。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种近海海洋低氧现象监测浮标的告
警方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种近海海洋低氧现象监测浮标的告警方法，包括如下步骤(1)低氧海洋浮标将工作状态信息、位置与时间数据、和与海洋水体溶解氧相关的 海洋环境参数测量数据形成内容通过卫星数据链路间隔发送至卫星地面站，低氧海洋浮标间隔发送的数据作为电子邮件附件由卫星地面站通过互联网传送至邮件服务器；(2)信息处理终端间隔访问邮件服务器，获取对应时间的电子邮件内容，并将邮件 附件保存至信息处理终端，当无对应时间的电子邮件时，信息处理终端向使用者传达无邮 件信息；(3)信息处理终端对不同时间邮件的附件中内容按时间次序进行排序，读取内容 同时识别低氧海洋浮标的工作状态信息，当工作状态信息识别为异常时，终端向使用者传 达浮标工作状态异常告警；(4)信息处理终端分析低氧海洋浮标位置数据的时间序列，根据两个时刻位置的 欧氏距离计算位置偏离，在一段持续时间内计算当前位置与时间序列中回溯的各个浮标位 置间的欧氏距离，回溯要跨越一个潮汐周期的间隔时间，当出现距离、位置数据偏移设定范 围，判断低氧浮标产生了移动异常，终端向使用者传达浮标位置异常告警；(5)信息处理终端分析海洋环境参数中水体溶解氧测量数据的时间序列，比较水 体溶解氧数据的日均值是否偏移设定范围，判断水体是否低氧，当水体中溶解氧低于设定 值时终端向使用者传达水体低氧警示；(6)信息处理终端分析与水体溶解氧有关的测量数据，识别与溶解氧相关的数据 是否偏移设定范围，水体溶解氧数据与温度等测量数据进行关联分析，在跨越一个昼夜的 时间尺度下判断水体中溶解氧的变化趋势；(7)信息处理终端采用文字和图形化的界面将与低氧现象相关海洋环境参数测量 数据按时间次序传达给使用者，并在浮标位置信息、工作状态信息、海洋环境参数测量数据 异常时向使用者传达告警信息。本发明的有益效果是，本发明接收来自监测低氧现象的海洋浮标信息，通过无线 网络和邮件服务器将观测数据传送给陆基信息处理终端，实现一种近实时的远距离近海海 洋低氧现象监测浮标的告警方法。陆基信息处理终端按时间次序处理低氧浮标观测数据， 并进行工作状态识别、浮标位置异常判断、与近海海洋水体低氧现象相关的测量数据的时 间分析和数据关联处理，向使用者传达海洋低氧信息并进行异常告警。所以，陆基信息处理 终端的使用者能够适当地掌握低氧海洋浮标及部分与水体溶解氧相关的测量数据的异常 情况。终端的使用者能够期待当低氧海洋浮标被移动、破坏、损坏时，采取必要的措施，避免 或减少海洋浮标使用者防范的状况。在浮标无异常正常工作时，根据低氧浮标传递的数据， 识别浮标所在区域海洋低氧现象的现状和发展趋势。
图1是本发明近海海洋低氧现象监测浮标的告警方法的构架图；图2是近海海洋环境水体层化的典型结构示意图；图3是陆基数据处理终端的数据处理流程图；图4是位置数据和海洋低氧异常告警的处理流程图。
具体实施例方式海水中溶解氧维持着海洋生物的生存、繁殖和生长，是海洋生态与环境的重要指 标。通常把DO <2mg/l的水体称为缺氧水体，缺氧对生态与环境造成的危害极大。受人类活动的影响，通过河口排放的陆源营养物质大幅度增加，加剧了近海富营养化程度，近海夏 季底层缺氧问题日趋严重。海水中溶解氧受物理过程、化学过程和生物过程共同影响，河口 外海域底层的季节性缺氧发生在近海底，缺氧形成取决于稳定的水动力背景(水体层化、 水交换弱)、水体上层的生物旺发及随后的底层耗氧过程。对近海海洋季节性低氧现象，包括出现的频率、范围、持续时间、强度的监测和告 警，如图1所示，系统包括低氧海洋浮标、卫星地面站、邮件服务器、信息处理终端和通讯网 络构成。低氧海洋浮标利用卫星数据链路将数据传送给卫星地面站，卫星地面站、邮件服务 器和信息处理终端通过互联网相互连接。本发明一种近海海洋低氧现象监测浮标的告警方法包括如下步骤1)低氧海洋浮标将工作状态信息、位置与时间数据、和与海洋水体溶解氧相关的 海洋环境参数测量数据形成内容通过卫星数据链路间隔发送至卫星地面站，低氧海洋浮标 间隔发送的数据作为电子邮件附件由卫星地面站通过互联网传送至邮件服务器；低氧海洋浮标按约定的数据位置次序、数据类型、数据字段长度组织低氧浮标的 工作状态信息、位置与时间数据、海洋环境参数测量数据，并于约定的时间间隔将以相同的 形式将监测数据发送至通讯卫星地面站；低氧海洋浮标至少连接一个海洋水体溶解氧测量装置，具有至少一个GPS接收装 置，带有一个海洋浮标工作状态识别装置。也具有至少一个卫星通讯装置，通讯装置通过卫 星链路和卫星地面站通讯；卫星地面站通过互联网和邮件服务器连接，卫星地面站将海洋浮标发送的内容作 为邮件的附件发送给邮件服务器。2)信息处理终端间隔访问邮件服务器，获取对应时间的电子邮件内容，并将邮件 附件保存至信息处理终端，当无对应时间的电子邮件时，信息处理终端向使用者传达无邮 件信息；低氧信息的数据交换是通过邮件服务器实现的，低氧海洋浮标发送的位置数据、 工作状态信息和与海洋水体溶解氧相关的测量数据通过卫星传递到互联网，再由互联网传 送到邮件服务器。上述内容在邮件服务器的邮箱备份，终端通过下载邮件附件获取上述内容。陆基数据处理终端具有至少一个通讯装置，通讯装置通过网络和互联网连接，可 以和邮件服务器通讯。当终端无法间隔获取邮件内容时或者内容中的低氧海洋浮标位置数 据、工作状态信息或者与海洋水体溶解氧相关的测量数据偏离使用者的设定时，传达告警 信息。终端的间隔访问邮件服务器，一旦出现对应时间的邮件，立即进行邮件附件下载和数 据处理。3)信息处理终端对不同时间邮件的附件中内容按时间次序进行排序，读取内容同 时识别低氧海洋浮标的工作状态信息，当工作状态信息识别为异常时，终端向使用者传达 浮标工作状态异常告警；信息处理终端根据步骤1中的约定读取邮件附件中的内容，并以内容中的时间为 序将每天的数据组成一个数据文件。并按照步骤1中约定的数据格式读取低氧海洋浮标的 工作状态信息，以此步骤1中约定的数据值判断低氧海洋浮标的工作状态，当判断为异常 时，向使用者传递浮标异常信息。
4)信息处理终端分析低氧海洋浮标位置数据的时间序列，根据两个时刻位置的欧 氏距离计算位置偏离，在一段持续时间内计算当前位置与时间序列中回溯的各个浮标位置 间的欧氏距离，回溯要跨越一个潮汐周期的间隔时间，当出现距离、位置数据偏移设定范围 时，判断低氧浮标产生了移动异常，终端向使用者传达浮标位置异常告警；低氧浮标位置计算时进行墨卡托投影转换，低氧浮标GPS装置提供的经纬度位置 数据经墨卡托投影转换为公里网数据，计算一个潮汐周期内任意两个浮标位置的欧氏距 离，取其中的最大值为该潮汐周期内的相对位置偏移，判断相对位置偏移数据是否超出了 设定的偏移范围；当判断海洋低氧浮标是否出现一组持续时间的位置偏离时，计算最后一 个时刻的缺氧浮标位置数据与回溯一个潮汐周期内的各个浮标位置的欧氏距离，如后一时 刻的数据大于前一时刻的偏离数据，判断出现了持续位置偏离。墨卡托投影坐标系取零子午线(L0)与赤道交点的投影为原点，零子午线的投影 为纵坐标X轴，赤道的投影为横坐标Y轴，构成墨卡托平面直角坐标系。墨卡托投影正解公 式(B，L) — (XN，YE)，标准纬度B0采用统一基准纬线，L0为原点经度。墨卡托投影的计算公式如下B—纬度，L—经度，单位弧度(RAD)a—椭球体长半轴6378137b—椭球体短半轴6356752. 3142f—扁率(a_b)/ae—第一偏心率 e = ^\-(b/afe，—第二偏心率e’= ^(a/b)2-1N-卯酉圈曲率半径= , (C" 'b) XN—纵直角坐标，Ye—横直角坐标，单位米(M)
权利要求
一种近海海洋低氧现象监测浮标的告警方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)低氧海洋浮标将工作状态信息、位置与时间数据、和与海洋水体溶解氧相关的海洋环境参数测量数据形成内容通过卫星数据链路间隔发送至卫星地面站，低氧海洋浮标间隔发送的数据作为电子邮件附件由卫星地面站通过互联网传送至邮件服务器。 (2)信息处理终端间隔访问邮件服务器，获取对应时间的电子邮件内容，并将邮件附件保存至信息处理终端，当无对应时间的电子邮件时，信息处理终端向使用者传达无邮件信息。 (3)信息处理终端对不同时间邮件的附件中内容按时间次序进行排序，读取内容同时识别低氧海洋浮标的工作状态信息，当工作状态信息识别为异常时，终端向使用者传达浮标工作状态异常告警。 (4)信息处理终端分析低氧海洋浮标位置数据的时间序列，根据两个时刻位置的欧氏距离计算位置偏离，在一段持续时间内计算当前位置与时间序列中回溯的各个浮标位置间的欧氏距离，回溯要跨越一个潮汐周期的间隔时间，当出现距离、位置数据偏移设定范围，判断低氧浮标产生了移动异常，终端向使用者传达浮标位置异常告警。 (5)信息处理终端分析海洋环境参数中水体溶解氧测量数据的时间序列，比较水体溶解氧数据的日均值是否偏移设定范围，判断水体是否低氧，当水体中溶解氧低于设定值时终端向使用者传达水体低氧警示。 (6)信息处理终端分析与水体溶解氧有关的测量数据，识别与溶解氧相关的数据是否偏移设定范围，水体溶解氧数据与温度等测量数据进行关联分析，在跨越一个昼夜的时间尺度下判断水体中溶解氧的变化趋势。 (7)信息处理终端采用文字和图形化的界面将与低氧现象相关海洋环境参数测量数据按时间次序传达给使用者，并在浮标位置信息、工作状态信息、海洋环境参数测量数据异常时向使用者传达告警信息。
2.根据权利要求1所述的一种近海海洋低氧现象监测的告警方法，其特征在于，所述 步骤(1)具体为低氧海洋浮标按约定的数据位置次序、数据类型、数据字段长度组织低氧 浮标的工作状态信息、位置与时间数据、海洋环境参数测量数据，并于约定的时间间隔将以 相同的形式将监测数据发送至通讯卫星地面站。
3.根据权利要求1所述的一种近海海洋低氧现象监测的告警方法，其特征在于，所述 的步骤(4)为低氧浮标位置计算时进行投影转换，低氧浮标GPS装置提供的经纬度位置数 据经墨卡托投影转换为公里网数据，计算一个潮汐周期内任意两个浮标位置的欧氏距离， 取其中的最大值为该潮汐周期内的相对位置偏移，判断相对位置偏移数据是否超出了设定 的偏移范围；当判断海洋低氧浮标是否出现一组持续时间的位置偏离时，计算最后一个时 刻的缺氧浮标位置数据与回溯一个潮汐周期内的各个浮标位置的欧氏距离，如后一时刻的 数据大于前一时刻的偏离数据，判断出现了持续位置偏离。
4.根据权利要求1所述的一种近海海洋低氧现象监测的告警方法，其特征在于，所述 的步骤(6)为对于环境参数中的温度和盐度数据，采用垂向梯度法分别对监测数据中的 温度和密度数据计算垂向梯度，将垂向梯度值大于或等于上述最低指标值的水层定为跃 层，其上下端点所在深度作为跃层上界深度和下界深度，温度差与深度差之比为跃层强度， 统计时间序列数据识别跃层是增强或减弱；水体溶解氧数据比较需与等温盐度条件下的水体溶解氧数据比较，比较一个昼夜以上时间的日均值数据降低和升高的统计值，以与水体 层化关联判断近海水体低氧趋势。
全文摘要
本发明公开了一种近海海洋低氧现象监测浮标的告警方法，低氧海洋浮标间隔将工作状态信息、位置和时间数据、与低氧现象相关的海洋环境参数测量数据形成内容发送给用户指定的邮件服务器，信息处理终端通过网络间隔登录邮件服务器，获取对应的邮件内容，并进行工作状态识别、浮标位置判断，完成水体层化和低氧程度识别、时间分析和数据关联处理，上述处理结果及其可能的异常能通过信息处理终端直观地传达给终端的使用者。相关人员能够知道浮标的工作状态，在异常时采取必要的措施，及时获取低氧警讯，识别浮标所在区域水体低氧程度和趋势。
文档编号G08B21/00GK101980311SQ20101026946
公开日2011年2月23日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者倪晓波, 张汉松, 梁理金, 毛志华, 陈建芳, 陈建裕, 黄大吉 申请人:国家海洋局第二海洋研究所