北斗剖面浮标数据服务系统设计与业务运行

北斗剖面浮标数据服务系统主要由北斗剖面浮标数据自动接收/监视子系统和北斗剖面浮标数据解码、处理及分发共享子系统组成,具备自动、批量、业务化接收国产北斗剖面浮标数据,以及业务化处理和分发浮标数据的能力,为我国主导建设南海或“21 世纪海上丝绸之路”Argo 区域海洋观测网提供了关键技术保障。催生的中国北斗剖面浮标数据服务中心,也为北斗剖面浮标走出国门、参与国际竞争奠定了坚实基础,成为世界上 3 个有能力为全球 Argo 实时海洋观测网提供剖面浮标观测数据服务的国家平台之一。     

Argo光盘数据集的研制与应用

早期的Argo数据光盘主要基于文件系统的数据管理,都没有提供对查询结果的保存和打印功能,更没有引入数据库系统对浮标数据进行综合管理.文中针对Argo数据共享和分发过程中存在的不足,特别是Argo光盘数据集所存在的问题,提出了改进方法.并引进数据库技术对Argo光盘数据集进行了补充和完善:提出了使用Winrar压缩软件对光盘数据资料进行压缩,从而解决了日益增加的Argo数据与光盘容量有限的矛盾,可以更好的满足Argo数据分发和共享的需求.为了充分发挥Argo光盘数据集的功能,文中还针对Argo资料用户对图形文件的需求,利用VC++和Matlab混合编程的方法,开发了Argo视图软件.最后,基于数据库技术研制完成了一张包含了1997-2006年全球海洋上全部Argo剖面浮标观测的Argo光盘数据集,并系统介绍了该数据集的结构、功能和应用过程等.     

Argo剖面浮标观测资料的接收、处理与共享

中国Argo实时资料中心不仅承担着中国Argo计划的浮标布放任务,而且还承担我国浮标资料的实时接收和处理,同时,还兼顾国际Argo计划成员国布放的浮标观测资料的延时处理,并将处理后的资料及时分发到用户手中。文章将就中国Argo实时资料中心对浮标资料接收、处理和分发过程等作一系统介绍,以帮助用户对Argo资料有一更深入的了解。     

深海综合观测浮标研制及其在热带西太平洋的应用

目前尽管国内近海浮标实现了产品化,但深远海尚无定型可靠的深海综合观测浮标系统,基于此,中国科学院海洋研究所设计制作了深海综合观测浮标系统,其浮标体为柱台型结构,采用单点锚泊系留。整个系统主要由浮标体、系留子系统、观测子系统、数据采集处理控制子系统、通信子系统、供电子系统、检测子系统、安全报警子系统和岸基数据接收处理子系统等9部分组成。浮标系统通过搭载不同类型的传感器,实现对风速/风向、气温、相对湿度、气压、能见度、雨量、波浪、表层水温、表层盐度、表层溶解氧、表层叶绿素、表层浊度、剖面流速流向、剖面温盐深（最大深度可达1 000 m）、方位及浮标位置等要素进行实时观测,从而完成对海洋气象、水文和水质等要素的长期、连续、自动监测,并支持铱星和北斗等卫星通信方式,将观测数据实时的传输到岸基数据接收处理系统。近年来,深海综合观测浮标系统在热带西太平洋海域连续进行了4次海上应用,每次应用时间长达1 a。它提供了第一手的大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料,促进了关于气候变化和深海大洋的研究工作。所研制的深海浮标达到目前国际同类产品（美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标）的先进水平,并且在水下感应耦合传输等方面进行了创新,形成了自有特色。     

一种新型激光雷达测风浮标设计及海试应用

精确获取剖面风数据对海上风电场规划选址、风能资源评估等至关重要。针对测风塔建设成本高、拆卸移动困难,而传统浮标电源供给较小、摇晃角度大等缺点,设计一种新型激光雷达浮标,实现了对目标海域的风资源剖面数据的观测、解算与自存储。在南海海域进行海试应用,并对观测的剖面风数据和传统大型海洋资料浮标风数据进行同步比测分析。结果表明,激光雷达测风浮标的测量结果与大型浮标测风数据吻合较好,风速R~2相关系数达到0.975,风向R~2相关系数达到0.932。该研究成果可为激光雷达测风浮标在海上风电开发和开展风场变化的科学研究等提供参考。     

一种用于海洋综合观测浮标的多种通信方式集成系统

为了优化海洋综合观测浮标的通信系统,设计了一种通信方式集成系统,将多种通信模块进行集成管理,并在每个数据发送周期进行通信信号检测,经过比较选择最优的通信方式进行数据传输。该系统具有采集数据完整、数据冗余小、运行功耗低等优点,有效增强了浮标的通信能力,完善了原有通信系统的功能,并且后期还具备较强的可扩展性功能,如浮标舱内环境监测和独立定位等,进一步增强浮标的安全性。该系统已经完成12个月的海上试运行,系统运行稳定,功能达到预期,可满足海洋综合观测浮标对多种通信方式进行优化管理的需求。     

海洋资料浮标姿态信息测量技术研究现状及发展趋势

海洋资料浮标在海洋环境监测、预警预报、防灾减灾、资源开发、海上交通、渔业生产、军事活动保障等方面具有重要作用,是海洋立体监测体系的重要组成部分。世界主要沿海国家和国际组织都极为重视海洋浮标技术的发展。海上观测过程中,浮标随风、浪、流等作用产生复杂运动。浮标复杂运动的精确观测离不开浮标姿态信息测量技术的发展。浮标姿态信息,不仅是浮标及其搭载设备工作安全性可靠性评价的重要参考,也是浮标测量数据实时精准校正的重要保障。因此,浮标姿态测量技术具有重要的研究价值和应用价值。文章从工程实际的技术需求出发,对浮标姿态信息测量技术的研究现状、技术难点以及发展趋势等方面进行了梳理和总结,以期对研发新一代智能浮标观测技术提供有益启发和借鉴。     

Huffman与LZW算法在海洋观测浮标通信数据压缩中的应用研究

在现有两种比较主流无损压缩算法基础上(Huffman算法和LZW算法),根据海洋观测浮标采集的观测数据特点,比较两种压缩算法的优缺点,并通过布放在西太平洋海域的一套观测浮标数据进行数据验证。结果表明,使用Huffman算法和LZW算法分别对海洋观测浮标数据进行压缩,两者的压缩率都基本可达50%左右甚至更低,Huffman算法压缩率较优,而LZW算法复杂度较优。通过分析,可证明这两种无损压缩算法都能有效地提高深远海通信效率和降低通信成本,同时也提高了科学观测数据的安全性和保密性,可根据实际情况选择在深远海观测浮标数据通信中应用。     

山东MDOS疑误信息统计系统的设计与实现

为了提高自动站实时观测数据的有效性和可用性,中国气象局推出了气象资料业务系统(MDOS),建立了集质量控制、加工处理、存储分发、服务于一体的现代资料业务,实现了实时和历史资料一体化处理与管理。针对山东省地面资料疑误信息处理反馈应用的实际,以及对疑误信息进行统计分析的需要,设计了MDOS疑误信息统计系统,介绍了系统设计的背景、系统设计思路、系统界面等。     

SZF型波浪浮标上U盘存储器的设计与实现

SZF型波浪浮标系统通过无线电台将采集的波浪数据实时地传输到岸站数据接收处理机上,同时将波浪原始数据保存到浮标上的存储器内。为解决浮标大容量海浪原始数据的存储问题,利用USB总线技术设计了一款U盘存储板卡。该U盘存储板卡采用基于Cortex-M3内核的ARM芯片,根据STM32F105 USB OTG接口特点,通过移植μC/OS-II实时操作系统技术进行任务调度,采用邮箱机制进行任务之间的通信,创新性地将通用U盘技术应用到基于单片机采集处理系统的海洋浮标上,实现了波浪浮标大容量、长时间的数据存储。实验测试结果表明,该U盘存储板卡具有存储速度快、准确性高、低功耗、高稳定性、便携性、通用性等特点,可用于多种需要数据存储的仪器设备中,其综合性能显著。     

"采用SCADA通信系统通过国内卫星传输资料浮标数据研究"及其应用

海洋资料浮标测量数据传输的安全、可靠、经济和方便,是多年来浮标工程研究的课题。文中介绍我国海洋资料浮标数据传输方式的变革,国内卫星(中卫-1号)的性能及覆盖海域,"全线通"双向数据卫星通信系统原理特点以及"采用SCADA通信系统通过国内卫星传输资料浮标数据研究"成果在我国东海、南海的应用情况。     

极区冰基拖曳式海洋剖面浮标系统低功耗设计与实现

针对极区冰基拖曳式海洋剖面浮标长期稳定获取极区水文和气象数据的工作需求,进行了浮标系统的低功耗方案设计。该方案基于超低功耗51系列微处理器,根据最低功耗工作模式与最短工作时间原则,采用高效的电源管理机制对浮标系统各个部分的能量消耗进行合理的分配与管理,并应用了Argos卫星通讯模块ARGOS-3 PMT-RFM的BPSK调制低速数据传输模式,可有效降低浮标系统的整体能耗。该浮标在北极冰站上长达1年的运行情况表明该系统工作稳定,所采用的低功耗能量管理方案实现了浮标系统长期连续观测的需求。该浮标的成功试验和推广应用有助于极地研究人员更准确地分析海冰变化过程。     

基于ARM和北斗通讯的水声浮标技术应用研究

水声浮标是进行海洋声学调查的重要设备,传统的浮标采用基于计算机的数据采集方式和短波通信方式,其可靠性较差。文中介绍了基于ARM的数据采集存储系统和北斗通讯方式的浮标工程技术应用设计方案,结合传统浮标系统对比分析了其系统集成的实用性、先进性、适应性,并提出了进一步的改进措施。     

国内外海洋资料浮标技术现状与发展

海洋资料浮标是长期连续进行海洋监测的主要手段之一。本文简单介绍了国内外海洋资料浮标技术的现状与发展及浮标在我国海洋监测中的应用情况,提出了我国资料浮标技术的研究与发展设想。     

面向海洋综合观测的一种新型安全警戒浮标

面向未来海洋综合观测网络的建设需求,本文提出一种新型安全警戒浮标方案,介绍了其结构组成、关键系统及设计特点,并针对浮标的工作模式框架进行了分析.该警戒浮标立足于国家海域管理和海洋防务能力的建设,为未来海洋立体化监测的建设提供参考.     

基于串行通信的传感器自动识别与通用型浮标数据采集系统设计

海洋资料浮标以其多种功能和连续探测能力成为现代海洋观测的重要工具。海洋浮标传感器种类多、通信协议差异性大,为浮标数据采集系统提出了集成应用需求多样、平均开发周期长的问题。本实验设计并实现了基于串行通信波特率特征判别传感器的通用型海洋浮标数据采集系统。系统基于串行通信接口,通过对波特率的自动识别,对多种不同海洋参数传感器的通信特点进行比对分析,从而将传感器进行分类识别,实现外载传感器的自动识别功能;通过IAP设计,实现系统的拓展。最后,通过实验室的原型试验进行技术路线可行性验证。结果表明,系统能够在数秒内快速无误识别信息库中传感器,可以通过分包方式满足远程更新需求。     

基于北斗卫星的大型海洋浮标通信机制研究

针对北斗通信效率低、通信并非百分百可靠等问题,提出了一套新的大型海洋浮标北斗通信机制,包含一套通信协议、一种适用于通信数据的"位拼接-LZW"两重数据压缩机制以及一套适用于通信系统的"主-从"两重状态机通信控制机制。该机制有效地提高了通信传输效率,节约了通信成本,保证了北斗通信的可靠性,并且已成功应用于大型海洋浮标中。     

基于WebGIS技术开发浮标综合管理平台系统的研究

根据浮标综合管理平台系统建设的实际情况,从需求分析、系统结构设计、数据建模以及实现技术等几个方面,详细介绍了基于WebGIS技术开发接收浮标数据、存储浮标数据、多媒体查询及展示浮标数据的综合管理平台系统。在建设过程中,采用浮标数据中心数据库、GIS信息数据库、浮标数据展示3个组成部分进行系统软件设计,提高了系统的可维护性。采用关系型数据库来进行数据的存取,解决了各种浮标格式不统一的问题,使查询变得更为方便;利用OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL来开发WebGIS,实现了电子海图的漫游、数据查询以及数据统计结果输出;通过这个平台系统,可以自动化、多功能、大容量、形象化地展示及查询浮标的各种数据。