海底觀測節(jié)點信息處理軟件設計與實現(xiàn)

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1、海底觀測節(jié)點信息處理軟件設計與實現(xiàn)1緒論1.1研究背景人類從很早就一直在探索和觀測海洋的道路上進行著不懈的努力。隨著社會的不斷進步和信息科學技術的飛速發(fā)展，海洋觀測的手段日益完善，觀測范圍也在逐步擴大，逐漸從海面慢慢延伸到了海洋中，如今已延伸到了海底，不斷進步和發(fā)展的信息科技將越來越能促進海洋探測技術逐漸向廣度和深度方向發(fā)展。海洋觀測技術的巨大變化為我們對探索和觀測海洋的研究奠定了穩(wěn)固的基礎。海底觀測網(wǎng)絡是近年來研究的熱點課題，發(fā)展海底探測技術具有非常重要的意義。地球上的海洋面積約3.61億平方千米，約占地球表面積的三分之二，如此浩瀚的海洋對人類社會的發(fā)

2、展具有深遠的影響。一方面，它蘊藏著豐富的物質資源。隨著地球資源的不斷消耗，人們對于海洋資源的開采欲望將越來越迫切。如果人類能合理地利用這些豐富的海洋資源，不僅在一定程度上可以緩解陸地資源匱乏的問題，同時還可以促使人類繼續(xù)探索復雜多變的海洋環(huán)境，為海洋資源的開發(fā)與利用積累更豐富的經(jīng)驗[1-2]。另一方面，海洋環(huán)境復雜多變，要想能夠及時地應對海洋環(huán)境污染、赤潮、風暴潮等海洋環(huán)境的變化，我們不得不對海洋環(huán)境有深入的認識和了解。圖1-1描述了一個典型的海底觀測網(wǎng)絡，它由若干個通過長距離光電復合纜連接的具有不同觀測功能的觀測子系統(tǒng)構成，每一個觀測子系統(tǒng)又由一組接在

3、接駁盒上的觀測傳感器構成。海底骨干網(wǎng)上分布有很多觀測節(jié)點，局部觀測系統(tǒng)通過光纖將這些節(jié)點與海底接駁盒連接，從而構成整個海底觀測網(wǎng)絡[3-4]。由于海洋環(huán)境的特殊性，傳感器設備不能直接放置在海底中進行測量，而是將不同的傳感器設備集成于不同的觀測儀器上，并搭載在不同的觀測節(jié)點上。有些深海儀器需要通過無人機器人或者載人深海潛艇等工具將其投放并安裝到海底，然后將設在海底的觀測儀器聯(lián)網(wǎng)，通過長距離光電復合纜將各個海底觀測節(jié)點連接到岸基，然后將觀測信息傳回陸地上的基站，這就在海底實現(xiàn)了數(shù)據(jù)獲取與信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡化，使在海底對海洋要素進行長期、實時觀測成為了可能。..1

4、.2研究意義繼人類探測深海所使用的調查船舶和遙感通信衛(wèi)星之后，海底觀測網(wǎng)絡已成為一種可以實現(xiàn)對海底進行長期實時觀測的一種新型平臺。它作為一種新的海洋技術和信息獲取手段，將在國家安全、資源開發(fā)和減災防災等方面起到不可或缺的作用[8]。從此，海底觀測網(wǎng)絡徹底改變了人類研究海洋的途徑，開創(chuàng)了海洋科學研究的新紀元。近年來，以海底觀測網(wǎng)絡為平臺的科學、技術和國防安全的國際競爭日漸激烈，如歐美及亞洲日本等國在研制開發(fā)多種海底觀測網(wǎng)絡技術和裝備的基礎上，紛紛投入巨資建立海底觀測網(wǎng)絡。與國際水平相比，我國目前的海底觀測網(wǎng)絡建設存在著較大的差距，海底觀測正處于研發(fā)關鍵技術

5、的起步階段。此外，在海底觀測數(shù)據(jù)的接收處理與展示方面也存在不同程度的異構性，導致了海洋觀測數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)實時有效的分配與共享，降低了數(shù)據(jù)的利用效率。因此，如何解決海底觀測數(shù)據(jù)的實時有效分配與共享，對提高海底觀測系統(tǒng)的可擴展性以及觀測數(shù)據(jù)的利用效率方面具有重要的意義。一方面，可以避免信息重復、資源浪費等情況，提高數(shù)據(jù)的利用率，降低海底觀測數(shù)據(jù)的采集與處理成本。另一方面，可以為面向海洋信息集成、數(shù)據(jù)服務與業(yè)務管理的海洋信息處理軟件研發(fā)提供平臺技術支撐。.2需求分析2.1功能需求在現(xiàn)有的觀測系統(tǒng)和相關研究的基礎之上，可將本系統(tǒng)的功能分為GIS導航功能、數(shù)據(jù)查詢功

6、能、數(shù)據(jù)可視化功能、分析預測功能、用戶管理功能、元數(shù)據(jù)管理功能和日志管理功能等。GIS(GeographicInformationSystem，地理信息系統(tǒng))[22]地圖導航功能主要包括地圖顯示和地圖操作等。用戶查看海底觀測數(shù)據(jù)時通常以觀測對象為單位，地圖導航可用來協(xié)助用戶進行觀測對象的直觀選擇。該功能主要用來在地圖上標識用戶注冊的海底觀測節(jié)點位置，便于用戶直觀地了解其位置信息和運行狀況等。在地圖上，用戶可以通過點擊節(jié)點標識來訪問其相關信息，如搭載在該觀測節(jié)點上的測量儀器的工作狀態(tài)及其測量的海洋要素屬性等。因此，海底觀測節(jié)點信息處理軟件系統(tǒng)應該具備地圖導

7、航功能。數(shù)據(jù)查詢功能主要包括觀測平臺的實時數(shù)據(jù)查詢和歷史數(shù)據(jù)查詢，尤其是對歷史觀測數(shù)據(jù)的查詢。其中，實時查詢功能主要查詢海底觀測設備獲得的實時海洋數(shù)據(jù)信息，保證用戶能夠實時地了解觀測設備測量的海洋氣象環(huán)境要素如海面風、濕度、氣溫、氣壓等數(shù)據(jù)和海洋水文環(huán)境要素如海浪、海流、溫度、鹽度等數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)查詢功能可以按特定設備及特定時間段進行歷史數(shù)據(jù)查詢，便于用戶客觀準確地分析海洋環(huán)境狀況。..2.2性能需求在充分了解了系統(tǒng)的功能需求后，系統(tǒng)還應該滿足一定的性能需求：穩(wěn)定性和安全性是指系統(tǒng)在整個工作過程中應該是穩(wěn)定的、安全的。在硬件方面，通過采用性能較好的網(wǎng)絡設

8、備與服務器等設備保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。在軟件方面，通過對相應功能模塊進行合理