一种用于海洋综合观测浮标的多种通信方式集成系统.docx资源-CSDN文库

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目前, 不断出现的涉及海洋气象、海面表层、水体剖面以及海底的新型观测技术, 由于实时通信技

术手段的应用, 基本可以对海洋进行实时、连续、长期、全方位地立体监测, 实现真正意义上的“透明”海

洋。海洋综合观测浮标是一种用于实时获取海洋气象、水文、水质、生态、动力等参数的漂浮式自动化监

测平台, 是随着科技发展和海洋科学研究、环境监测及预报的需要而迅速发展起来的新型海洋环境监测设

备, 具有实时、连续、长期、全天候和自动化等优点, 也是当前国际、国内主流、重要、可靠、稳定的海

洋观测技术手段之一, 因此其技术水平的升级和研发受到世界各国的极大重视和大力发展

[1-2]

。

为保障观测数据获取的完整性, 国内外大部分海洋综合观测浮标均采用 GSM(Global System for

Mobile Communications, 全球移动通信系统)、高频通信、卫星通信、GPRS(General Packet Radio

Service, 通用分组无线业务)和 CDMA(Code Division Multiple Access, 码分多址)等多种无线通信方式来

实现观测数据的实时传输, 其中应用于我国近海的海洋综合观测浮标, 通常采用 CDMA、CPRS 和北斗 3

种通信方式

[2-4]

。譬如中国科学院近海海洋观测研究网络的黄海站和东海站在黄、东海海域布放的海洋综

合观测浮标均采用了至少两种通信方式进行优势互补, 距离岸边较近的采用 CDMA+GPRS 的组合, 距离

岸边较远的采用 CDMA/GPRS+北斗的组合。在每一个观测数据发送周期, 通信系统中的全部通信模块均

上电工作, 按相应的方式发送观测数据, 陆基数据接收系统实时接收来自多个海洋综合观测浮标以各种方

式发送的全部观测数据, 并对这些数据进行处理、显示和存储。这种通信方案的优点是尽可能地保证观测

数据的全面完整性, 但由于各通信模块属于独立运行, 缺乏统一管理, 因此存在重要数据缺失、相同数据

重复发送、系统功耗较大等问题。针对上述问题, 本文设计了一种用于海洋综合观测浮标的多种通信方式

集成系统, 将各通信模块进行集成管理, 在每个数据发送周期, 只选择当前信号质量最优的通信方式将浮

标的观测数据实时发送到陆基接收站。

1 海洋综合观测浮标原通信系统存在的不足 1.1 重要数据缺失

海洋综合观测浮标的观测参数通常包括气象(气温、湿度、气压、风速风向、能见度、雨量)、水文

(波浪、剖面海流、水温、盐度)和水质(浊度、叶绿素、溶解氧)等等, 每个周期的数据量比较大, 而北斗一

次传输的数据量却比较小, 因此在使用北斗方式进行数据传输时只能将一组观测数据分成若干子包进行分

时传输, 而当其中任何一个子包发生错误或丢失就会导致这组观测数据无法使用

[5]

。此外, 陆基数据接收

系统要同时接收多个浮标的观测数据, 但不同浮标的数据发送频率各不相同(1 次/10 min、1 次/30 min 或

1 次/ h), 在某一时间点上(尤其是整点时刻)大量浮标同时发送数据就会造成数据接收拥塞, 甚至造成数据

丢包的情况。综合考虑上述问题, 为了保证北斗通信的畅通和有效, 使用北斗发送的观测数据分为 3 个子

包

[6]

, 并且不包含风、气温、湿度、气压等气象参数的分时数据, 这些分时数据只能通过 CDMA 或 GPRS

传输。因此, 当 CDMA 或 GPRS 信号偏弱时, 无法实时了解气象的分时变化, 而在极端天气和应急情况下

的气象分时数据却尤为重要。

1.2 相同数据重复发送

当使用的各通信方式信号均比较强时, 浮标的同一组观测数据就会重复发送, 同时接收多个浮标每

种通信方式发送的观测数据会导致服务器运行缓慢, 数据接收滞后, 甚至造成系统死机, 多条相同的观测

数据同时也增加了数据处理、存储和管理的工作量。

1.3 通信系统功耗较大

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