導(dǎo)語：環(huán)境監(jiān)察論文：通信在環(huán)境監(jiān)察中的實用性一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

作者：胡展銘姜文博江偉偉陳元陳偉斌單位：國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心

技術(shù)特點

本系統(tǒng)水下無線通信采用的是水聲通信技術(shù)，相比較水下電磁波和水下光通信技術(shù)，聲波在水中衰減最小，因此聲波是目前水中信息傳輸?shù)闹饕d體，并且水聲通信是當(dāng)前唯一可在水下進(jìn)行遠(yuǎn)程信息傳輸?shù)耐ㄐ判问剑?］。本系統(tǒng)綜合應(yīng)用浮標(biāo)和海床基，相比較浮標(biāo)、海床基、船舶和潛標(biāo)單站監(jiān)測方式，是一種無線觀測鏈的監(jiān)測方式。這種方式可提高監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量、擴(kuò)展監(jiān)測范圍和監(jiān)測信息，并可在監(jiān)控終端準(zhǔn)實時獲取遠(yuǎn)程、長期水下監(jiān)測數(shù)據(jù)，也符合海洋環(huán)境監(jiān)測具有覆蓋面廣、站位分散、數(shù)據(jù)間斷和頻繁少量的特點。

技術(shù)原理

第二代GSM技術(shù)利用SMS(短消息)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和雙向控制，系統(tǒng)通過發(fā)送和接收短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，依靠2個或以上的GSM通信模塊實現(xiàn)，開發(fā)相對簡單，傳輸成本相對較高;第二代GPRS技術(shù)引入智能天線、雙頻段等技術(shù)，有快速登陸、永遠(yuǎn)在線、高速傳輸和按流量計費而節(jié)約成本的優(yōu)勢;第三代技術(shù)是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術(shù)，速率一般在幾百kb/s以上，主要優(yōu)點是能極大地增加系統(tǒng)容量和提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并且利用不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游技術(shù)可將無線通信系統(tǒng)和Internet連接起來;第四代TD-LTE-Advanced技術(shù)可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)，具有非對稱的超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力，比通常意義上的3G快50倍，下載速度最高可達(dá)100Mb/s、上傳速度最高可達(dá)20Mb/s，可極大的滿足海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸要求。目前第二代和第三代技術(shù)已趨于成熟，基站已基本形成對我國近海的全覆蓋，相應(yīng)的通信技術(shù)已在港口航道、海水浴場、水產(chǎn)養(yǎng)殖、能源開發(fā)等海洋領(lǐng)域廣泛應(yīng)用;第四代技術(shù)已形成，但國際標(biāo)準(zhǔn)仍未統(tǒng)一，尚不具備推廣應(yīng)用條件。水聲通信技術(shù)水聲通信是通過聲波在海水里傳播實現(xiàn)。工作原理是首先將文字、語音、圖像等信息轉(zhuǎn)化成電信號，發(fā)射換能器又將電信號轉(zhuǎn)化為聲信號，聲信號通過海水介質(zhì)以應(yīng)答或自動方式傳遞到接收換能器，這時聲信號又轉(zhuǎn)化為電信號，解碼器將數(shù)字信息破譯后，經(jīng)電接收機(jī)轉(zhuǎn)為文字、語音、圖像等信息。水介質(zhì)與空氣介質(zhì)的特性不同，水聲信道與空氣中的無線電信道具有許多明顯的差異。水下聲信道是時間散布快速衰落信道，具有多普勒不穩(wěn)定性［9］。水聲通信的衰耗因素較多，特別是在海水中傳播，聲傳播損失不僅與頻率有關(guān)，而且還受海水的鹽度、溫度、密度、深度以及傳播距離等因素的影響，造成中遠(yuǎn)程水聲信道帶寬極其有限。水中的聲速計算公式可見下式:c=1449．2+4．6T－0．055T2+(1．34－0．010T)(S－35)+0．016D(1)其中:T是海水溫度，S是鹽度，D是深度。海水中不均勻分布的聲速剖面造成聲線的彎曲，而聲波的界面反射和隨機(jī)散射又引起聲波接收信號的多途效應(yīng)。在實現(xiàn)高速通信時，有限的信道帶寬和信號的多途傳輸會引起嚴(yán)重的碼間干擾，造成接收數(shù)據(jù)的嚴(yán)重誤碼［10］。同一聲源發(fā)出的聲波，在不同的海區(qū)或不同的季節(jié)，傳播情況可能都不同。從信道中的各種限制因素到時變、空變性，水聲信道都遠(yuǎn)比無線電信道復(fù)雜。

基于通信技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)水下通信采用美國Linquest公司的UWM2000聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器(全方向模式、波束寬度210°，在比較復(fù)雜的環(huán)境條件下允許有相對的運動);水上移動通信采用GSM通信模塊。系統(tǒng)可對剖面流速、流向、溫度等環(huán)境參數(shù)和儀器姿態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)實時傳輸，通信技術(shù)可在赤潮、溢油、危險化學(xué)品泄露等海洋突發(fā)污染事件應(yīng)急監(jiān)測中應(yīng)用，管理者可根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)現(xiàn)場指揮和快速決策;也可在海水浴場、海水養(yǎng)殖區(qū)、海洋保護(hù)區(qū)等功能區(qū)監(jiān)測和入海污染物質(zhì)輸運監(jiān)測中應(yīng)用，獲取定點、實時和連續(xù)的監(jiān)測資料。本系統(tǒng)若結(jié)合地理信息系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將改變現(xiàn)有的海洋環(huán)境監(jiān)測狀況。通過無線通信方式形成一個基于物聯(lián)網(wǎng)的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測信息，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)測和管理［11］。

結(jié)語

由于海洋環(huán)境監(jiān)測的特點和發(fā)展趨勢，適合以水聲通信和移動通信作為數(shù)據(jù)傳輸載體，因此結(jié)合海床基和浮標(biāo)，基于水聲和移動通信技術(shù)構(gòu)建的監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用于海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域是完全可行的。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對海洋環(huán)境的智能監(jiān)測，并將監(jiān)測終端數(shù)據(jù)異地可視化，達(dá)到動態(tài)監(jiān)測海洋環(huán)境的功能，通過改變監(jiān)測終端傳感器的類型可實現(xiàn)功能更全面的監(jiān)測，該系統(tǒng)可提高監(jiān)測效率、運行成本較低，具有一定的推廣價值。隨著通信、地理信息系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，未來的海洋環(huán)境監(jiān)測無線通信網(wǎng)既可以實時獲取大范圍的海洋信息，也可以快速、便捷地傳遞、控制和管理各種信息。因此，通信技術(shù)必將在海洋環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮越來越重要的作用。