【摘 要】
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海洋不仅孕育了地球上的早期生命,还为历代人类提供了丰富的资源。科技的进步也促使人类从海洋中获取了新的技能——通过海洋的观测数据预测未来的环流、台风、海啸等自然灾
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海洋不仅孕育了地球上的早期生命,还为历代人类提供了丰富的资源。科技的进步也促使人类从海洋中获取了新的技能——通过海洋的观测数据预测未来的环流、台风、海啸等自然灾害。其中,自升降实时海洋监测系统提供了全方位、长时间、实时的观测数据,为气象预测提供重要参考依据。本文分析并总结了国内外自升降实时监测系统的研究和发展现状,设计了一套基于自升降潜标的浅海监测系统,系统由多个布置在浅海海域的自升降潜标组成,实现对海岸环境不同剖面的立体式监测,最后通过岸基监测中心软件实时接收监测数据为研究人员提供可靠数据。本论文完成了自升降潜标的软硬件设计,该潜标主要由水下观测器、通信浮标两部分组成。水下观测器负责接收并存储多路水下传感器的测量数据,根据工作状态定时驱动绞车主电机和离合电机协同工作,从而控制通信浮标的升降。通信浮标通过电力线载波模块接收水下观测器的状态数据,并在上浮的过程中采集不同剖面数据,最后通过北斗通信模块将所有数据发送至岸基监测中心。本文设计并实现的自升降潜标可以实现潜伏式多剖面监测,提高了隐蔽性和安全性。岸基监测中心软件使用Qt平台进行设计,实现自升降潜标的数据接收与存储,同时提供状态监控、剖面数据检索绘制等功能。同时考虑到系统采集的剖面数据中可能存在因传感器老化或污染引起的数据异常,本文提出了一种基于线段聚类的剖面异常检测算法,通过将剖面数据简化为线段,通过聚类找到其中的异常,最终将线段还原得到其中的异常数据,相较于LOF等常用的数据异常检测算法,本方法的分类性能以及F1-score更为突出。测试结果表明,本文设计的基于自升降潜标的浅海监测系统功能指标满足课题的要求,与现有浅海监测系统相比,该系统安全性高,稳定性强,投放更为灵活。
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