【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统及其构建方法，属于海洋通信。
技术介绍
1、上世纪20年代开始，随着人类对海洋的探索与开发，出于不同需求与目的，人们结合更先进的技术，赋予了浮标越来越多传统使用方式以外的功能。目前，多个国家或组织已经形成了功能多样化系列成熟产品，建立了自己的浮标体系，如隶属于美国国家海洋和大气管理局(noaa)的国家资料浮标中心(ndbc)，由世界气象组织(wmo)与联合国教科文组织(unesco)政府间海洋学委员会(ioc)联合成立的资料浮标合作组(dbcp)，以及包括美、英、德、法在内由多个国家共同推进的argo计划等。目前各个国家或组织的浮标体系在全球海洋广泛部署，为人类的海洋探索与开发提供了海量的数据。但是目前海洋活动过程中信息化手段薄弱，无法明确海洋活动过程。
2、为了更好的探索、开发海洋以及维护国家海洋主权，需要建立一套智能浮标体系的设想，既可以作为公共基础设施，用于满足人民日益增长的对海洋环境数据的需求，又能作为海疆的前沿哨所，承担起维护国家海洋安全的使命。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：如何弥补明确海洋活动过程中信息化手段薄弱的不足。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，在技术架构方面包括感知层、传输层、计算存储层、服务层，
3、感知层包括自然环境感知、非自然环境感知以及自身感知，自然环境感知通过各种传感探测设备
4、传输层根据信息流动的方向分为上行传输、下行传输和网络拓扑三个部分，上行传输为从感知层与服务层到计算存储层的信息传输链路，下行传输为从计算存储层到感知层与服务层的信息传输链路；网络拓扑为整个系统的网络节点连接情况，包含边缘节点、中心节点、数据中心、服务终端在传输层的数据流动情况；
5、计算存储层用于汇集数据进行存储、处理与运用，通过各种算法，使得获取的原始数据变成可以用来支撑各种需求的服务信息；
6、服务层是面向用户的层级，根据用户不同的需求，响应相应的服务；服务层将计算存储层得到的可以满足用户需求的信息，根据不同用户的权限与请求，展现给用户。
7、优选地，所述的传感探测设备包括气象仪、气象雷达、电磁场探测仪、温湿度计；海洋环境数据包括水文气象、电磁环境、温度、湿度、盐度；探测仪器包括声呐、雷达、光电探测设备、视频监视设备。
8、优选地，所述的自然环境感知分为水上感知部分与水下感知部分，水上感知部分的探测包括风速、风向、温湿度、能见度、电磁环境，水下感知部分的探测包括波浪、洋流；非自然环境为除自然环境外的海洋生物、人类活动、人造物，非自然环境感知为通过探测仪器感知水面、水下的目标，探测出存在于海洋上的生物群落、人造舰艇所产生的光电、画面信息。
9、优选地，所述的智能浮标平台的自身配置设备、探测范围的感知通过数据中心建立智能浮标的数据库系统，录入每一个智能浮标平台的配置信息、设备信息，在智能浮标平台上配置设备接入监测系统并管理浮标数据库；智能浮标平台对自身的位置信息的感知利用北斗导航定位系统；智能浮标平台自身运动状态的感知利用加速度传感器。
10、优选地，所述的感知层与服务层通过有线或无线的通信方式，将感知的各类数据上传至计算存储层，为计算存储层实现对海洋环境的感知、海洋作业服务信息的形成提供基础数据；计算存储层通过有线或无线的通信方式，将控制信号传输至感知层，控制感知层各传感单元的工作状态，将计算存储层的处理后形成服务的数据下发至服务层，提供海上作业人员所需的服务信息。
11、优选地，所述的传输层依托现代通信技术，连接智能浮标系统的边缘节点、中心节点、数据中心以及服务终端，保证上行于下行数据在各网络节点中高效、高速、安全流通。
12、优选地，所述的计算存储层具有通用计算能力，计算存储层将感知层获取的原始数据快速解析，根据需求对解析数据的类型进行分类处理，对即时性要求高的数据进行实时处理，用于提供即使性服务；计算存储层具有数据仓库能力，计算存储层将解析分类的格式化数据或其他来源的数据按需求存储起来，根据不同需求设置存储时限，得到一个可以反映自然环境、非自然环境、浮标本身、使用用户的数据仓库，用以支持如海洋科研、气候分析、生态分析的需求；计算存储层具有数据分析能力，将通用计算解析的即时性数据或数据仓库存储的数据进行进一步处理，通过各种算法得到可以指导民事或军事海上作业的信息。
13、优选地，与所述的技术架构配套的装备体系包括数据中心、服务终端、多个浮标群、船平台，每个浮标群包括多个边缘节点浮标和一个中心节点浮标，每个中心节点浮标设有多个边缘节点；在各级的节点浮标上安装感知设备，获取海洋情报，边缘节点浮标通过有线或无线方式传输数据至中心节点浮标，中心节点浮标通过有线方式传输至数据中心，数据中心将收集的数据转换为服务信息，响应来自于岸基或船平台上的服务终端的请求。
14、优选地，所述的浮标顶部平台上的中心设有风速风向仪，浮标顶部平台上还设有第一信号基站、第一短波天线、第二信号基站、第二短波天线，浮标顶部平台的侧面设有监视摄像头，浮标的中部位置设有舱室，舱室外侧设有太阳能板，浮标的底部连接有水下光缆，浮标的底部还设有水下探测设备。
15、一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
16、第一步，构建承载网络；基于海底光缆技术与计算机网络技术，根据海底地貌与人类海洋活动中时空特性，绘制传输层网络拓扑，构建海底网络；将包括边缘节点、中心节点、数据中心、服务终端在内的各单位接入海底网络中，形成传输层有线网络部分的能力，为各单位提供稳定数据交换服务；
17、第二步，构建边缘节点；以目前已有的海上浮标为原型，结合各类传感探测设备、计算机网络设备，对浮标进行适应性改进以满足以上设备安装、供能、信息交互、维护的需求，构建标准化边缘节点，形成感知层对海洋自然环境、非自然环境、自我感知的能力，传输层由承载网络到服务终端的上下行传输能力，以及计算存储层数据加密解密、准入认证、入侵感知、预测维护的边缘计算能力；实现对覆盖海域的自然环境、非自然环境、自我感知数据的采集与上传，为来往船只提供网络接入服务；
18、第三步，构建中心节点；依托海上岛礁或大型海上作业平台，或构建大型海上作业浮标，因地制宜搭建中心节点承载平台，将不便布置于边缘节点浮标的大型传感探测设备、计算机网络设备布置于中心节点浮标，形成传输层由数据中心-中心节点-边缘节点的上下行传输能力，感知层对海洋自然环境、非自然环境、自我感知本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，在技术架构方面包括感知层、传输层、计算存储层、服务层，
2.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的传感探测设备包括气象仪、气象雷达、电磁场探测仪、温湿度计；海洋环境数据包括水文气象、电磁环境、温度、湿度、盐度；探测仪器包括声呐、雷达、光电探测设备、视频监视设备。
3.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的自然环境感知分为水上感知部分与水下感知部分，水上感知部分的探测包括风速、风向、温湿度、能见度、电磁环境，水下感知部分的探测包括波浪、洋流；非自然环境为除自然环境外的海洋生物、人类活动、人造物，非自然环境感知为通过探测仪器感知水面、水下的目标，探测出存在于海洋上的生物群落、人造舰艇所产生的光电、画面信息。
4.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的智能浮标平台的自身配置设备、探测范围的感知通过数据中心建立智能浮标的数据库系统，录入每一个智能浮标平台的配置信息、设备信息，在智能浮标平台上配
5.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的感知层与服务层通过有线或无线的通信方式，将感知的各类数据上传至计算存储层，为计算存储层实现对海洋环境的感知、海洋作业服务信息的形成提供基础数据；计算存储层通过有线或无线的通信方式，将控制信号传输至感知层，控制感知层各传感单元的工作状态，将计算存储层的处理后形成服务的数据下发至服务层，提供海上作业人员所需的服务信息。
6.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的传输层依托现代通信技术，连接智能浮标系统的边缘节点、中心节点、数据中心以及服务终端，保证上行于下行数据在各网络节点中高效、高速、安全流通。
7.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的计算存储层具有通用计算能力，计算存储层将感知层获取的原始数据快速解析，根据需求对解析数据的类型进行分类处理，对即时性要求高的数据进行实时处理，用于提供即使性服务；计算存储层具有数据仓库能力，计算存储层将解析分类的格式化数据或其他来源的数据按需求存储起来，根据不同需求设置存储时限，得到一个可以反映自然环境、非自然环境、浮标本身、使用用户的数据仓库，用以支持如海洋科研、气候分析、生态分析的需求；计算存储层具有数据分析能力，将通用计算解析的即时性数据或数据仓库存储的数据进行进一步处理，通过各种算法得到可以指导民事或军事海上作业的信息。
8.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，与所述的技术架构配套的装备体系包括数据中心、服务终端、多个浮标群、船平台，每个浮标群包括多个边缘节点浮标和一个中心节点浮标，每个中心节点浮标设有多个边缘节点；在各级的节点浮标上安装感知设备，获取海洋情报，边缘节点浮标通过有线或无线方式传输数据至中心节点浮标，中心节点浮标通过有线方式传输至数据中心，数据中心将收集的数据转换为服务信息，响应来自于岸基或船平台上的服务终端的请求。
9.如权利要求1或8所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的浮标顶部平台上的中心设有风速风向仪(34)，浮标顶部平台上还设有第一信号基站(31)、第一短波天线(32)、第二信号基站(35)、第二短波天线(36)，浮标顶部平台的侧面设有监视摄像头(37)，浮标的中部位置设有舱室，舱室外侧设有太阳能板(33)，浮标的底部连接有水下光缆(39)，浮标的底部还设有水下探测设备(30)。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的基于海底光缆的多功能智能浮标系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，在技术架构方面包括感知层、传输层、计算存储层、服务层，
2.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的传感探测设备包括气象仪、气象雷达、电磁场探测仪、温湿度计；海洋环境数据包括水文气象、电磁环境、温度、湿度、盐度；探测仪器包括声呐、雷达、光电探测设备、视频监视设备。
3.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的自然环境感知分为水上感知部分与水下感知部分，水上感知部分的探测包括风速、风向、温湿度、能见度、电磁环境，水下感知部分的探测包括波浪、洋流；非自然环境为除自然环境外的海洋生物、人类活动、人造物，非自然环境感知为通过探测仪器感知水面、水下的目标，探测出存在于海洋上的生物群落、人造舰艇所产生的光电、画面信息。
4.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的智能浮标平台的自身配置设备、探测范围的感知通过数据中心建立智能浮标的数据库系统，录入每一个智能浮标平台的配置信息、设备信息，在智能浮标平台上配置设备接入监测系统并管理浮标数据库；智能浮标平台对自身的位置信息的感知利用北斗导航定位系统；智能浮标平台自身运动状态的感知利用加速度传感器。
5.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的感知层与服务层通过有线或无线的通信方式，将感知的各类数据上传至计算存储层，为计算存储层实现对海洋环境的感知、海洋作业服务信息的形成提供基础数据；计算存储层通过有线或无线的通信方式，将控制信号传输至感知层，控制感知层各传感单元的工作状态，将计算存储层的处理后形成服务的数据下发至服务层，提供海上作业人员所需的服务信息。
6.如权利要求1所述的一种基于海底光缆的多功能智能浮标系统，其特征在于，所述的传输层依托现代通信技术，连接智能浮标系统的边缘节点、中心节点、数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖粤龙，李凯，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七○八研究所，
类型：发明
国别省市：
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