《层簇式无线感知网络海洋环境监测技术及应用》

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该项目属于物联网中的无线感知网络技术领域。

海洋环境监测是海洋环境保护的“哨兵”和“耳目”,是防止和消除海洋环境污染、减少灾害的重要手段,是中国海洋发展战略的基础。随着微机电系统及无线自组织网络技术的发展,远程、动态、网络化海洋环境监测技术获得较快发展。针对难以直接测量的海洋环境理-化因子,传统的测量方式还是采用环境取样、实验室化验分析的方法,这种非实时、集中式的离线检测,无法实现对这些数据的实时共享和及时闭环响应,体现出效率低、实时性差、测量成本高等局限性。提升海洋环境实时感知能力对发展中国海洋事业意义重大。

该项目首次将软传感器技术与无线感知网络技术相结合,将群智能覆盖优化与网络分布式故障诊断与连接自愈技术引入海洋环境监测系统。项目组在东海海区多个海域实现了基于软传感器技术的层簇式无线感知网络海洋环境监测,在海洋环境动态感知应用上取得重要突破。围绕核心关键技术,取得如下创新性成果:

1)提出了基于软传感器技术的海洋分布式无线感知网络信息融合技术。

依托无线感知网络实现了基于软传感器技术的感知网络现场信息融合,提出了海洋分布式软传感器检测的方法,解决了关键海洋环境理-化因子的动态实时监测与数据传输问题,节省大量测量成本。

2)提出了基于海洋混合型无线感知网络的感知节点差异覆盖方法。

将基于虚拟力导引的粒子群差异覆盖方法应用于海洋混合型无线感知网络节点部署,解决了网络节点的差异化快速覆盖部署问题,提高了感知网络的覆盖质量、事件监测概率及节点利用率。

3)提出了海洋无线感知网络系统的故障诊断及网络连通性快速自愈的方法。

利用基于邻居协作的分簇式无线感知网络故障诊断算法,解决了无线感知网络的实时故障自检及智能报警功能设置问题。提出了面向感知覆盖率的基于有限状态机的混合式网络连通性恢复方法,解决了保持网络性能、快速恢复网络连通性的问题。

该项目在关键技术上达到国际先进水平。获得国家发明专利23项,实用新型11项,软件著作权12项,发表学术论文190篇(SCI/EI收录116篇),国内外他引462次,培养研究生62名。项目成果在东海长江口海域水文与气象监测、杭州湾南汇嘴海域、浙江温岭海域水文环境监测以及湖州太湖水域水质监测中获得应用,近三年累计新增产值4444万元,节支1260万元。智能技术与海洋环境感知网络的结合,有效提升了海洋环境实时监测能力及数据传输水平,有利于水文、气象观测数据融合与信息共享,可大量降低监测成本并提升监测效率,为国家相关部门提供实时海洋环境监测信息;可对海洋环境灾害进行预测和及时预警,以便尽早主动采取整治措施降低灾害影响;还可扩展至湖泊、河流水质的动态监测,为水务管理部门提供饮用水源水质的实时监测数据,确保饮用水质安全;还可据此提供海洋公益性服务,对船舶航行、渔业生产、生态灾害预防具有重大积极作用。

成果说明

该项目自2014年2月以来,在东海长江口横沙海域、南汇嘴海域、浙江洞头沿海、浙江温岭近海、杭州湾近海等海域进行了大量海洋环境动态监测应用。 2014年11月至2015年6月,由南京海善达信息科技有限公司联合国家海洋局东海标准计量中心等单位在长江口横沙海域进行的海洋水文气象信息网络化监测中应用了该项目成果,通过在大范围海域的无线感知网络节点的布设,实现了225个节点的层簇式无线感知网络节点的组网互连,使得该海域海洋环境实时监测及数据传输水平获得显著提升,节省大量节点布设费用,提升了监测有效覆盖率,提高了

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