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基于物联网的海洋环境监测系统设计随着气候变化的加剧，全球海洋面积不断扩大，越来越多的人去依赖和利用这片广阔的领域，但也随之带来了许多破坏和污染，这恶化了海洋环境的状况。
如今，我们迫切需要采用可靠且高效的技术对海洋环境进行监测，以便及时发现并对问题予以解决。
本文将基于物联网技术，探讨如何设计一款可靠、高效的海洋环境监测系统。
一、物联网技术在海洋环境监测中的应用物联网是一种集成了各种传感器、设备等技术的网络，能够实时收集、处理和分析各种类型的海洋数据。
在海洋环境监测中，物联网技术无疑是最为理想的选择之一。
它能够为我们提供准确的海洋环境数据，以便及时发现和处理各类问题。
在应用物联网技术进行海洋环境监测时，我们可以采用一些数据监测点进行数据采集和分析。
在海洋实时监测系统中，我们可以利用各种传感器和设备对海洋的温度，水文学，水流和波浪等物理指标进行采集和分析。
通过物联网研究，我们将分析和监测海洋数据以提供实时数据，从而保证监测的精确性，以便及时找出和解决问题。
此外，物联网技术还能够采用人工智能进行数据分析，从而呈现更为准确和有用的信息。
二、海洋监测设备的部署为了利用物联网在海洋环境监测中的优势，我们需要在合适的地点设置数据监测点。
这些点应该位于海洋区域的不同位置，以保证全方位的监测。
此外，我们还需要在海底部署高精度设备，帮助我们观测和处理海洋环境状况。
在此基础上，我们需要部署传感器和监测设备以收集更好的数据。
我们可以将不同类型的传感器和设备放置在船只，浮标，岸线和盒子等地方进行监测，以便确保尽可能少量的监测点能够监测到尽可能多的海洋数据。
三、海洋监测数据处理成功地收集到海洋监测数据后，我们需要对其进行有效的处理以提供有用和精确的数据。
这个过程涉及到数据挖掘，预测和分析机器学习等多个领域的知识。
在数据处理方面，我们的目标是建立一个海洋环境模型，以便我们在监测过程中正常化监测点数据。
我们可以采用各种机器学习算法来建立这样一个模型，以便我们能够得出更加准确的预测和建议。
CTD技术1．CTD测量技术1.1 CTD测量技术简介K=K（R）对于海水CTD参数的测量，可以归结到一种物理量的测量。
例如，由传感器测量响应的电阻的变化来完成。
简而言之，电导率C与一定海水水柱的电阻有关（C=K），可以通过流过电导池的海水的电阻随海洋环境（海水的温度、压力和盐度）的变化来提取。
温度的变化通过热敏电阻反映海水的温度T（K=T）。
而深度D一般通过压力测量，根据数学关系进行计算。
而压力P（K=P）的测量采用应变式硅阻随深度变化取得。
实际上传感器感应的海水CTD参数，通过转换电路的输出为电信号。
一般说来传输特性为一高次多项式。
为取得传感器的定标方程，要求严格的试验程序：第一，需要足够精度的测试设备。
第二，权威的计量标准。
第三，根据传感器与定标设备，设计测量方案，制定操作步骤，测量取数。
第四，进行符合传感器物理特性的定标方程的拟合。
―九五‖―863‖高精度CTD剖面仪的定标水槽，采用直850mm，深度1300mm，控温精度十万分之一度（0.000001°C），水平温场和垂直温场不均匀度均达到0.0003°C。
利用精度为0.001°C的基准铂电阻温度计，由F18电桥测温，由水三相点和镓熔点的温度校准。
使用8400B实验室盐度计来测量盐度，由国际一级标准海水校验。
利用十万分之五的活塞度压力计对于压力传感器进行测压。
根据传感器研制测试经验，设计了定标试验的操作步骤。
取得高精度CTD剖面仪传感器的定标方程。
下面给出了高精度CTD剖面仪的传感器定标方程。
1.22 CTD 测量技术研究CTD剖面仪研制是CTD 测量技术核心。
研制过程大致分为如下几步：传感器研制，系统安装，信号采集，数据处理。
第一传感器研制为关键。
概括分为几个过程：敏感元件研制，转换电路研制和测试定标设计实施。
首先，制作敏感元件包括生产、测试与开发应用研究。
设计技术指标，优化结构，选择材料，制定工艺和测试方法。
用于深海温度梯度探测的高分辨力测温系统 王向鑫;丁忠军;杨磊;赵晟娅 【期刊名称】《海洋技术》 【年(卷),期】2018(037)004 【摘 要】高分辨力测温技术一直是制约海底热流探测的关键技术之一,文中介绍了一种用于深海温度梯度探测的高分辨力测温系统,给出了总体设计方案.高分辨力测温电路解决了NTC热敏元件互换性差、输出信号微弱等问题,每个测量通道的信号转换电路、高分辨力测温电路和数据采集电路使用同一个精密电压基准源,提高了测量数据的一致性.搭建了系统测试平台,测试结果表明,使用标定分度为0.05℃的NTC热敏元件,系统量程为0～5℃,分辨力为0.001℃.在中国大洋第38航次搭载“蛟龙”号载人潜水器完成了深海原位实验,获取了西北印度洋大糦热液区深海沉积物的温度梯度数据,验证了系统的高分辨力测温性能,同时也发现,本次作业站位的深海区近似一个恒温场,沉积物的温度波动范围可能小于0.001℃.
【总页数】6页(P23-28) 【作 者】王向鑫;丁忠军;杨磊;赵晟娅 【作者单位】国家深海基地管理中心,山东青岛266237;国家深海基地管理中心,山东青岛266237;青岛海洋科学与技术国家实验室,山东青岛266237;国家深海基地管理中心,山东青岛266237;国家深海基地管理中心,山东青岛266237
【正文语种】中 文 【中图分类】P716 【相关文献】 1.多通道深海沉积物原位温度梯度探针设计 [J], 徐志豪;陈益民;徐鸣亚;莫抒志;梁康康 2.高分辨力PCB裸板图像轮廓快速圆弧探测 [J], 胡涛;任仙怡;蔡铁;张基宏 3.用于深海温度梯度探测的高分辨力测温系统 [J], 王向鑫;丁忠军;杨磊;赵晟娅;;;;; 4.硫酸根拉曼频移用于深海热液温度探测的方法探讨 [J], 席世川;张鑫;杜增丰;栾振东;李连福;王冰;梁政委;连超;阎军 5.用于深海探测的6000m光缆拖体进行海试 [J],
基于物联网的海洋环境监测系统设计与实施一、引言海洋，占据了地球表面的约 71%，是地球上最为广阔和神秘的领域之一。
它不仅是生命的摇篮，还对全球气候、生态平衡以及人类的经济和社会发展起着至关重要的作用。
然而，随着人类活动的不断增加，海洋环境面临着越来越多的威胁，如海洋污染、气候变化、生物多样性减少等。
为了更好地保护和管理海洋资源，及时、准确地监测海洋环境的变化显得尤为重要。
传统的海洋环境监测方法往往存在着监测范围有限、数据采集不及时、精度不高等问题，难以满足现代海洋管理和科学研究的需求。
物联网技术的出现为海洋环境监测带来了新的机遇和挑战。
二、物联网技术在海洋环境监测中的应用优势（一）实时监测与远程控制物联网技术能够实现对海洋环境参数的实时监测和数据采集，通过传感器网络将监测数据快速传输到数据中心，使监测人员可以随时随地获取最新的海洋环境信息。
同时，还可以实现对监测设备的远程控制和管理，大大提高了监测工作的效率和灵活性。
（二）多参数监测与融合利用物联网技术，可以同时监测多种海洋环境参数，如温度、盐度、酸碱度、溶解氧、浊度、叶绿素浓度等。
并且，通过数据融合和分析技术，能够将不同参数的监测数据进行综合处理，从而更全面、准确地反映海洋环境的状况。
（三）大规模部署与组网物联网技术支持大规模的传感器节点部署，可以在广阔的海洋区域构建密集的监测网络，实现对海洋环境的全方位覆盖。
此外，通过无线通信技术和自组织网络，传感器节点可以相互协作和通信，确保监测数据的可靠传输。
（四）低功耗与长续航为了适应海洋环境监测的特殊需求，物联网设备通常采用低功耗设计，能够依靠电池或太阳能等能源长期稳定运行，减少了设备维护和更换的成本和频率。
三、基于物联网的海洋环境监测系统的总体架构（一）感知层感知层是整个系统的基础，主要由各种类型的传感器组成，如温度传感器、盐度传感器、压力传感器、化学传感器等。
这些传感器负责采集海洋环境中的物理、化学和生物等参数信息，并将其转换为电信号或数字信号。
第53卷 第8期 2023年8月中国海洋大学学报P E R I O D I C A LO FO C E A N U N I V E R S I T YO FC H I N A53(8):093~103A u g.,2023海表浅层水体温度剖面测量设备研发与实现❋徐学范,张凯临❋❋(中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院,山东青岛266100)摘 要: 海表水体温度是海洋的一个重要特征,为了得到海表浅层水体即海面以下0~10m 深度范围内水体的垂直温度剖面,本文设计了一种基于红外测温原理的接触式测量方式的海表浅层水体温度剖面测量设备㊂该设备使用红外热像仪测量与水体接触的导温片的温度来间接得到海水温度,并通过排布较为密集的导温片得到垂直分辨率较小的水体温度剖面,最小测温点间距可达2c m ㊂设备内部使用了校正黑体进行实时校正,得到较为精确的导温片温度㊂设备在实验室进行了黑体定标实验及实验室水槽模拟实验,测温精度可达ʃ0.1ħ㊂实验结果表明,该设备测量水体温度具有较好精度,且容易部署,可得到测量范围内海水垂直分辨率较小的温度剖面㊂该设备在一定程度上可以提高海水温度剖面垂直分辨率,可以为卫星观测海温的误差修正提供实地测量参考㊂关键词: 海表水体温度剖面;红外热像仪;导温片;实时校正;黑体中图法分类号: T P 216 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2023)08-093-11D O I : 10.16441/j.c n k i .h d x b .20220084引用格式: 徐学范,张凯临.海表浅层水体温度剖面测量设备研发与实现[J ].中国海洋大学学报(自然科学版),2023,53(8):93-103.X uX u e f a n ,Z h a n g K a i l i n .D e v e l o p m e n t a n d r e a l i z a t i o n o f s u r f a c e s h a l l o ww a t e r t e m p e r a t u r e p r o f i l em e a s u r e m e n t e q u i pm e n t [J ].P e r i o d i c a l o fO c e a nU n i v e r s i t y of C h i n a ,2023,53(8):93-103. ❋ 基金项目:国家重点研究发展计划项目(2019Y F C 1408002)资助S u p p o r t e d b y t h eN a t i o n a l K e y R e s e a r c h a n dD e v e l o p m e n t P r o gr a mo f C h i n a (2019Y F C 1408002)收稿日期:2022-02-11;修订日期:2022-04-16作者简介:徐学范(1997 ),男,硕士生㊂E -m a i l :x u x u e f a n x x f @163.c o m❋❋ 通讯作者:E -m a i l :z h a n gk l @o u c .e d u .c n 海表温度(S e a s u r f a c e t e m pe r a t u r e ,S S T )是影响海洋的重要因素之一,它可以反映全球海洋特征及其变化趋势[1],并随着全球气候的变化,对于海洋水体温度研究的重要性也逐渐增强[2]㊂图1为海表浅层水体温度的垂直结构[3],海表浅层水体一般定义为海面以下10m 深度范围内的水体㊂图1中(a)为夜晚或者强风情况下水体温度,(b )为日间或弱风情况下水体温度,其垂直结构可分为海气交界面温度(S S T i n t )㊁海表面温度(S S T s k i n )㊁近海表面温度(S S T s u b -s k i n )㊁某深度海水温度(S S T d e pt h )㊂海表面温度较多使用卫星观测或辐射计测量等非接触方式获取[4],而水体温度主要使用接触式测量的方式获取,并可以为卫星观测数据提供误差校正参考[5]㊂海表温度的测量对于研究海洋有着重要意义,其中针对海表浅层水体温度的研究具有理论意义和实践价值[6],国内外均对海表浅层水体温度测量设备做出了较多研究和设计㊂挪威安德拉(A A N D E R A A )海洋卫士R C M 海流计是在海洋卫士平台上开发并应用多普勒海流传感器的海流计,可以测量海水温度㊁压力㊁电导率等海洋基本参数[7],其测量时间常数较长,进行短周期高密度的快速测量较为困难㊂中国科学院声学研究所研制出新型海水温度测量传感器链,用来测量浅海中水层薄㊁温度变化剧烈的不同深度的温度动态变化㊂测温误差0.2ħ,每个温度传感器间隔0.4m ,温度链长12.8m [8],但其每个温度传感器的间隔相对较大,无法得到一个垂直分辨率更小的水体温度剖面㊂中国科学院声学研究所东海研究站设计了海洋垂直温度剖面实时监测系统,可接32个温度传感器和一个深度传感器,测温范围为0~40ħ,测温精度为ʃ0.05ħ,垂直测量范围为5~30m ,可长时间记录数据[9],但其垂直分辨率最小为0.4m ,得到的水体温度剖面的垂直分辨率较大㊂海鸟公司的S B E 911P l u s C T D 剖面仪可根据不同的测量要求搭载其他传感器进行测量,测温范围为-5~35ħ,测温精度可达到ʃ0.001K ,响应速度较快,为65m s [10]㊂中国科学院海洋研究所使用的由意大利I d r o n a u t 公司生产的304P l u s 型C T D 剖面仪,其测温范围-5~35ħ,温度分辨率为0.0001ħ,测温精度为ʃ0.002ħ[11],其测量精度高于大多水体剖面测温仪器,测量较为准确㊂为了能够测量得到垂直分辨率较高㊁测温精度较好的海水剖面温度,最小垂直分辨率可达到10c m 以Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2022年下,测温精度达到满足卫星测量海表皮温对比㊁校准测温仪器的要求,保证在15~20a 内的温度误差小于0.3ħ的标准[12],测温深度为0~10m ,并可进行实时观测㊂本文设计并实现了一种基于红外测温原理的接触式测量的海洋水体测量设备,设计如图2㊂设备部件包括外壳㊁配重㊁通信缆㊁导温片㊁红外热像仪㊁控制模块㊁上位机及内部实时校正黑体,A 为导温片排布图㊂本设计通过安插在外壳上的导温片接触水体传导水温,设备内部的红外热像仪获取导温片温度和实时校正黑体温度,再通过对导温片温度的实时校正,得到较为准确的导温片温度,从而得到测量水体温度㊂整体设备尺寸长ˑ宽ˑ高为65c mˑ45c mˑ40c m ,可根据需要测量的水体深度更改配重,测温范围0~40ħ,每个测温点的导温片的垂直间隔最小为2c m ,采样时间间隔为40m s ㊂通过对红外热像仪采集区域的选择,可以同时得到一个指定剖面上若干测量点的温度,在探测海水温度变化微结构等场合是传统C T D ㊁测温链等测量方式所较难实现的㊂图1 海表浅层水体温度剖面示意图[3]F i g .1 S c h e m a t i c d i a g r a mo f s h a l l o ws u r f a c ew a t e r t e m pe r a t u r e p r of i l e [3](1:外壳㊁2:配重㊁3:通信缆㊁4:导温片㊁5:红外热像仪㊁6:控制模块㊁7:上位机,A 导温片排布图见图5㊂1:S h e l l ,2:C o u n t e r w e i g h t ,3:C o m m u n i c a t i o n c a b l e ,4:T e m p e r a t u r e g u i d e s h e e t ,5:I n f r a r e d t h e r -m a l i m a g e r ,6:C o n t r o lm o d u l e ,7:U p p e r c o m p u t e r ,A T e m p e r a t u r e g u i d e p l a t e l a y o u t i s s h o w n i nF i g.5.)图2 设备初步样机设计图F i g .2 P r e l i m i n a r y e q u i p m e n t p r o t o t y p e d e s i g n d r a w i n g1 设备设计本文介绍的海表浅层水体温度剖面测量设备,通过外壳上的导温片传导海水水体温度至设备内部,利用设备内部的红外热像仪获取导温片温度和内部校正黑体温度,对导温片温度进行实时校正,最终通过导温片温度得到测量水体温度㊂本文介绍的红外热像仪测量导温片温度,运用了黑体辐射测量原理,对水体温度进行遥测,由普朗克方程可知:M b λT ()=2πh c 2λ5㊃1e x p h c /λk T-1=C 1λ-5e x p C 2/λT -1[]-1㊂(1)式中:M b λ为黑体的光谱辐射功率密度;T 为物体的表面温度;λ为辐射波长;c =3ˑ108m /s,为真空中的光速;k =1.38054ˑ10-23,单位:J /K ,为玻尔兹曼常数;49Copyright ©博看网. All Rights Reserved.8期徐学范,等:海表浅层水体温度剖面测量设备研发与实现h =6.6256,单位:J㊃s ,为普朗克常数;在简化过后的公式中C 1为第一普朗克常数;C 2为第二普朗克常数;C 1和C 2的值可以通过计算得到[13],在这里不进行推导㊂通过把不同的温度和波长带入公式(1)可以得出,当黑体的温度越高,黑体的红外辐射越强,红外热像仪则基于此原理测量温度㊂红外热像仪中的红外探测器将导温片发出的红外辐射转化为电信号,红外热像仪其他的采集和处理电路将电信号转化为灰度值㊁温度值等信息输出[14]㊂设备总体结构模块图见图3㊂在设备内部使用校正黑体对测量温度进行实时校正,与部分辐射计测量校正方法类似[15],但获取温度的方法有所创新,本设计使用导温片获取水体温度,对导温片温度进行实时校正间接得到待测水体温度㊂图3 总体结构模块图F i g .3 O v e r a l l s t r u c t u r em o d u l e d i a gr a m 1.1红外热像仪及实时校正黑体红外热像仪使用艾睿科技公司生产的A T 61F 在线式定焦红外热成像测温仪作为主要测温仪器(见图4),测温仪外观及参数见表1㊂图4 艾睿科技公司A T 61F 在线式定焦红外热成像测温仪F i g.4 A T 61Fo n l i n e f i x e d f o c u s i n f r a r e d t h e r m a l i m a g i n gt h e r m o m e t e r 由参数表可知红外热像仪的工作范围为-10~+50ħ,测温范围为-20~+550ħ,帧率为30H z,等效噪声温度是0.05K ,经过滑动平均等处理,精度可进一步提高,具体测温精度将经过黑体定标实验进行确定㊂设备内部实时校正黑体使用无氧铜材质的内部凸起圆锥体设计,腔体内壁涂有高发射率黑体漆[16],外部有隔热材料制成的保温层,可降低环境对黑体温度的影响,本设计方法已在其他设备中得到验证[17]㊂两个校正黑体保持温差为6.5~7.5ħ,并使用F L U K E 1524测温仪记录温度,测温仪使用精密热敏电阻精度可达0.006ħ,可准确的得到校正黑体温度㊂表1 红外热像仪参数T a b l e 1 I n f r a r e d t h e r m a l i m a ge r p a r a m e t e r s 类别C a t e g o r y参数P a r a m e t e r探测器类型D e t e c t o r t y p e 氧化钒非制冷红外焦平面探测器分辨率R e s o l u t i o n 640ˑ512/P x 像元间距C e l l s p a c i n g 12μm 波长W a v e l e n g t h 8~14μm 噪声等效误差N E T Dɤ50m K ,25ħ,F =1.0(ɤ40m K )帧频F r a m e r a t e 30H z测温范围T e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t r a n g e -20~+550ħ温度分辨率T e m p e r a t u r e r e s o l u t i o n ʃ2ħ或读数的ʃ2%工作温度O p e r a t i n g t e m pe r a t u r e -10~+50ħ1.2 外壳及导温片设备初步样机采用亚克力材料制作外壳,亚克力材料耐腐蚀㊁易加工,具有较好的化学稳定性,表2可知其导温系数为0.14~0.2,对水体温度影响较小㊂在59Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2022年亚克力外壳上开设导温片安装孔,安装孔按照图5阶梯状进行排列,可使在有限面积内有较多的导温片接触水体,得到较密集的海水温度数据,也可根据实际测量情况的需要重新设计导温片的排列方式及间距,实现不同需求的水体温度测量㊂图5 导温片排列方式F i g .5 A r r a n g e m e n t o f t e m pe r a t u r e g u i d e p l a t e s 采用纯铜作为导温片材料,纯铜导温系数较高且容易获取及加工㊂纯铜导温片的导热系数为401,而亚克力外壳的导热系数为0.14~0.2,外壳与导温片的热交换作用较小㊂对导温片上红外热像仪测温的部分采用V 型槽的设计(见图6),V 型槽的设计可以产生一定的空腔效应[18],同时V 型槽涂覆高发射率黑体漆增加导温片发射率,能够使红外热像仪得到更为准确的导温片温度㊂图6 V 型槽型导温片F i g .6 T w o k i n d s o f t e m pe r a t u r e g u i d e p l a t e s 1.3控制模块设计红外热像仪测量的温度数据使用配套机芯输出组件进行输出,其输出精度仅能达到0.1ħ,为了提高输出精度,本文作者自主开发了一套通讯接口㊁数据处理电路以及控制组件㊂通讯接口采用14b i t 高速并行接口,并使用F P G A s pa r t a n -6X C 6S L X 16芯片和S T M 32E 104Z E T 6芯片对数据进行处理和控制㊂将红外热像仪机芯的数据输出接口接出至F P G A 控制板,通过S T M 32F 103Z E T 6芯片控制F P G A 芯片,使用若干累加器对数据进行累加,可对红外热像仪整体探测区域中的部分区域像素进行自动累加并输出㊂由于此块F P G A 芯片处理数据速度快,可以减少红外热像仪数据损失及帧率损失㊂表2 常见材料导温系数表[19]T a b l e 2 T e m p e r a t u r e c o n d u c t i v i t y co e f f i c i e n t t a b l e o f c o m m o nm a t e r i a l s [19]材料名称M a t e r i a l n a m e 导热系数T h e r m a l c o n d u c t i v i t y/(W ㊃(m K )-1)水W a t e r 0.5~0.7亚克力P MM A0.14~0.2纯铜P u r e c o p p e r 401纯铝P u r e a l u m i n u m 237纯铁P u r e i r o n 80不锈钢S t a i n l e s s s t e e l17玻璃G r a s s0.5~1.02 实验设计对整体设备设计了黑体标定实验以确定红外热像仪的具体精度,设计静置水体实验㊁循环水体实验确定导温片可能存在的测温误差,并模拟海水测量环境验证误差㊂2.1黑体定标实验使用加拿大L RT E C H 公司生产的高温度分辨率黑体A S S I S T Ⅱ标准黑体,此黑体可通过配套控制器实现黑体温度的加热和稳定,通过自带软件接收并记录黑体温度(见图7)㊂表3是A S S I S T Ⅱ标准黑体参数表㊂表3 A S S I S T Ⅱ标准黑体参数表T a b l e 3 A S S I S T Ⅱs t a n d a r d b l a c k b o d y pa r a m e t e r t ab l e 类别C a t e g o r y参数P a r a m e t e r 发射率E m i s s i v i t y>0.9998温度范围T e m p e r a t u r e r a n ge 环境温度至65ħ温度稳定性T e m p e r a t u r e s t a b i l i t y 0.03ħ(120s )温度分辨率T e m pe r a t u r e r e s o l u t i o n 0.001ħ温度稳定度T e m p e r a t u r e s t a b i l i t y ʃ0.005ħ孔径直径A p e r t u r e d i a m e t e r 2.75i n c h输入电压I n p u t v o l t a g e 110/230V50H z 或60H z 电功率E l e c t r i c p o w e r30W69Copyright ©博看网. All Rights Reserved.8期徐学范,等:海表浅层水体温度剖面测量设备研发与实现图7 实验室黑体定标实验F i g .7 L a b o r a t o r y b l a c k b o d y c a l i b r a t i o n e x pe r i m e n t 具体定标过程如下:(1)将标准黑体放置于红外热像仪视场中,设置标准黑体温度,加热高温校正黑体并由F L U K E 1524记录两个校正黑体温度㊂(2)待标准黑体达到设定温度并稳定且两个校正黑体温度差稳定后,将红外热像仪中心光路与标准黑体腔中心对准,调整红外热像仪焦距,使标准黑体和两个校正黑体可较为清晰的成像㊂(3)设定红外热像仪需要获取温度的区域,如图8所示,获取视场图像左部常温校正黑体中心区域温度㊁右部高温校正黑体中心区域温度和中部标准黑体中心区域温度㊂(4)对红外热像仪获取的灰度值数据和F L U K E 1524记录的校正黑体温度数据进行计算,得到校正后红外热像仪测得标准黑体温度折线图㊂图8 红外热像仪视场图像F i g .8 F i e l d i m a g e o f i n f r a r e d t h e r m a l i m a ge r F L U K E 5124记录校正黑体温度数据速率为5H z,每组数据间隔200m s ,红外热像仪获取温度数据为25H z ,每组数据间隔40m s ,对F L U K E 1524记录的温度与红外热像仪获取的温度进行时间上的匹配,即在相同时间段内,对红外热像仪数据每5组进行平均,平均后的值与F L U K E 1524数据相对应并参与计算,可以较为完整的利用红外热像仪数据,使测量结果更准确㊂具体计算方法如下:将常温㊁高温校正黑体的红外热像仪测量温度数据I T C T _L 与I T C T _H 分别与F L U K E 1524记录温度数据F L U K E T _L 和F L U K E T _H 相对应记为一组,则每一组两个校正黑体的红外热像仪温度值与F L U K E 1524温度值可计算出黑体定标系数k ,定标过程使用一次线性曲线[20],定标系数k 即为曲线斜率,可通过下面的公式求得每一组曲线斜率k _B B 和截距b _B B :k _B B =F L U K E T _H -F L U K E T _L ()/I T C T _H -I T C T _L (),(2)b _B B =F L U K E T _H -k _B B ˑI T C T _H ㊂(3)令标准黑体温度计算值为B B _S T A _T e m p ,红外热像仪测量标准黑体区域得到的温度值为B B _I T C _T e m p ,则可由下列公式计算红外热像仪测得标准黑体温度:B B _S T A _T e m p =k _B B ˑB B _I T C _T e m p +b _B B ㊂(4)对计算得到的温度值B B _S T A _T e m p 与标准黑体实际温度记录值相比较并进行分析㊂根据上述定标过程及计算方法进行了20次黑体定标实验,每次实验红外热像仪获取温度数据不低于20000个㊂2.2 水槽实验在静置水槽与循环水槽实验中,由于恒温水槽大小限制,需要制作适合水槽大小的模拟外壳进行实验室水槽实验㊂模拟外壳使用亚克力材料制作,在模拟外壳的一侧留出安装孔安插导温片,导温片采用前文提及的V 型槽导温片设计,模拟外壳如下图9所示㊂导温片安插在外壳上,且使较多部分露出外壳,外壳内部的V 型槽部分涂覆有高发射率的黑体漆,减少导温片对于周围环境的红外辐射反射,增加测量温度的准确性,所有导温片均采用相同规格并均匀涂覆黑体漆㊂2.2.1 静置水体实验 进行实验室静置水体实验确定导温片传导水体温度的误差㊂如图10所示,将设备固定于水槽上方,模拟外壳浸入水体且与水面夹角为45ʎ,红外热像仪对准模拟外壳使测水导温片均在红外热像仪视场中,并同时使用F L U K E 1524测温仪记录水槽中水体温度㊂实验中关闭水槽水体加热㊁制冷㊁循79Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2022年环功能,进行了20次室温高于水温㊁室温低于水温实验,每次实验红外热像仪获取温度数据不低于4000个㊂图9 模拟外壳F i g.9 S i m u l a t i o n o f t h e s h e ll 图10 水槽实验图F i g .10 F l u m e d i a gr a m 2.2.2循环水体实验 循环水体实验中将测温模块和模拟外壳放置于与静置水体相同的状态下(见图10),将设备固定于水槽上方,模拟外壳浸入水体且与水面夹角为45ʎ,不同的是,打开实验水槽的水体加热㊁制冷㊁循环功能,进行了16次室温高于水温㊁室温低于水温的实验,每次实验红外热像仪获取温度数据不低于3500个,模拟海水在流动混合时的设备测温情况,观察水体温度,并对误差校正进行验证㊂3 结果分析3.1黑体定标实验结果分析进行了15次黑体定标实验,每次实验获取温度数据20000个以上,以下为一次黑体定标实验结果及分析:实验中F L U K E 1524记录的两个校正黑体温度峰值差在0.1ħ,其中常温㊁高温校正黑体的平均温度分别为26.05和33.19ħ,其温度差平均值为7.138ħ,室内的环境温度为26.05ħ,此时设置标准黑体温度为29ħ并稳定在(29ʃ0.005)ħ㊂图11为红外热像仪视场中各黑体的温度,可以看出未经校准的红外热像仪测得的两个高低温校正黑体及标准黑体的温度浮动范围均接近ʃ1ħ,红外热像仪直接测量精度较低㊂图11 红外热像仪视场中各黑体温度F i g .11 B l a c k b o d y t e m pe r a t u r e i n i nf r a r e d t h e r m a l i m a ge rf i e l d o f v i ew 图12 校正前与校正后测得标准黑体温度F i g .12 S t a n d a r d b l a c k b o d y t e m pe r a t u r ew a s m e a s u r e d b ef o r e a n d a f t e r c o r r e c t i o n 89Copyright ©博看网. All Rights Reserved.8期徐学范,等:海表浅层水体温度剖面测量设备研发与实现图12为红外热像仪测得标准黑体温度在校正前与校正后的比较,经过实时定标后的温度峰值差基本保持在0.1ħ,相比校正前有较大提升㊂校正后平均温度为29.146ħ,测量结果稍高于标准黑体,与标准黑体温度很接近,平均误差为+0.146ħ,为测量设备黑体标定时的系统误差,最终数据结果需要减去这个偏差㊂此次测量数据平均偏差为0.014ħ,标准差为0.019ħ㊂20次黑体标定实验得到设备总体平均误差为+0.139ħ,红外热像仪实际测量值需减去平均误差,控制温度波动可以达到ʃ0.05ħ,优于实时校正前的ʃ1ħ㊂通过黑体定标实验结果可以看出红外热像仪实时校准测量有较高的精度,可以准确的得到待测物的温度㊂3.2静置水体实验结果分析本文共进行了20次静置水体实验,每组实验获取温度数据不低于4000组,以下为4次静置水体实验结果及误差分析:图13为其中四次实验室水槽静置水体实验,P 1㊁P 2㊁P 3㊁P 4㊁P 5㊁P 6分别为接触水的第一㊁二㊁三㊁四㊁五㊁六片导温片,外壳上每片导温片距离为20m m ,则两片导温片在水体中的垂直距离为14.1m m ㊂四组实验水体均出现了从上到下的温度分层现象,当水温低于室温时,上部水体温度高于下部水体且水体温度逐渐升高,当水温高于室温时,上部水体温度低于下部水体且水体温度逐渐降低,由于水气温差导致了水体温度分层现象的产生,16次实验均出现此现象㊂从四次实验的导温片㊁F L U K E 及空气温度对比图看出,当水温低于室温时,导温片温度高于F L U K E 测量水体温度㊂当水温高于室温时,导温片温度低于F L U K E 测量水体温度,这可能是由于在安插导温片时导温片无法完全接触水体,较小一部分导温片暴露于空气中,受到空气影响导致产生温度误差㊂根据傅里叶导热定律可知,金属内部导热的表达式如下:q =-λgr a d T ㊂(5)式中: q为热流密度,单位为W /m 2;λ为导热系数,单位为W /(m ㊃K );gr a d T 为温度梯度[21]㊂纯铜在0~100ħ范围内导温系数由401变化至393,变化较小,在常温条件下基本不变㊂由式(4)可看出,单位面积的热流密度与温度梯度成正比关系,由此可得出导温片上的水气温度梯度与导温片的测量温度成正比关系㊂为确定水汽温差与与测量误差之间的正比关系,将以99Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2022年图13 水槽静置水体实验F i g .13 F l u m e s t a t i cw a t e r e x pe r i m e n t 上实验中水汽温差x ㊁导温片与F L U K E 温差y 相对应,建立一次线性曲线关系㊂通过16次实验,最终得出关系式:y =0.145x -0.1501,求得结果即为水汽温差对于温度误差的影响,导温片测得水体温度需要减去此误差才能得到实际水体温度㊂接下来通过循环水体对误差关系式及导温片测量水体温度分层情况进行验证㊂3.3 循环水体实验结果分析本文进行了16次循环水体实验,每组实验获取数据不低于3500组,以下为两次循环水体实验结果及分析:图14为2次实验室水槽循环水体实验,实验1平均水温20.12ħ,低于平均室温22.604ħ;实验2平均水温25.872ħ,高于平均室温23.97ħ㊂图14(a )实验1水温低于室温时,水体上部温度高于下部温度;图14(b)实验2水温高于室温时,上部水体温度低于下部水体温度,两次实验水体温度均出现分层现象但分层不明显,此现象产生的原因是由于水槽的水体循环功能的目的是为了使水槽中水体温度上下均匀,所以导致了水体温度分层不明显现象的产生㊂图14(c )与14(d )为两次实验导温片㊁F L U K E 及空气温度对比,可以看出当水温低于室温时导温片温度高于F L U K E 测量水体温度,当水温高于室温时,导温片温度低于F L U K E 测量水体温度㊂为了验证误差,对两次试验中的每一组数据使用误差关系式进行校正㊂从图15可以看出,校正前导温片与F L U K E 温度差值较大,两次实验最大稳定误差在ʃ0.4ħ以内,分别对两次实验的每组温度数据进行校正后,两次实验最大稳定误差缩小到ʃ0.1ħ左右,误差校正效果较为明显,设备测量精度得到有效提高㊂需要指出的是,由于实验室模拟海水测量情况较为平缓,测量过程较为稳定,所以目前本设备适合测量当变化不剧烈㊁情况不复杂㊁较为稳定的水体环境㊂001Copyright ©博看网. All Rights Reserved.8期徐学范,等:海表浅层水体温度剖面测量设备研发与实现图14 水槽循环水体实验F i g .14 T e m p e r a t u r e f l u c t u a t i o n o f f l u m e c i r c u l a t i n g w a t e r t e m pe r a t u r e g u i d e p l a te 图15 校正前后导温片与F L U K E 温度差曲线图F i g .15 T e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e c u r v e s b e t w e e n t e m pe r a t u r e g u i d e s h e e t a n dF L U K Eb ef o r e a n d a f t e r c o r r e c t i o n 101Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中国海洋大学学报2022年4结语本文设计并实现了一种海表浅层水体温度剖面测量设备,此设备为基于红外热像仪原理的接触式测量方式,使用红外热像仪测量与水体相接触的导温片的温度,并通过设备内部校正黑体对导温片温度进行实时校正,来反映水体温度㊂从黑体定标实验及实验室水槽实验中得出,设备测温精度可达ʃ0.1ħ,设备黑体定标及部署较为简便,可测量0~10m深度水体温度,测量点较密集,可得到垂直分辨率最小为2c m的待测水体温度垂直剖面图,可以同时得到一个指定剖面上若干测量点的温度,此设备可以运用于海水㊁湖泊等水体的温度测量以及探测海水温度变化微结构等方面,在一定程度上可以提高海水温度剖面垂直分辨率,可以为卫星观测海温的偏差修正提供实地测量参考㊂后续研究会在数据存储㊁导温片数量及排列方式上进行改进与完善,扩大设备测量水体范围,增强设备测量能力㊂参考文献:[1]张龙,叶松,周树道,等.海水温盐深剖面测量技术综述[J].海洋通报,2017(5):481-489.Z h a n g L,Y e S,Z h o uSD,e t a l.Ar e v i e wo f s e a w a t e r t e m p e r a-t u r e,s a l i n i t y a n dd e p t h p r o f i l em e a s u r e m e n t t e c h n o l o g y[J].M a-r i n e S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,2017(5):481-489.[2] G o n g W,M o w l e m M,K r a f tM,e t a l.O c e a n o g r a p h i cS e n s o r f o rI n-S i t u T e m p e r a t u r ea n d C o n d u c t i v i t y M o n i t o r i n g[C].[s.1.]:O c e a n s2008-M a r i n eT e c h n o l o g y S o c i e t y/I n s t i t u t e o f E l e c t r i c a l a n dE l e c t r o n i c s E n g i n e e r sK o b eT e c h n o-O c e a n,2008.[3] D o n l o n,M i n n e t tPJ,G e n t e m a n nCL,e t a l.T o w a r d i m p r o v e dv a l i d a t i o no f s a t e l l i t es e as u r f a c es k i nt e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t sf o r c l i m a t e r e s e a r c h[J].J o u r n a l o f C l i m a t e,2002,14(4):353-369.[4] H u r r e l l JW,T r e n b e r t hKE.G l o b a l s e a s u r f a c e t e m p e r a t u r e a n a-l y s e s:M u l t i p l e p r o b l e m s a n dt h e i r i m p l i c a t i o n s f o r c l i m a t ea n a l y-s i s,m o d e l i n g,a n d r e a n a l y s i s[J].B u l l e t i n o f t h eA m e r i c a nM e t e o r o-l o g i c a l S o c i e t y,1999,80(12):2661-2678.[5]P a r k e rDE,F o l l a n dCK,J a c k s o nM.M a r i n e s u r f a c e t e m p e r a t u r eo b s e r v e dv a r i a t i o n sa n dd a t ar e q u i r e m e n t s[J].C l i m a t i cC h a n g e, 1995,31:559-600.[6]F a nH,P e n g A,Q iM.R e s e a r c h o nE x p e n d a b l e S e a w a t e r C o n d u c-t i v i t y M e a s u r e m e n t S y s t e m[C].[s.1.]:I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c e o nS i g n a l P r o c e s s i n g S y s t e m s,2010(1):115-118.[7]张兆英.海水电导率㊁温度和深度测量技术探讨[J].仪器仪表学报,2003(S2):38-41.Z h a n g ZY.W a t e r c o n d u c t i v i t y,t e m p e r a t u r e a n d d e p t hm e a s u r i n g t e c h n o l o g y s t u d y[J].J o u r n a lo fI n s t r u m e n t sa n d M e t e r s,2003(S2):38-41.[8]张云鹏,王淑印,蒋德军,等.海水温度测量传感器链[J].应用声学.1996(2):7-11.Z h a n g YP,W a n g SY,J i a n g D J,e t a l.S e n s o r c h a i n o f s e aw a t e r t e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t[J].A p p l i e dA c o u s t i c s,1996(2):7-11.[9]钱炳兴,李正坤,侯温良.海洋垂直温度剖面实时监测系统[J].声学技术,1999(2):11-12.Q i a nBX,L i ZK,H o uW L.R e a l-t i m em o n i t o r i n g s y s t e mo f o c e a n v e r t i c a l t e m p e r a t u r e p r o f i l e[J].A c o u s t i c T e c h n o l o g y,1999(2):11-12.[10]杨少磊,谢玲玲,杨庆轩.S B E911p l u s C T D剖面仪的现场校正与数据处理[J].海洋技术,2008(3):23-26+30.Y a n g SL,X i e LL,Y a n g QX.F i e l d c a l i b r a t i o n a n d d a t a p r o c e s s-i n g o f S B E911p l u s C T D p r o f i l e r[J].O c e a nT e c h n o l o g y,2008(3):23-26+30.[11]任强,于非,魏传杰,等.温盐深测量仪(C T D)资料质量对比分析[J].海洋科学集刊,2016(1):288-295.R e nQ,Y u F,W e i C J,e t a l.C o m p a r a t i v e a n a l y s i s o f d a t a q u a l i t yo f c o n d u c t i v i t y-t e m p e r a t u r e-d e p t h p r o f i l e r[J].S t u d i aM a r i n a S i n i-c a,2016(1):288-295.[12] O h r i n g G,W i e l i c k i B,S p e n c e r R,e t a l.S a t e l l i t e i n s t r u m e n t c a l l-b r a t i o n f o rm e a s u r i n gg l o b a lc l i m e n t c h a n g e:R e p o r t o f aw o r k-s h o p[J].B u l l e t i n o f t h eA m e r i e a nM e t e o r o l o g i c a l S o c i e t y,2005, 86:1303-1313.[13]曹鼎汉.普朗克辐射定律及其应用[J].红外技术,1993(3):45-48.C a oDH.P l a n c kR a d i a t i o nL a wa n d i t sA p p l i c a t i o n[J].I n f r a r e dT e c h n o l o g y,1993(3):45-48.[14]辛勇明.手持红外热像仪的硬件电路设计[D].成都:电子科技大学,2012.X i n Y M.D e s i g no f H a r d w a r e C i r c u i tf o r H a n d h e l dI n f r a r e dT h e r m a l I m a g e r[D].C h e n g d u:U n i v e r s i t y o fE l e c t r o n i cS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y o f C h i n a,2012.[15] D o n l o n,R o b i n s o n I S,R e y n o l d sM,e t a l.A n i n f r a r e d s e a s u r f a c et e m p e r a t u r ea u t o n o m o u sr a d i o m e t e r(I S A R)f o r d e p l o y m e n ta b o a r d v o l u n t e e r o b s e r v i n g s h i p s(V O S)[J].J o u r n a l o fA t m o s-p h e r i c&O c e a n i cT e c h n o l o g y,2008,25(1):93-113. 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All Rights Reserved.8期徐学范,等:海表浅层水体温度剖面测量设备研发与实现301D e v e l o p m e n t a n dR e a l i z a t i o n o f S u r f a c eS h a l l o w W a t e rT e m p e r a t u r eP r o f i l eM e a s u r e m e n t E q u i p m e n tX uX u e f a n,Z h a n g K a i l i n(C o l l e g e o fM a r i n eT e c h n o l o g y,F a c u l t y o f I n f o r m a t i o nS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,O c e a n U n i v e r s i t y o fC h i n a,Q i n g d a o 266100,C h i n a)A b s t r a c t:S u r f a c ew a t e r t e m p e r a t u r e i s a n i m p o r t a n t f e a t u r e o f t h e o c e a n.I n o r d e r t o o b t a i n t h e v e r t i c a l t e m p e r a t u r e p r o f i l e o f s u r f a c ew a t e r,t h a t i s,0-10md e p t hb e l o wt h e s e a s u r f a c e,t h i s p a p e r d e s i g n e d a s u r f a c e s u r f a c ew a t e r t e m p e r a t u r e p r o f i l em e a s u r e m e n t d e v i c eb a s e do n t h e i n f r a r e d t e m p e r a t u r em e a-s u r e m e n t p r i n c i p l e.T h e s e a w a t e r t e m p e r a t u r ew a s o b t a i n e d i n d i r e c t l y b y m e a s u r i n g t h e t e m p e r a t u r e o f t h e t e m p e r a t u r e g u i d e p l a t e s i n c o n t a c tw i t h t h ew a t e r b y i n f r a r e d t h e r m a l i m a g e r,a n d t h ew a t e r t e m-p e r a t u r e p r o f i l ew i t hl o w v e r t i c a l r e s o l u t i o n w a so b t a i n e db yp l a c i n g m o r ed e n s et e m p e r a t u r e g u i d e p l a t e s,w i t h t h em i n i m u mt e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t p o i n t s p a c i n g u p t o2c m.C o r r e c t i o n b l a c k b o d y i s u s e d i n s i d e t h e e q u i p m e n t f o r r e a l-t i m e c o r r e c t i o n,a n d t h em o r e a c c u r a t e t e m p e r a t u r e o f t h e t e m p e r a-t u r e g u i d e p l a t e i s o b t a i n e d.B l a c k-b o d y c a l i b r a t i o n e x p e r i m e n t a n d l a b o r a t o r y f l u m e s i m u l a t i o n e x p e r i-m e n t h a v e b e e n c a r r i e d o u t i n t h e l a b o r a t o r y,a n d t h e t e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t a c c u r a c y c a n r e a c hʃ0.1ħ.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e d e v i c e h a s a g o o d a c c u r a c y i nm e a s u r i n g w a t e r t e m p e r a-t u r e,a n d i t i s e a s y t od e p l o y,a n d t h e t e m p e r a t u r e p r o f i l ew i t h l o wv e r t i c a l r e s o l u t i o n c a nb e o b t a i n e d w i t h i n t h em e a s u r e m e n t r a n g e.T h e e q u i p m e n t c a n i m p r o v e t h e v e r t i c a l r e s o l u t i o n o f s e aw a t e r t e m p e r a-t u r e p r o f i l e t o a c e r t a i ne x t e n t a n d p r o v i d e r e f e r e n c e f o r f i e l dm e a s u r e m e n t o f S S Te r r o r c o r r e c t i o nb y s a t e l l i t e o b s e r v a t i o n.K e y w o r d s:s u r f a c ew a t e r t e m p e r a t u r e p r o f i l e;i n f r a r e d t h e r m a l i m a g e r;g u i d e t e m p e r a t u r e p l a t e;r e a l-t i m e c o r r e c t i o n;b l a c k b o d y责任编辑庞旻(上接第92页)R e c o n s t r u c t i o n o f A c o u s t i cC u r v eB a s e d o nU-N e t N e u r a l N e t w o r kL i F e n g l i n1,L i uH u a i s h a n1,2,Y a n g X i l e i1,Z h a oM i n g X i n1,Y a n g C h e n1,Z h a n g L u o c h e n g1(1.C o l l e g e o fM a r i n eG e o s c i e n c e s,O c e a nU n i v e r s i t y o f C h i n a,Q i n g d a o266100,C h i n a;2.T h eK e y L a b o r a t o r y o f S u b m a-r i n eG e o s c i e n c e s a n dP r o s p e c t i n g T e c h n i q u e s,Q i n g d a o266100,C h i n a)A b s t r a c t:L o g g i n g d a t a i s n o t o n l y t h e b a s i s o f i d e n t i f y i n g u n d e r g r o u n d l i t h o l o g i c c h a r a c t e r i s t i c s,b u t a l s o t h e c o r e o fw e l l s e i s m i c j o i n t i n v e r s i o n.D u e t o t h e i n f l u e n c e o f g e o l o g i c a l a n dc o n s t r u c t i o nc o n d i-t i o n s i n p r a c t i c a l w o r k,t h e a c o u s t i c l o g g i n g d a t a i s d i s t o r t e d o rm i s s i n g,w h i c h c a n n o t r e f l e c t t h e c h a n g e l a wo f f o r m a t i o n l i t h o l o g y,a f f e c t i n g t h e d e v e l o p m e n t o f s u b s e q u e n tw o r k.T h i s p a p e r p r e s e n t s a r e c o n-s t r u c t i o nm e t h o d o f a c o u s t i c l o g g i n g c u r v eb a s e do nU-N e t n e u r a l n e t w o r k.T h e d a t a c h a r a c t e r i s t i c s o f l o g g i n g c u r v e s(G R,R H O B)a r e e x t r a c t e d b y t h e e n c o d e r.T h em a p p i n g r e l a t i o n s h i p b e t w e e n d a t a c h a r-a c t e r i s t i c s a n d t h e a c o u s t i c l o g g i n g c u r v e i s e s t a b l i s h e d b y u s i n g t h e d e c o d e r,t h e n,a c c u r a t e r e c o n s t r u c-t i o n o f t h e a c o u s t i c l o g g i n g c u r v e i s r e a l i z e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h i sm e t h o d r e t a i n s t h e l o w-f r e q u e n-c y i n f o r m a t i o n o f t h e o r i g i n a l a c o u s t i c l o g g i n g,t a k e s i n t o a c c o u n t t h eh i g h-f r e q u e n c y c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e i n p u t l o g g i n g c u r v e,a n d r e a l i z e s t h e e f f e c t i v e s u p p r e s s i o n o f t h e n o i s e o f t h e o r i g i n a l a c o u s t i c l o g g i n g m u d s t o n e i n t e r v a l d a t a.I t h a s a c h i e v e d g o o d r e s u l t s i n t h e l o g g i n g d a t a r e c o n s t r u c t i o no f t h e s o u t h e a s t r i mi nB o z h o n g s a g,w h i c h v e r i f i e s t h i sm e t h o d s h i g h a c c u r a c y a n d p r a c t i c a b i l i t y.K e y w o r d s:a c o u s t i c l o g g i n g c u r v e;c u r v e r e c o n s t r u c t i o n;U-N e t n e t w o r k;d e e p l e a r n i n g;C o n v o l u t i o n n e u r a l n e t w o r k(C N N)责任编辑徐环Copyright©博看网. 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基于AD7791的海水温度和深度测量系统的设计党武松;范寒柏;胡杨【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2013(32)20【摘要】针对海洋环境恶劣、测量仪器投放和回收困难等问题，描述了一个大容量、高精度和低功耗的测量温度和深度的设计方案及其工作原理。
该系统以 AVR 单片机 ATmega64为控制芯片，运用比值法计算得到温度及其压力的 AD 值，再经过一系列计算得到所需的温度和深度。
%As the marine environment is bad and the launch and recovery of the measuring instrument are difficult , the system describes a large capacity , high precision and low power design scheme and principle of work for measuring temperature and depth . The system uses AVR microcontroller ATmega64 as the control chip . The system calculates the AD value of temperature and pres-sure by the ratio method in order to obtain temperature and pressure needed after a series of calculations .【总页数】4页(P25-28)【作者】党武松;范寒柏;胡杨【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定 071003;华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定 071003;华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TP342.3【相关文献】1.基于空泡压力的水下航行体深度测量系统设计 [J], 解春雷;祝树生;詹景坤;王小辉;仇公望2.基于改进LEACH算法的路面积水深度测量系统的设计与实现 [J], 孙婧3.基于STM32的井下电视深度测量系统设计 [J], 严正国;罗青平;张娇;常瑞文4.基于数字滤波的液面深度测量系统设计 [J], 黎爱琼; 李雪; 王川5.基于光电编码器的钻孔深度测量系统设计 [J], 王博因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
智能海洋观测系统的设计与实现海洋是人类生存和发展的重要资源，也是地球上最复杂和最神秘的环境之一。
随着人类经济社会的不断发展，海洋资源的开发和保护越来越成为各国政府和社会各界的关注焦点。
而作为认识和保护海洋的重要手段之一，海洋观测系统的建立和完善也越来越受到重视。
智能海洋观测系统作为一种全新的观测方式，不仅可以提高海洋观测的精度和效率，还能够为海洋资源的开发和保护提供更加可靠和有效的技术支持。
本文将介绍智能海洋观测系统的设计原理和实现方法。
一、智能海洋观测系统的设计原理智能海洋观测系统是基于物联网、大数据和人工智能等先进技术实现的。
其基本原理是通过传感器和观测设备对海洋环境进行数据采集和信息处理，从而达到环境监测、资源调查、灾害预警和海洋科学研究等目的。
智能海洋观测系统的设计原理主要分为以下几个方面：1. 多源数据融合。
智能海洋观测系统采用多种不同类型的传感器和观测设备进行数据采集，包括海洋气象、海水质量、海洋生态和海洋地质等多个方面。
这些数据来源之间存在复杂的耦合关系，需要通过数据融合技术进行整合。
2. 物联网技术应用。
智能海洋观测系统采用物联网技术，将各类传感器和观测设备连接到一个网络中，实现数据的实时采集、传输和汇总。
同时，还可以远程监测和控制传感器和观测设备的状态。
3. 大数据技术支持。
智能海洋观测系统采集的数据量非常大，需要通过大数据技术进行存储、管理和分析。
同时，通过数据挖掘等技术，可以从海洋数据中发现隐藏的规律和价值。
4. 人工智能应用。
智能海洋观测系统采用人工智能技术，对采集的数据进行实时分析和处理。
通过机器学习和深度学习等技术，可以从数据中提取有用的信息和知识，为海洋观测和利用提供更加可靠和智能的技术支持。
二、智能海洋观测系统的实现方法智能海洋观测系统的实现主要包括以下几个方面：1. 系统硬件平台设计。
智能海洋观测系统需要采用各种传感器和观测设备进行数据采集，同时还需要搭建一个数据中心进行数据传输、存储和分析。
海洋智能传感器的设计与应用在广袤无垠的海洋世界中，获取准确、实时且可靠的信息对于海洋科学研究、资源开发、环境保护以及军事等众多领域都具有至关重要的意义。
而海洋智能传感器作为获取海洋信息的关键工具，其设计与应用正逐渐成为海洋技术领域的研究热点。
海洋环境极为复杂和恶劣，这对传感器的设计提出了严峻的挑战。
首先，海水的腐蚀性强，要求传感器具备出色的耐腐蚀性材料和防护涂层。
其次，海洋中的压力巨大，特别是在深海区域，传感器必须能够承受高压而不损坏。
此外，海洋中的温度、盐度等参数变化范围广，传感器需要在各种极端条件下保持稳定的性能。
在设计海洋智能传感器时，需要充分考虑其测量的参数和精度。
常见的测量参数包括温度、盐度、深度、流速、流向、溶解氧、叶绿素浓度等。
对于不同的参数，所采用的测量原理和技术也各不相同。
例如，测量温度可以使用热敏电阻或热电偶；测量盐度则通常基于电导率的原理。
为了提高测量精度，传感器需要进行精心的校准和误差补偿。
除了硬件设计，软件算法在海洋智能传感器中也起着关键作用。
先进的算法可以有效地处理和分析传感器采集到的数据，提取出有用的信息。
例如，通过滤波算法可以去除噪声干扰，通过数据融合算法可以将多个传感器的数据进行整合，从而获得更全面和准确的海洋状态信息。
在海洋智能传感器的应用方面，其范围非常广泛。
在海洋科学研究中，传感器可以帮助科学家了解海洋的物理、化学和生物过程。
例如，通过安装在浮标或潜标上的传感器，可以长期监测海洋中的温度、盐度等参数的变化，为研究气候变化、海洋环流等提供重要的数据支持。
在海洋资源开发领域，海洋智能传感器也发挥着重要作用。
石油和天然气的勘探开采需要对海底地质结构、储层参数等进行精确测量，传感器可以提供关键的信息。
同时，在海洋可再生能源的开发中，如海上风电、潮汐能等，传感器可以监测海洋环境条件，为能源设备的运行和维护提供保障。
在海洋环境保护方面，传感器可以实时监测海洋中的污染物浓度、生态系统的健康状况等。
海洋水体污染监测系统设计与性能评估海洋水体污染是当今世界面临的重要环境问题之一，而监测海洋水体污染的系统设计与性能评估对于环境保护和防治污染具有重要意义。
本文将介绍海洋水体污染监测系统的设计原则和性能评估方法，以帮助人们更好地了解和应对海洋水体污染。
首先，海洋水体污染监测系统的设计应遵循以下原则：1. 多参数监测：海洋水体污染受多种因素影响，包括废水排放、陆地农业和工业活动等。
设计一个能够同时监测多个参数（如重金属、有机物、浊度等）的系统，可以全面了解海洋水体的污染状况。
2. 实时监测：海洋水体污染的状况时刻在变化，因此，监测系统应具备实时采集数据和传输数据的能力，以及快速反馈污染信息。
这样可以及时采取应对措施，减少污染对海洋生态的影响。
3. 高精度测量：海洋水体污染的监测需要有精确可靠的测量数据作为依据。
因此，监测系统的测量设备应具备高精度、高灵敏度和良好的重复性，确保数据的准确性和可信度。
4. 规模适宜：海洋水体广阔且复杂，监测系统的布局和覆盖区域应根据实际需求进行合理规划。
可以采用分布式布点和多层次监测的方式，将监测点分布在不同水平上，以实现全面的监测信息。
其次，评估海洋水体污染监测系统性能时，应考虑以下几个方面：1. 准确性评估：对于监测系统采集到的数据，需要进行准确性评估。
可以通过与标准参考值比对，进行误差分析和数据修正，评估监测数据的可靠程度。
2. 稳定性评估：监测系统应具备稳定可靠的性能，可以长期运行并保持较为一致的性能特征。
可以通过长时间运行和比对校准数据等方式，评估系统的稳定性。
3. 灵敏度评估：监测系统对于不同污染成分的监测灵敏度是评估其性能的重要指标之一。
可以通过设置不同浓度的标准物质进行测试，分析监测系统对不同物质的灵敏度和检测限。
4. 数据处理评估：监测系统采集到的数据需要进行有效处理和分析，以提取有用信息。
评估数据处理模块的功能和准确性，包括数据滤波、异常检测、时空分析等。
海底沉积物地温梯度测量系统设计彭登;徐行;罗贤虎【摘要】随着石油和天然气水合物调查工作的深入开展,为了对海底勘探区地温场的结构、状态需要有更细致的了解,设计一种高分辨、高精度的海底沉积物地温梯度测量系统.以高精度NTC型热敏电阻为传感器,选用16位高性能、多通道、低能耗的MSP430F123芯片作为主处理器,通过直流不平衡电桥的测量方式间接测量热敏电阻的阻值,在硬件方面和软件方面都采用滤波技术,克服电压源的干扰、仪器温漂和时漂带来的偏差,采用STEINHART& HART方程来进行R-T转换,经过零点漂移和温度漂移的修正,进而得到更精确的海底沉积物地温梯度曲线.系统测试结果表明,测量系统的分辨率可达1 mK,精度可达±3 mK(0～25℃),该系统具有可靠性高、功耗小、体积小、操作方便等特点,具有很高的实用价值.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)006【总页数】3页(P1-3)【关键词】海底热流;地温梯度;LabVIEW;漂移修正;一元线性回归【作者】彭登;徐行;罗贤虎【作者单位】广州海洋地质调查局广东广州510760;广州海洋地质调查局广东广州510760;广州海洋地质调查局广东广州510760【正文语种】中文【中图分类】TN98地热学作为地球物理学科的一个重要分支，是一门基础性和应用性都很强的学科，而大地热流测量是为了了解地球热状态最基础的数据，因此也是地热学研究中关键的环节之一。
海底热流主要数据来源于钻孔测温数据（包括石油和大洋钻探钻孔）和海底热流探针测量。
近几十年的研究表明，海底热流和海底浅层钻孔温度数据对地球动力学、油气、水合物资源预测评价、海底浅层水热活动、古环境气候等方面研究都是非常重要的基础数据[1]。
随着石油和天然气水合物调查的开展，目前出现利用天然气水合物勘探中揭示的似海底反射面（BSR）来推导海底热流。
但是，天然气水合物的稳定带受海底温度、沉积层地温梯度、压力、沉积物气体成分和流体盐度等影响，因此，BSR热流数据存在不确定性。
基于物联网的智能化海洋环境监测系统设计与实现随着人类对自然资源的不断开发，海洋环境污染逐渐变得严重，各种废弃物进入海洋，引发不可预测的环境风险。
因此，建设智能化海洋环境监测系统，可以有效保护海洋环境，为海洋资源的可持续利用提供基础数据和信息支持。
一、智能化海洋环境监测系统的设计需求1. 系统的监控项目需涵盖全海域的主要环境参数，如水温、PH值、溶解氧浓度、化学需氧量、总硬度等，方便进行海洋环境状况的判断、评估及预测。
2. 系统需要具备远程控制、监测和管理功能，实现对海洋环境监控点的远程监测和管理，以及海洋环境的实时监测、预警、数据传输和存储等功能。
3. 系统需要具备高可靠性、安全性、可扩展性和易维护性的特点，以此保证系统的持续稳定运行，满足不同海洋环境的监测需求，同时可以针对特定区域的环境监测需求进行拓展。
二、智能化海洋环境监测系统的实现1. 硬件方案根据设计需求，系统采用物联网技术，将每个监测点设置为独立的传感器节点，通过传感器采集各种海洋环境参数，并通过无线网络传输数据。
传感器节点需要采用低功耗的嵌入式芯片，以保证其长时间稳定的运行。
同时，系统需要配合高精度的气象测量装置和噪声检测仪等设备，以收集更全面、准确的海洋环境数据。
2. 软件方案系统采用PCB嵌入式技术，通过网关设备将各个节点数据汇集到中央控制台，并采用云计算技术，将数据压缩、编码和存储，并生成相关的分析报告和历史数据记录。
系统软件需要设计一个友好、易用的交互界面，实现实时监测、分析、管理和控制等功能。
同时，系统应具备良好的扩展性和可定制性，方便系统后期的升级和拓展。
三、智能化海洋环境监测系统的应用价值与前景建设智能化海洋环境监测系统，将大大提升环境监测的智能化、精准化和高效性，可以使海洋环境监测和保护工作更加紧密有序。
同时，可以提高对于海洋环境污染的预警和处置能力，减少环境事故的发生，维护海洋生态系统的持续稳定性。
未来，智能化海洋环境监测系统将逐步得到广泛应用。
舰艇舱室温湿度监测系统设计1. 绪论1.1 研究背景和意义1.2 目的和任务1.3 国内外研究现状2. 舰艇舱室温湿度监测系统设计2.1 系统架构和功能模块2.2 系统硬件设计2.3 系统软件设计2.4 传感器选型和布置2.5 信号采集和处理3. 系统测试与验证3.1 测试方案设计3.2 测试数据分析3.3 系统性能评估3.4 系统优化和改进4. 结果与分析4.1 系统运行稳定性分析4.2 温湿度数据分析4.3 数据可视化展示4.4 实用性分析5. 结论5.1 系统设计与实现总结5.2 系统优点和不足5.3 后续工作展望1. 绪论1.1 研究背景和意义随着技术的不断发展，电子设备在舰艇的应用越来越广泛，舰艇内部环境的温湿度对于电子设备的运行稳定性和寿命有着至关重要的影响。
过高或过低的温湿度会导致电子设备失效，给舰艇的作战能力和战斗力带来很大的影响。
因此，设计一套可靠的舰艇舱室温湿度监测系统具有十分重要的现实意义。
1.2 目的和任务本文主要研究目的是设计一套可靠且实用的舰艇舱室温湿度监测系统，实时监测舱室内部温湿度情况，并及时预警、提示相应的人员进行调整。
同时，本文将分析该系统的可靠性和实用性，评估其在实际舰艇使用中的效果。
1.3 国内外研究现状目前舰艇舱室温湿度监测系统相关研究已经十分成熟，国内外研究机构和企业都在积极研发该领域的相关产品。
国外相关企业如美国Honeywell、德国Endress+Hauser、荷兰Sensirion等，均开发了具备较高可靠性和很好的稳定性的舰艇舱室温湿度监测系统。
这些系统以其高精度、高可靠性和智能化的特点，在海军军事装备领域得到了广泛的应用和推广。
国内相关研究机构和企业也在积极开展该领域的研究和开发，如中国电子科技集团、华为、海康威视等知名企业，都在研发基于传感器、物联网等技术的舰艇舱室温湿度监测系统产品。
本文将结合国内外相关研究现状，设计一套具有高精度、高可靠性和智能化等特点的舰艇舱室温湿度监测系统，为国内相关装备的发展提供技术支持。
海洋内波现场测量系统设计与实现海洋内波是一种在海洋中产生的波浪现象，它具有非常重要的科研和海洋工程应用价值。
为了更好地研究和利用海洋内波，需要开发一些现场测量系统。
本文将探讨海洋内波现场测量系统的设计与实现。
一、系统设计1.系统框架在设计海洋内波现场测量系统时，首先需要确定其系统框架。
本系统主要由控制模块、取样模块和传输模块三部分组成，其中控制模块用于控制整个系统的运行，取样模块用于采集海水数据，传输模块用于将采集到的数据传输回岸边。
2.硬件设备在硬件设备的选择上，主要需要考虑两个方面：采样精度和适应性。
在采样精度方面，需要选用高精度的传感器来保证数据的准确性；在适应性方面，需要选用大气压力、水深等环境因素变化不会影响数据采集的设备。
3.软件设计软件设计是海洋内波现场测量系统中非常重要的环节。
在软件设计方面，需要考虑数据处理和可视化展示。
将采集到的数据进行处理后，再通过可视化界面进行展示，帮助用户更好地理解数据。
二、系统实现1.硬件选择在硬件选择方面，本系统采用了多种传感器，如温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
通过这些传感器的采集，可以得到海水数据等。
2.软件实现在软件实现方面，本系统采用了Python作为主要的编程语言。
通过Python，我们可以进行数据的采集、处理、存储和可视化等操作。
为了让数据得到更好的可视化展示，本系统还使用了Matplotlib等相关库进行数据的绘制。
三、总结海洋内波现场测量系统的设计与实现需要多方面的考虑。
除了硬件设备和软件技术外，还需要考虑到实际环境和数据处理的特点。
通过本文的介绍，相信大家对于海洋内波现场测量系统的设计与实现有了更深入的了解。
数据分析是一种通过收集、整理、解释和汇总数据来确定问题答案或做出推断的过程。
在实际应用中，数据分析可以对经济、社会和自然等领域中的问题进行定量分析和判断。
在下面的分析中，本文将运用数据分析来处理一个实际问题：某公司销售数据分析。
