天津大神堂海洋特别保护区监视监控系统建设*

乔延龙，陈亮，殷小亚

(1.天津市海洋咨询评估中心 天津 300457； 2.天津大学环境科学与工程学院 天津 300072；3.天津渤海水产研究所 天津 300457)



天津大神堂海洋特别保护区监视监控系统建设*

乔延龙1，2，陈亮1，殷小亚3

(1.天津市海洋咨询评估中心 天津 300457； 2.天津大学环境科学与工程学院 天津 300072；3.天津渤海水产研究所 天津 300457)

文章介绍了天津大神堂实施离岸监视监控的可行性和重要性，提出了离岸海洋环境下，海洋监视监控平台前端数据采集、无线数据传输、后端数据接收和处理等技术要求及设计原则，并对监视监控系统建设技术要点进行了分析，以期为我国海洋观测和监测台站建设提供参考。

监视监控系统；监视监控平台；无线数据传输；海洋观测

由于地壳运动和独特海洋生态环境，天津大神堂成为我国北方纬度最高的现代活体牡蛎礁聚集海域，区域内的长牡蛎、毛蚶、褶牡蛎、脉红螺等海洋生物资源丰富。为了进一步保护贝类生物资源，国家海洋局批准建立天津大神堂牡蛎礁国家级海洋特别保护区，天津市设立贝类增养殖区，在最近发布的“天津市海洋生态红线区报告”中，“天津大神堂牡蛎礁国家级海洋特别保护区”是天津市划定的5个海洋生态红线区之一。

在渤海经济圈和京津冀一体化提升到国家经济发展战略总体布局的背景下，经国务院批准，天津确定为全国第五个海洋经济发展试点区，天津滨海新区作为全国经济发展的重点地区，海洋经济得到快速发展。在科学开发海洋资源的前提下，为了加强海洋生态环境保护，实现海洋经济开发和生态环境保护协调发展，保护大神堂浅海活体牡蛎礁，加强海洋特别保护区的生物资源和生态环境监管，同时兼顾天津和渤海湾北部海域溢油、赤潮、环境监测、海洋灾害预警与防范、海域动态管理、海洋综合管理、海洋公众服务等海洋观测和监测的业务化应用需求，借鉴先进通信技术和成熟的监视监控平台构建经验，应用高清化、智能化和网络化技术成果，本文提出了基于离岸平台的天津大神堂海洋监视监控系统，利用海洋监视监控平台进行视频、环境等数据统一监控，并提供业务化接口，具备开放性和扩增能力，便于开展分步骤的后续海洋监视监控系统建设。

1 监视监控系统的总体分析

根据天津市海洋观测网络布局，规划在滨海新区塘沽、汉沽、大港分别建设3个岸基海洋监测站，在天津北部大神堂国家级海洋特别保护区和南部海域建设两座海洋监视监控平台，形成“三近、两远”的近岸近海海洋观测体系，开展天津全海域的海洋要素观测和海洋环境监测。

大神堂海洋监视监控系统由离岸海上监视监测平台、无线传输和岸基监控中心3部分组成，该系统定位为海洋智慧监视监测系统，是一套集视频监控、环境监测、海域监管、灾害预警、指挥调度为一体的智能信息系统。前端监视监控平台能够为岸基监控中心提供准确、及时的数据信息，对海洋特别保护区进行实时视频图像、生态环境、防灾减灾监视监控，并对监控数据资料进行存储、调用、处理，通过开放式的系统平台，实现与多部门及其他应用单位的互联互通，构建以大神堂海洋监视监控系统为核心的天津海洋大数据信息中心。

2 建设原则

(1)规范性:在系统的设计过程中，严格执行相关标准与规范，遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计。运用模块化结构，符合国家标准和行业规范，保证系统性能和技术要求稳定可靠。

(2)先进性:结合数字海洋、智慧海洋的发展需要，采用先进的监控技术、监测技术、传输技术和存储技术，提升系统的技术寿命，强化系统升级的可延续性，保障系统安全运行并具发展潜力。

(3)操作性:充分考虑与其他系统的连接，实现清晰、简洁、友好，操控简便、灵活的人-机对话界面，系统采用全中文、图形化软件，便于实现整个监控系统管理与维护。

(4)安全性:为了保证海洋数据信息安全，系统的数据库构建分层次和级别、保证数据库在各种级别保密程度上的查询访问，具备数据备份和系统恢复功能，防止数据信息被任意查询和破坏。

3 监视监控系统的架构

3.1 系统组成

在中央分成海域使用金支出项目“天津大神堂前海活牡蛎礁独特生态系统保护与修复项目”的支持下，天津市海洋咨询评估中心负责天津大神堂海洋监视监控系统建设工作。天津大神堂海洋监视监控系统共包括三大子系统：数据采集子系统、信息传输子系统、中心控制子系统。

3.2 功能模块设计

3.2.1 监视监控平台

大神堂海洋监视监控平台距岸线约5 km，水深约4 m，平台建设休息间和设备间组成的环境监测室。其中，休息间用于临时应急、连续试验等情况下派驻人员值守；设备间设置温盐井、验潮井和监测预留井，可实时获取温度、盐度、重金属、溶解氧、营养盐、潮位等监测指标的连续数据。在环境监测室房顶搭载重型云台的数字监控摄像机，对半径约3 km的范围进行视频实时动态监控。在平台高桩墩台和环境监测室屋顶分别布设风力发电设备和太阳能电池板，保持稳定的电力输出。同时在平台安装防雷接地系统和安全警示灯，提升监视监控平台的安全等级。

3.2.2 无线数据传输系统

数据传输系统是指前端采集的数据经编译处理后，以数字信号方式通过载体(如光纤、网线、无线等)传送到数据监控中心。结合天津大神堂前海活牡蛎礁独特生态系统保护与修复项目要求和国内外先进网络技术，大神堂监视监控平台使用IP无线网桥方式进行组网，可实现平台在离岸可视环境下的长时间无人值守运转，保证平台前端视频监控业务、双向控制信号、远程语音报警业务、防盗报警等高效运行。

3.2.3 岸基监控中心

岸基监控中心是整个系统的管理单位，包括数据机房、中控室、会商室3个区域，各区域按照功能布设不同的设备。在渤海海洋监测监视基地业务楼搭建无线传输接收终端，将数据信息传输至数据机房，对数据进行处理和保存，同时在中控室设置多个PC终端，用于获取存储的数据，并对数据进行加工，制作成不同的数字产品，通过会商室的大屏幕进行实时监控和数字产品发布。同时安装交换机和网络防火墙设备，保证对内的安全访问和对外网络的安全连接，通过网络实现与上、下级单位联网的智能监视监控管理系统。

4 监视监控系统技术特点

4.1 无线数据传输

由于平台选址区域海洋环境条件复杂，距离岸线约5 km，采用传统有线网络或者光纤传输数据损耗大、成本高。为实现前端采集数据至监控中心机房的高效链路传输，平台采用5.8G无线数字微波系统，即基于IP网络的数字化传输网络模式，利用点对点的组网方式架构IP数据通路，提供稳定、高带宽的IP数据网络，不仅能够传送多路全数字高清(1 080P)视频图像、双向控制信号、语音信号，而且还能够为气象学、水文学、水质学等多种数据业务提供稳定和充裕的数据传输通道，构成监视监测的无线专用网络。

随着数据传输的安全问题日益突出，加强来源认证、保密通信和授权访问等数据安全服务显得尤为重要。在现有微波作为传输数据文件主链路的基础上，该系统兼容北斗卫星、移动3G/4G网络等多种辅助信道，将来可开展主辅混合组网模式，配备“双信道”，通过设置通信的优先级别，根据不同需求，实现不同无线传输信道的自动转换。

4.2 能源供给方式

大神堂海洋监视监控平台属于无人值守海洋观测平台，搭载视频采集、无线传输、环境监测、气象监测、警示灯及其他先进设备仪器，将产生较大的电力能源消耗。此外，平台建设周边海域海洋工程开发活动频繁，综合安全、节能、维护等方面考虑，平台选用风光互补的电力能源供给模式，在平台高桩墩台安装风力发电机和环境监测室屋顶布设先进环保的太阳能电池板，并配置多组胶体蓄电池，即便是在雨、雪等恶劣天气条件下，也能为平台搭载的设备仪器提供稳定的电力能源供应。

4.3 钢桩保护措施

国内外的研究结果表明，在海洋环境中，钢结构的局部腐蚀速度远大于平均腐蚀速度，这种局部腐蚀会造成钢结构物的腐蚀穿孔或应力集中，成为钢结构物的安全隐患。大神堂海洋监视监控平台的钢管桩贯穿水位变动区、海水全浸区和海泥区3个区域，钢管桩将受到氯化物、硫化物、各种阴阳离子及海洋微生物的腐蚀，平台结构将不可避免地受到一定程度的腐蚀。为降低平台钢管桩的腐蚀速率，依据国内外相关标准，结合平台钢管桩环氧重型防腐工艺，对平台钢管桩采取“钢管桩牺牲阳极阴极保护”防腐蚀措施，增加海洋监视监控平台使用年限，为大神堂海洋监视监控平台提供稳定、有效的保护。

4.4 警示和报警系统

大神堂海洋监视监控平台位于渤海湾的湾顶，天津中心渔港航道东北侧，西北方向为北疆电厂，并且周边海域是重要渔业生产区域，为了防止过往船只碰撞，在钢桩、墩台和环境监测室墙面喷涂交通荧光标示，并在监测室屋顶拐角处架设安全警示灯。为了提高安全防盗，在环境监测室的屋顶安装一台红外高速球机，利用红外线报警技术，实现对全平台预警报警全覆盖。若发现有人入侵及其他意外情况，可自动发出报警信息，通过岸基指挥中心实时与球机实现语音对讲的功能，及时采取相应的干预措施。

4.5 预留扩展模块

根据“天津大神堂前海活牡蛎礁独特生态系统保护与修复项目”要求，大神堂海洋监视监控平台主要功能是监视项目示范区周边的渔业生产情况，加强项目示范区管理，维护项目示范区的生态修复效果。由于平台受外界干扰少，可以更为准确地反映自然海域的环境状况变化，为了发挥平台最大作用，在满足监视功能的基础上，设置了常规环境监测的温盐井、潮汐监测的验潮井及开展其他监测项目的预留井。同时，平台可以搭载气象观测设备，开展大气二氧化碳通量、湿度、风速、降雨量等气象因素观测，还可以在平台周围进行一些有离岸要求的科研试验，打造高校和科研院所的“海上实验室”。

5 应用前景

天津地处渤海湾的湾顶，冬季存在结冰现象，为了降低养护成本，结合“天津大神堂前海活牡蛎礁独特生态系统保护与修复项目”要求，将大神堂海洋监视监控系统建设的平台由最初确定的浮标改为桩基水泥墩台。大神堂海洋监视监控平台建成后，将成为全国首个基于离岸的海洋监视监控专用平台，对于天津大神堂牡蛎礁海洋特别保护区监管和保护工作意义重大。同时，也是天津市和渤海湾北部海域海洋观测网和海域使用动态监视监测管理系统的重要组成部分。

大神堂海洋监视监控系统的平台设计综合相关部门的需求，搭载设备仪器采用国内外先进成熟的产品，系统集成融合了视频图像高清技术、风光供电互补技术、无线网络技术、GIS地理信息系统技术、自动报警技术等，在发挥监视监控功能时，还可以兼顾海洋环境监测和观测，对赤潮、漏油等突发事件进行及时观测预警。此外，根据天津市海洋功能区划将中心渔港和滨海旅游区功能区定位为休闲旅游，利用监视监控系统制作数字产品，通过政府官网、微博、微信等媒介实时发布“舒适度指数”，包括水温、气温、湿度、风速、风向等信息，促进周边旅游业快速发展。随着天津市海洋事业快速发展，大神堂海洋监视监控平台将打造成为集监视监测、科研、应急、旅游服务等多项功能于一体的多功能平台，为区域提供更多、更好的涉海服务。

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中央分成海域使用金支出项目“天津大神堂前海活牡蛎礁独特生态系统保护与修复项目”；广东省渔业生态环境重点实验室开放基金资助项目(GDKFL2012-10)；国家海洋局海洋公益性行业科研专项经费项目(201505027，201505018).

P74;TP277

A

1005-9857(2015)09-0081-04