基于物联网定位技术的海洋监测系统研究-机械工程专业论文.docx

上海海洋大学硕士学位论文 上海海洋大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 上海海洋大学 硕士学位论文 答辩委员会成员名单 姓名 工作单位 职称 备注 吴燕翔 上海海洋大学 教授 薛士龙 上海海事大学 教授 周悦 上海海洋大学 教授 霍海波 上海海洋大学 副教授 刘雨青 上海海洋大学 副教授 答辩地点 工程学院 306 答辩日期 2015.6.9 基于物联网定位技术的海洋监测系统研究 摘 要 我国是个海洋大国，对海上安全的保护意识日益增强。对海洋环境的保护、维 护海洋领土的完整，是我国发展军事强国的重要部分之一。近年来，由于我国与 周边国家海上关系的紧张态势，海上环境监测也日益受到国家的重视，海上监测 系统可以在第一时间发现领国军事入侵并且做出警告，维护我国领海安全。 无线传感器网络由于其节点成本小、易于布置、覆盖率高、无线通讯方便快捷 等特点受到研究人员的广泛关注，是“物联网”技术中的研究热点。随着“物联 网”技术的热议，无线传感器网络也从最早的军事领域越来越多地运用到了民用 领域中。 由于海上环境恶劣、监测数据突发性强等因素，给临海现场监测带来诸多不便。 将无线远程通讯技术引入海洋监测中，可以使监测人员通过计算机观测到现场实 时画面，并进行远程控制，达到与现场一样的监测效果。 在海洋安全监测中，发现入侵目标时获取入侵物的图像信息，对于海上安全调 查和入侵目标跟踪至关重要，先进的图像处理及图像分析识别技术可以通过上位 机在后台完成对入侵物的预警及跟踪定位，第一时间作出处理，确保海上环境安 全。 根据中国海洋监测所遇到的困难，本文结合物联网技术，设计了海洋环境远程 监测系统。该系统通过 GPRS 网络远程连接现场监测终端，上位机给现场终端发 送指令，实现监测系统的远程控制。论文主要有以下几点研究成果： 1. 确定了系统的总体结构，并结合监测数据的特点，选择 GPRS 作为无线通 信方式；串口摄像头与远程数据传输终端为系统下位机；计算机作为系统上位机； 通过水下自主机器人模拟入侵目标物体。 2. 实现了远程监测终端硬件的集成与调试。串口摄像头通过 RS232 与远程无 线数据传输模块进行连接，实现现场图像信息采集功能；无线数据传输模块通过 GPRS 网络与 PC 服务器建立通信，实现图像数据的远程传输。 3. 设计了监测终端定位优化算法。本文将传感器网络节点自定位的思想设计 引入到监测终端坐标获取，基于传统质心算法，设计了双误差修正优化算法—— I ICHDE 算法，并通过 Mat lab 程序，对算法定位结果及定位误差进行了模拟仿真， 仿真结果表明通过误差的修正，该优化算法针对质心算法定位误差大的缺点有了 明显改进。 4. 设计了上位机实时画面显示软件。包括系统安全性及界面设计、基于 UDP 网络协议的无线数据传输、串口摄像头的远程控制、图像的还原、实时显示及存 储等功能。通过软件的实时监测测试验证了系统监测稳定可靠，可以满足系统功 能要求。 该系统的开发及研究，有效解决了海洋环境监测距离远、监测环境恶劣、监测 人力资源成本高等外界因素的限制，实现了对远程海洋环境画面的数据采集及图 像实时画面显示。同时，管理人员可以通过 VPN 访问中心服务器，随时随地监测 现场海洋监控系统的监测状态，使海洋监测方便快捷。并且，该系统具有结构简 单、成本低，硬件模块集成化设计、替换方便，远程上位机软件界面简洁明了、 易于操作等优点。最后，通过现场系统的调试及运行，验证了系统具有良好的稳 定性及使用价值。 关键词：海洋环境监测，物联网，节点定位，图像处理 II Marine Environment Monitoring System Design Based On IOT Location Technology ABSTRACT China is a country of vast sea resources. The awareness of marine safety awareness is growing. The protection of Marine environment and maintenance of Marine territorial integrity are one of the important part of Chinas development of military power. In recent years, due to the tense maritime relations with its neighboring countries, the sea environmental monitoring is increasingly brought to the attention of the