海洋水质监测与预报系统研究

论文摘要

海洋水质监测与预报技术是海洋科学的重要组成部分,在开发海洋资源、预警海洋水质灾害、保护海洋水质环境等方面都有着重大意义。本文结合国内外海洋水质监测与预报技术研究的现状,分析了目前海洋水质监测领域的不足之处,针对海洋水质污染灾害预警的需求及海洋水质环境参数实时监测的需要,将已有的成熟技术和新的理论进行有机的结合,设计了能够自动实现实时监测海洋水质环境参数,传输、存储、处理和分析数据,制作数据产品等功能的智能化海洋水质监测与预报系统。具体研究工作分为以下几个方面:首先,介绍了海洋水质监测与预报系统的研究意义,并分别概述了海洋水质监测网络研究现状、水环境质量综合评价研究进展和水质模型研究状况。其次,针对系统的功能需求,进行了系统架构设计。将系统划分为数据监测子系统和中心站子系统。简要介绍了各子系统的功能模块和软硬件总体解决方案。再次,基于主成分分析原理,提出了基于主成分分析的海洋水质综合评价方法。应用该方法对2004年香港南部海域的水质进行分析,得出海洋水质分类和主要污染源,证明了海洋水质综合评价方法的可行性。接下来,引入了NPZD水质模型,根据参数特性将模型分三种情况进行仿真,验证模型的正确性。接着给出基于模型对海洋水质进行预报的步骤,提高了海洋水质预报的可操作性。最后,实现了海洋水质监测与预报系统的软件。依照系统总体架构设计,完成了数据监测子系统软件的各项功能要求,并在中心站子系统软件中嵌入了海洋水质评价方法和海洋水质预报方法,保证了海洋水质分析结果可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 海洋水质监测网络研究现状
• 1.3 水环境质量综合评价研究进展
• 1.3.1 水质评价方法概述
• 1.3.2 多元统计分析在环境领域的应用
• 1.4 水质模型研究状况
• 1.4.1 水质模型研究进展概述
• 1.4.2 水质模型的应用
• 1.5 海洋水质监测与预报系统待解决的问题
• 1.6 主要内容和论文结构
• 第2章 海洋水质监测与预报系统的总体架构及软硬件设计
• 2.1 系统总体架构
• 2.2 各子系统功能介绍
• 2.2.1 数据监测子系统
• 2.2.2 中心站子系统
• 2.3 海洋水质监测与预报系统设备软硬件解决方案
• 2.3.1 监测设备硬件的选取
• 2.3.2 监测设备通信方式的选择
• 2.3.3 全球定位技术
• 2.3.4 监测设备软件环境
• 2.4 本章小结
• 第3章 海水水质综合评价方法研究
• 3.1 主成分分析原理
• 3.1.1 主成分分析思路
• 3.1.2 主成分分析最佳简化原则与计算过程
• 3.2 基于主成分分析的海洋水质综合评价方法
• 3.2.1 综合评价方法计算过程
• 3.3 海洋水质综合评价实例
• 3.3.1 主成分求解
• 3.3.2 主成分解释
• 3.3.3 海洋水质分类
• 3.3.4 污染源判定
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于NPZD模型的海洋水质预报
• 4.1 海水分层规律
• 4.2 生物化学动态特性建模
• 4.2.1 建立模型方程
• 4.2.2 参数解析
• 4.3 模型仿真
• 4.3.1 常参数模型
• 4.3.2 浮游植物沉降率时变模型
• 4.3.3 浮游植物增长率与浮游动物摄食率时变模型
• 4.4 海洋水质预报
• 4.4.1 海洋水质预报步骤
• 4.4.2 海洋水质预报应用实例
• 4.5 本章小结
• 第5章 海洋水质监测与预报系统的软件实现
• 5.1 数据监测子系统软件框架
• 5.2 数据监测子系统应用程序的主窗口界面及操作流程
• 5.2.1 数据监测子系统的操作流程
• 5.2.2 数据监测子系统的状态界面
• 5.2.3 数据监测子系统的系统设置界面
• 5.2.4 数据监测子系统的传感器设置界面
• 5.2.5 数据监测子系统的串口设置界面
• 5.3 中心站子系统软件框架
• 5.4 中心站子系统应用程序的操作流程及主要模块实现
• 5.4.1 中心站子系统的操作流程
• 5.4.2 通信模块
• 5.4.3 数据管理模块
• 5.4.4 系统管理模块
• 5.4.5 水质分析模块
• 5.4.6 模型预测模块
• 5.4.7 数据产品显示模块
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢