近海生态环境多参数监测与分析研究

论文摘要

近海的生态环境监测和数据分析是我国海洋事业发展的技术支撑,对海洋经济产业的发展和预防海洋生态环境的污染有着极其重要的作用。针对海洋生态环境参数综合、长期、实时监测的需求,本文设计了一套近海生态环境多参数集成监测装置,并提出了采用时间序列分析方法进行数据分析和预测,并将预测结果进行实验验证。主要研究内容如下:1.分析生态环境传感器集成过程中遇到的问题,进而提出一种串口扩展方法,实现融合多个生态环境传感器的目标;研究近海生态环境集成装置定时采集的特点,提出一套电源管理策略,使得装置能更长周期且无故障地工作。2.研究集成的生态环境传感器采集过程中的特点,采用一种软件延时等待的方法,使生态环境传感器在监测过程中相对“隔离”;同时探讨了一种新型的窗口滑动滤波方法对非数字量生态环境参数进行数字滤波。3.讨论了海洋环境中时间序列的特点,分析了季节模型的结构,对季节模型平稳化后的参数估计进行了研究,采用最小二乘估计法对线性模型的参数进行估计,采用矩估计法对非线性模型的参数进行估计。4.对采集到的参数采用季节模型进行拟合,通过数据分析,预测此参数的发展趋势,通过实验验证预测的正确性,探讨如何提高预测精度。本文通过传感器集成技术及运用时间序列方法分析和预测海洋生态环境参数的研究与验证工作,为实现海洋环境事业的发展打下了扎实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内海洋生态环境监测研究现状
• 1.2.2 国内时间序列分析方法研究现状
• 1.2.3 国外海洋生态环境监测研究现状
• 1.2.4 国外时间序列分析方法研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 海洋生态环境参数的时间序列分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 海洋环境中时间序列的特点
• 2.3 季节模型的结构
• 2.4 季节模型的参数估计
• 2.4.1 AR（p）参数的最小二乘估计
• 2.4.2 MA（q）参数的矩估计
• 2.4.3 ARMA（p,q）参数的矩估计
• 2.5 本章小结
• 第3章 海面生态环境集成监测装置硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 海面生态环境集成监测装置总体结构设计
• 3.3 处理器单元模块硬件设计
• 3.4 智能传感器数字量采集模块硬件设计
• 3.5 模拟量采集模块硬件设计
• 3.6 开关量采集模块硬件设计
• 3.7 工作状态监测模块硬件设计
• 3.8 电源管理模块硬件设计
• 3.8.1 节电措施设计
• 3.8.2 可靠性措施设计
• 3.8.3 各模块电源电路设计
• 3.9 通讯模块硬件设计
• 3.10 本章小结
• 第4章 海面生态环境集成监测装置软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 海面生态环境集成监测装置软件总体框架
• 4.3 装置可靠性节能性软件设计
• 4.3.1 装置数据采集可靠性软件设计
• 4.3.2 装置数据集成与传输可靠性软件设计
• 4.3.3 装置节能性软件设计
• 4.4 智能传感器数据采集软件设计
• 4.4.1 智能传感器数据采集初始化软件设计
• 4.4.2 水质仪数据采集软件设计
• 4.4.3 倾角姿态传感器数据采集软件设计
• 4.4.4 风速风向仪数据采集软件设计
• 4.4.5 硝酸盐传感器数据采集软件设计
• 4.5 工作状态数据采集软件设计
• 4.5.1 电源电压数据采集软件设计
• 4.5.2 电源温度和处理器温度数据采集软件设计
• 4.6 模拟量传感器数据采集软件设计
• 4.6.1 温湿度传感器数据采集初始化软件设计
• 4.6.2 温湿度传感器数据采集数字滤波软件设计
• 4.6.3 温湿度传感器数据采集标定软件设计
• 4.7 开关量数据采集软件设计
• 4.8 通讯模块软件设计
• 4.8.1 GPS 软件设计
• 4.8.2 水声通讯机软件设计
• 4.8.3 铱星SBD 透明数传电台软件设计
• 4.9 本章小结
• 第5章 近海生态环境参数的采集与数据分析案例
• 5.1 近海生态环境参数的采集
• 5.2 时间序列分析的实现环境
• 5.3 盐度的数据分析
• 5.3.1 盐度序列的模型拟合
• 5.3.2 盐度序列的模型拟合效果检验
• 5.3.3 盐度序列的预测及预测效果检验
• 5.3.4 拟合的模型和预测结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 符号说明
• 附录A
• 附录B
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果