基于浮标与无人机监控的海上溢油监管系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于浮标与无人机监控的海上溢油监管系统。该系统通过4G数据传输技术实时接入浮标的采集数据、无人机Pos数据和无人机航拍视频三部分数据，引入物联网技术将三部分数据实时发布到云平台，并能从云平台订阅数据传输到Web服务器，实现与客户应用端的数据交互，还采用了数据库存储技术实现对空间信息和属性信息的存储、统计、分析等。因此，根据需求该系统的发明专利技术设计应包括系统数据库的设计与搭建、Web服务器与云平台的搭建、数据传输模块的设计和客户应用端的设计与搭建。

Offshore oil spill monitoring system based on buoy and UAV monitoring

【技术实现步骤摘要】
基于浮标与无人机监控的海上溢油监管系统
本专利技术涉及一种基于浮标与无人机监控的海上溢油监管系统，涉及IOT平台
、视频直播服务
、ArcGIS
、数据库存储
、4G数据传输
以及服务器搭建等相关领域。
技术介绍
近年来，海上溢油事故不断增加，石油污染越来越严重，已经成为破坏环境和海洋生态平衡的罪魁祸首。因此世界各国在海上溢油监测技术的研究上投入了大量的人力财力物力。目前海上溢油的跟踪监测手段主要有卫星遥感、航空遥感、船舶遥感、固定点和海洋浮标跟踪等，单一的监测方法各有各的特点，卫星遥感技术观测周期长，空间分辨率低；航空遥感监测对天气和环境的要求比较高；船舶遥感监测需要海事人员一直参与，深海区域对人员有安全威胁；固定点监测范围太小；浮标监测无法直观的显示溢油区域的情况。随着计算机技术、网络技术以及传感器技术的发展，我国海上溢油监测技术的研究与应用取得了巨大的进步，已经逐步建立起海上监测台站、浮标、调查船、卫星烟感及航空遥感等组成的海洋环境立体监测网络，但是尚未形成一个布局合理、监测手段先进的完整网络，部分监测站的部分监测任务仍采用人工读数、模拟曲线人工判读，使监测数据因人而异，客观性差，读数及操作很不方便，尤其是晚上或恶劣天气给监测任务带来很大的困难，沿用的大部分监测技术，采集数据缓慢，监测方法落后，数据时效性差，连续性差。因此，要保证数据实时且连续必须有一个卓有成效的通信网络和高效的数据处理系统。综合以上情况分析，设计了采用浮标、无人机和监测站组成的立体监控方法，以ArcGIS电子海图平台与物联网技术为基础的数据实时传输与共享的海上溢油监管系统，不仅可以通过实时接入浮标采集数据和无人机航拍视频实现对溢油区域的立体监控与动态监控，还可以利用数据库存储
实现对数据的分析、处理、统计、查询、存储等功能，还能根据该地区的正常要素指标实现自动报警的功能。该系统是一项对于海上溢油的监管监控的创新性技术，能够解决目前已存在系统的时效性差、连续性差、实时性差、数据无法共享等问题。因此，基于浮标和无人机监控的海上溢油监管系统的研发是一个新颖的、可行的、有价值的项目专利技术。
技术实现思路
本专利技术采用的技术方案为基于浮标与无人机监控的海上溢油监管系统，该系统通过4G数据传输技术实时接入浮标的采集数据、无人机Pos数据和无人机航拍视频三部分数据，引入物联网技术将三部分数据实时发布到云平台，并能从云平台订阅数据传输到Web服务器，实现与客户应用端的数据交互，还采用了数据库存储技术实现对空间信息和属性信息的存储、统计、分析等。因此，根据需求该系统的专利技术设计应包括系统数据库的设计与搭建、Web服务器与云平台的搭建、数据传输模块的设计和客户应用端的设计与搭建。系统数据库的设计与构建：数据库的构建不仅仅是系统开发的基础，也是能否迅速开展海上溢油监测工作的前提。根据实际需求，系统用到了大量的空间数据(监测站分布和行政区划)和非空间数据又称属性数据(采集数据、浮标信息、用户信息等)，所以数据库的设计在逻辑上分为空间数据库和非空间数据库。空间数据库采用的是ArcSDE+SQLServer，主要包括矢量数据及栅格数据，前者包括点、线、面数据，其中点数据基本是监测点、居民点等，线数据大多是道路和水系分布数据，而海域图和行政区划图等则属于面数据。非空间数据库采用的是MySQL，由用户及常规监测数据库组成。用户数据库需要对不同登录人员的不同操作权限需求进行权限分配，可以分为以下四张表：用户信息表(user)、系统角色表(role)、权限表(permission)、用于role跟permission交互的映射表(role_permission)。常规监测数据库中存储了9张表：oil_task具体的监测任务表，station_basic具体的监测站点信息表，district_basic具体的监测区域信息表，buoys_basic具体的浮标基本信息表，buoys_lay_record具体的浮标投放表，buoys_lay_data浮标的具体监测要素表，uav_basic具体的无人机信息表，uav_deploy_record具体的无人机配置表，uav_pos无人机的pos表。Web服务器与云平台的设计与搭建：传统的服务器功能基本都是由Web服务器的完成，无论是多用户登录、多浮标采集、多架无人机飞行都是Web服务器自己承担的，大大加重了服务器的压力，降低了数据传输的实时性，降低了用户对溢油区域远程监控的立体感。而在本次专利技术设计的服务器单元由Web服务器与云平台组成，Web服务器负责接收客户端Web浏览器发出的请求信息并将其转发给云平台，云平台负责三部的监测数据的接入、发布、订阅等，创新了传统服务器的搭建技术，增加了本系统创新点，给与用户良好的体验。数据传输模块的设计：由于监测站发出的浮标采集数据和无人机Pos数据不能通过4G传输技术发布到云平台，而客户应用端仅支持Html、Js、Css语言，云平台仅支持C++、Java语言，客户应用端也无法从云平台订阅数据，因此才设计了本模块，充当数据传输的枢纽，是本系统开发的一个难点。本模块包括三个功能：数据转发、数据接入和数据存储。通过数据转发功能接入监测站通过4G传输技术发出的数据，并将浮标采集数据和无人机Pos数据分别解析出来，每个浮标、每架无人机都需要绑定云平台的一个虚拟设备，再重新组帧将数据发布到云平台。通过数据接入功能从云平台请阅数据，并将数据广播到客户应用端显示。通过数据存储功能将监测数据实时存储到数据库相应的数据表中。客户应用端的设计与搭建：本系统是是一个基于B/S架构的J2EE系统，是用户实现远程监控溢油区域，可视化操作数据库数据的管理平台。该系统包含监测任务管理单元、实时监测管理单元、历史监测管理单元、数据统计与分析单元、用户管理单元等。监测任务管理单元的作用是用户可以根据自己需要创建、删除和查询自己布设浮标的监测任务，从而远程指挥浮标的布设、取回、配置和维修等；实时监测管理单元包含浮标监测区域的地理信息显示、浮标移动轨迹的显示，实时监测数据显示、溢油自动报警等功能，这样用户可以远程查看浮标监测水域的气象、水质和溢油等参数，也可以查看监测水域的实时定位，并且当监测到油膜厚度超标会自动报警，从而提醒用户及时采取有效措施；历史监测管理单元包含浮标历史监测数据的显示，历史监测区域的地理信息显示，历史移动轨迹的显示等功能，这个单元主要是方便用户对过去监测水域情况的查看，可以查看浮标之前的移动轨迹，之前的监测参数；数据统计与分析单元是对监测数据的统计和整理，比如统计某段时间内浮标的投放个数，某个区域的浮标个数，某段时间内油膜厚度的变化等，这些数据最终以饼状图、柱状图、折线图和表格四种方式显示。这样用户可以更直观的查看监测数据；用户管理单元可以实现用户的注册、登录和权限管理等功能，既增强了系统的安全性、又保护了用户的信息。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提高了对海上溢油远程监测管理的效率，直接地反映出溢油漂移扩散变化的全过程，有效地提高了对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于浮标与无人机监控的海上溢油监管系统，其特征在于：该系统通过4G数据传输技术实时接入浮标的采集数据、无人机Pos数据和无人机航拍视频三部分数据，引入物联网技术将三部分数据实时发布到云平台，并能从云平台订阅数据传输到Web服务器，实现与客户应用端的数据交互，还采用了数据库存储技术实现对空间信息和属性信息的存储、统计、分析；/n包括系统数据库的设计与搭建、Web服务器与云平台的搭建、数据传输模块的设计和客户应用端的设计与搭建；/n系统数据库的设计与构建：数据库的设计在逻辑上分为空间数据库和非空间数据库；空间数据库采用的是ArcSDE+SQL Server，包括矢量数据及栅格数据，前者包括点、线、面数据，其中点数据包括监测点、居民点，线数据包括道路和水系分布数据，面数据包括海域图和行政区划图；/n非空间数据库采用的是MySQL，由用户及常规监测数据库组成；用户数据库需要对不同登录人员的不同操作权限需求进行权限分配，分为以下四张表：用户信息表(user)、系统角色表(role)、权限表(permission)、用于role跟permission交互的映射表(role_permission)；/n常规监测数据库中存储了9张表：oil_task具体的监测任务表，station_basic具体的监测站点信息表，district_basic具体的监测区域信息表，buoys_basic具体的浮标基本信息表，buoys_lay_record具体的浮标投放表，buoys_lay_data浮标的具体监测要素表，uav_basic具体的无人机信息表，uav_deploy_record具体的无人机配置表，uav_pos无人机的pos表；/nWeb服务器与云平台的设计与搭建：服务器单元由Web服务器与云平台组成，Web服务器负责接收客户端Web浏览器发出的请求信息并将其转发给云平台，云平台负责三部的监测数据的接入、发布、订阅；/n数据传输模块的设计：本模块包括三个功能：数据转发、数据接入和数据存储；通过数据转发功能接入监测站通过4G传输技术发出的数据，并将浮标采集数据和无人机Pos数据分别解析出来，每个浮标、每架无人机都需要绑定云平台的一个虚拟设备，再重新组帧将数据发布到云平台；通过数据接入功能从云平台请阅数据，并将数据广播到客户应用端显示；通过数据存储功能将监测数据实时存储到数据库相应的数据表中；/n客户应用端的设计与搭建：是一个基于B/S架构的J2EE系统，包含监测任务管理单元、实时监测管理单元、历史监测管理单元、数据统计与分析单元、用户管理单元；/n监测任务管理单元的作用创建、删除和查询自己布设浮标的监测任务，从而远程指挥浮标的布设、取回、配置和维修；实时监测管理单元包含浮标监测区域的地理信息显示、浮标移动轨迹的显示，实时监测数据显示、溢油自动报警，这样用户能远程查看浮标监测水域的气象、水质和溢油，也可以查看监测水域的实时定位，并且当监测到油膜厚度超标会自动报警，从而提醒用户及时采取有效措施；历史监测管理单元包含浮标历史监测数据的显示，历史监测区域的地理信息显示，历史移动轨迹的显示等功能，这个单元是方便用户对过去监测水域情况的查看，能查看浮标之前的移动轨迹，之前的监测参数；数据统计与分析单元是对监测数据的统计和整理。/n...

【技术特征摘要】
1.基于浮标与无人机监控的海上溢油监管系统，其特征在于：该系统通过4G数据传输技术实时接入浮标的采集数据、无人机Pos数据和无人机航拍视频三部分数据，引入物联网技术将三部分数据实时发布到云平台，并能从云平台订阅数据传输到Web服务器，实现与客户应用端的数据交互，还采用了数据库存储技术实现对空间信息和属性信息的存储、统计、分析；
包括系统数据库的设计与搭建、Web服务器与云平台的搭建、数据传输模块的设计和客户应用端的设计与搭建；
系统数据库的设计与构建：数据库的设计在逻辑上分为空间数据库和非空间数据库；空间数据库采用的是ArcSDE+SQLServer，包括矢量数据及栅格数据，前者包括点、线、面数据，其中点数据包括监测点、居民点，线数据包括道路和水系分布数据，面数据包括海域图和行政区划图；
非空间数据库采用的是MySQL，由用户及常规监测数据库组成；用户数据库需要对不同登录人员的不同操作权限需求进行权限分配，分为以下四张表：用户信息表(user)、系统角色表(role)、权限表(permission)、用于role跟permission交互的映射表(role_permission)；
常规监测数据库中存储了9张表：oil_task具体的监测任务表，station_basic具体的监测站点信息表，district_basic具体的监测区域信息表，buoys_basic具体的浮标基本信息表，buoys_lay_record具体的浮标投放表，buoys_lay_data浮标的具体监测要素表，uav_basic具体的无人机信息表，uav_deploy_...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德群，闫佳佳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11