1. 方案內(nèi)容

本項(xiàng)目計(jì)劃分為兩大部分，“水動(dòng)力預(yù)警預(yù)報(bào)工作"和“近岸視頻監(jiān)視監(jiān)測(cè)工作"兩部分，本項(xiàng)目分三個(gè)子項(xiàng)目：

n 海水動(dòng)力預(yù)警預(yù)報(bào)部分

（1）風(fēng)況預(yù)警預(yù)報(bào)

（2）波浪預(yù)警預(yù)報(bào)

（3）潮位預(yù)警預(yù)報(bào)

n 近岸環(huán)境監(jiān)視監(jiān)測(cè)部分

（1）視頻監(jiān)測(cè)控系統(tǒng)

（2）實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.5 方案制作單位

煙臺(tái)科勘海洋科技有限公司成立于2022年，擁有歐洲自然院士、國(guó)家杰出青年、山東省泰山學(xué)者尤再進(jìn)教授，以及中國(guó)海洋大學(xué)、中山大學(xué)、魯東大學(xué)等國(guó)內(nèi)科研院所科研人員組成的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)。公司心圍繞海洋傳感設(shè)備防護(hù)、近遠(yuǎn)海的多指標(biāo)海洋傳感工程系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等海洋觀測(cè)工程，搭建以市場(chǎng)為導(dǎo)向、以企業(yè)為主體、以科研單位為技術(shù)支撐的產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)，助力地方海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

本方案主要制定人員：

尤再進(jìn) 教授    石洪源 副教授   張守文 博士/研究員   孟凡寧 副教授

甘磊 工程師    張曉磊 工程師   于海燕 助理工程師    甘楚楠 工程師

2. 海水動(dòng)力預(yù)警預(yù)報(bào)部分

2.1. 內(nèi)容

煙臺(tái)近海生態(tài)和海洋氣候環(huán)境數(shù)據(jù)采集：采集/收集煙臺(tái)沿海長(zhǎng)期的、全面的、連續(xù)的海洋環(huán)境和生態(tài)數(shù)據(jù)，確定海洋環(huán)境和生態(tài)主要參數(shù)的時(shí)空分布，研究分析采集的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)和生態(tài)數(shù)據(jù)的相關(guān)性。（見(jiàn)第三部分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）

綜合評(píng)估煙臺(tái)沿海海洋氣候變化及重大海洋災(zāi)害：基于美國(guó)國(guó)家的NCEP-GRF的高精度氣候再分析數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析研究煙臺(tái)沿海海洋環(huán)境變化機(jī)理，定量地研究分析風(fēng)場(chǎng)、氣壓、溫度、降雨量等長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)，分析研究ENSO和近海水溫、降雨量、風(fēng)暴頻率和強(qiáng)度的相關(guān)性。

建立和*海洋環(huán)境數(shù)據(jù)仿真/預(yù)測(cè)系統(tǒng)：綜合地評(píng)估煙臺(tái)沿海海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的采集方法和采集儀器的設(shè)置，建立和*海洋環(huán)境數(shù)據(jù)仿真/預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

研發(fā)和*氣候、波浪、風(fēng)暴潮、溫、鹽、流等預(yù)報(bào)模式：綜合評(píng)估煙臺(tái)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站的波浪模式和海洋動(dòng)力模式，定量地分析模式誤差的主要因素，研制新理論/方法來(lái)減小模式預(yù)報(bào)的誤差。

技術(shù)路線

區(qū)域氣候模式WRF：現(xiàn)有預(yù)報(bào)采用WRF氣象模式，通過(guò)四層嵌套模擬中國(guó)海區(qū)、東中國(guó)海、北海區(qū)、近海小區(qū)四個(gè)區(qū)域未來(lái)180小時(shí)的氣象要素?？臻g分辨率分別為27km，27km，9km，3km，模式結(jié)果每小時(shí)輸出一次。

在本項(xiàng)目中，首先提高大氣模式的空間分辨率，從現(xiàn)有1:3到1:5；然后應(yīng)用高精度的初始場(chǎng)和側(cè)邊界條件：采用美國(guó)NCEP-GRF的0.5°* 0.5°高水平分辨率和3小時(shí)時(shí)間段數(shù)據(jù)。

區(qū)域波浪模式SWAN：在現(xiàn)有的海洋環(huán)預(yù)報(bào)系統(tǒng)中，中國(guó)海域的海浪模擬采用了SWAN模式，空間水平分辨率為0.1°* 0.1°，水深數(shù)據(jù)來(lái)自于美國(guó)NGDC（分辨率為0.1°），風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)自于WRF模式的預(yù)報(bào)風(fēng)場(chǎng)（分辨率為0.2°），預(yù)報(bào)要素包括：有效波高、平均周期、平均波向。輸出開(kāi)邊界條件，為嵌套更小區(qū)域（北海區(qū)）的海浪預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供邊界條件，每小時(shí)輸出一個(gè)模式結(jié)果。

在本系統(tǒng)中，區(qū)域波浪仍然應(yīng)用SWAN模式來(lái)計(jì)算，但計(jì)算區(qū)域邊界條件是由波浪模式WW-III的預(yù)報(bào)結(jié)果來(lái)確定，提高預(yù)報(bào)精度。

區(qū)域海洋動(dòng)力模式：本系統(tǒng)中，應(yīng)用高水平分辨率的FVCOM來(lái)計(jì)算煙臺(tái)沿海的海洋動(dòng)力場(chǎng)，從而提高整個(gè)海洋模式的計(jì)算精度。提供高精度潮位和潮流預(yù)警預(yù)報(bào)結(jié)果。

風(fēng)暴波浪增水和爬高模式：在現(xiàn)有的預(yù)報(bào)系統(tǒng)，沒(méi)有包括風(fēng)暴波浪引起岸邊增水和爬高的災(zāi)害預(yù)報(bào)。在本模式中，應(yīng)用區(qū)域波浪模式SWAN計(jì)算近岸波浪場(chǎng)，再應(yīng)用Nielsen模式來(lái)計(jì)算山東沿海波浪增水和爬高。漫灘水位應(yīng)該是潮位、風(fēng)暴增水、波浪增水、波浪爬高的總和。從而為預(yù)警預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

圖-1 海洋環(huán)境和災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)示意圖（本項(xiàng)目?jī)H包含動(dòng)力環(huán)境預(yù)報(bào)模式部分）

3. 近岸環(huán)境監(jiān)視監(jiān)測(cè)部分  

3.1. 視頻監(jiān)測(cè)控系統(tǒng)

3.1.1.  項(xiàng)目總體目標(biāo)

本工程擬沿整治海灘范圍內(nèi)設(shè)置 2 個(gè)遠(yuǎn)程高清監(jiān)控?cái)z像頭，主要用于人為活動(dòng)監(jiān)視及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域動(dòng)態(tài)，確保安全隱患能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

3.1.2. 技術(shù)目標(biāo)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)攝像頭、傳輸交換系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻錄像和監(jiān)控顯示部分。

高清攝像頭的監(jiān)控范圍覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域，24小時(shí)不間斷采樣，主要用于人為活動(dòng)監(jiān)視及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程區(qū)沙灘動(dòng)態(tài)，運(yùn)營(yíng)時(shí)間為 2 年。

3.1.3. 視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求

n 視頻存儲(chǔ)容量應(yīng)大于連續(xù) 30 天時(shí)間。監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)傳輸至煙臺(tái)科勘海洋科技有限公司和煙臺(tái)市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心，最終納入國(guó)家藍(lán)色海灣監(jiān)視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

n 網(wǎng)絡(luò)攝像頭選用日夜型網(wǎng)絡(luò)槍機(jī)、日夜型網(wǎng)絡(luò)球機(jī)或日夜型網(wǎng)絡(luò)半球，要求至少 200萬(wàn)像素，保證能清晰地輸出目標(biāo)區(qū)域的影像。攝像頭具有逆光補(bǔ)償功能。

n 視頻監(jiān)控系統(tǒng)需滿足在不同天氣條件下正常運(yùn)行，工作溫度-20℃~+50℃，具備防潮、防塵、防腐、防雷、防干擾能力，設(shè)置斷電保護(hù)系統(tǒng)，寒潮大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)等天氣下能夠正常獲取清晰的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面。

n 視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯示屏能夠至少6路分屏顯示現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面，提供高清視頻解碼，將實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像解碼傳輸?shù)斤@示屏，同時(shí)還能異地遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面。

n 視頻管理服務(wù)中心由視頻監(jiān)控平臺(tái)軟件、PC、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備以及現(xiàn)實(shí)設(shè)備等設(shè)備組成。完成對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)視頻信息的采集和存儲(chǔ)，并且對(duì)采集到的圖像信息進(jìn)行管理和分析。實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采集的視頻信息進(jìn)行顯示，可支持視頻回放、單幀抓拍和連續(xù)抓拍的功能，并對(duì)圖片進(jìn)行標(biāo)注方便查找。

3.1.4. 通訊系統(tǒng)技術(shù)要求

n 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的各類數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至煙臺(tái)市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心。監(jiān)控傳輸帶寬需滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)圖像質(zhì)量的要求。采用視頻壓縮、編碼等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)流的高效、可靠傳輸。

n 監(jiān)測(cè)儀器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間采用數(shù)字通訊，監(jiān)測(cè)儀器的狀態(tài)參數(shù)應(yīng)能夠上傳至控制軟件，控制軟件安裝于煙臺(tái)市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心。

n 數(shù)據(jù)傳輸支持一點(diǎn)多傳，為、煙臺(tái)市海洋與漁業(yè)局以及相關(guān)部門預(yù)留接口。

n 數(shù)據(jù)傳輸可根據(jù)管理要求遠(yuǎn)程設(shè)定傳輸頻次，能按要求接受、處理和反饋遠(yuǎn)程控制命令。

n 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)具備聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)數(shù)據(jù)補(bǔ)遺功能，在通訊網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)恢復(fù)聯(lián)網(wǎng)后，能夠自動(dòng)登錄補(bǔ)傳數(shù)據(jù)。

n 保證數(shù)據(jù)有效上傳，數(shù)據(jù)上傳率達(dá)到 95%以上。

3.1.5. 產(chǎn)品輸出要求

n 應(yīng)用國(guó)際研發(fā)的視頻圖像處理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)行人的動(dòng)態(tài)識(shí)別，自動(dòng)監(jiān)控海灘物變化以及天氣（寒潮大風(fēng)和臺(tái)風(fēng)）下海況，為海岸監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)等提供決策依據(jù)。

n 實(shí)現(xiàn)對(duì)工程區(qū)域海灘人數(shù)進(jìn)行智能化統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控人類活動(dòng)及時(shí)消除安全隱患。

n 系統(tǒng)包括視頻圖像采集、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控設(shè)備空間校準(zhǔn)、圖像處理分析、產(chǎn)品輸出五個(gè)部分。

3.2. 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

3.2.1. 項(xiàng)目總體要求

n 本項(xiàng)目擬在目標(biāo)海域建立兩套海上自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)站。建成后可實(shí)時(shí)獲取浮標(biāo)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)海洋水文氣象參數(shù)、海水水質(zhì)常規(guī)參數(shù)、海水營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)等實(shí)時(shí)原位數(shù)據(jù)。

n 自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)站分為浮標(biāo)標(biāo)體及傳感器部分。傳感器包含多參數(shù)氣象傳感器、 剖面海流儀、波浪檢測(cè)儀、多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀、營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀等設(shè)備。

n 建設(shè)企業(yè)級(jí)低能耗大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)云平臺(tái)，該平臺(tái)以分布式文件系統(tǒng) HDFS 為核心，支持 PB 級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提供標(biāo)準(zhǔn)化訪問(wèn)接口。

3.2.2. 技術(shù)指標(biāo)

從多方位實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋多種要素的實(shí)時(shí)、原位、在線監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握包括氣溫、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、光照度、相對(duì)濕度等氣象參數(shù)，流向、流速、波高、水溫、鹽度等水文參數(shù)，pH 值、溶解氧、濁度、葉綠素、藍(lán)綠藻等水質(zhì)常規(guī)參數(shù)，氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮、磷酸鹽等海水營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)，為海洋綜合管理、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋科學(xué)研究、海洋公眾服務(wù)等提供數(shù)據(jù)來(lái)源與技術(shù)支撐。

n 采用適應(yīng)海洋水質(zhì)及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)多參數(shù)傳感裝備，裝備可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè) 21 項(xiàng)指標(biāo)；

n 采用智能電源綜合管理技術(shù)，提升節(jié)點(diǎn)裝置的適應(yīng)性和低能耗性能。系統(tǒng) 1.8V 或 3V 低電壓運(yùn)行，自動(dòng)升壓供電，滿足不同傳感器或執(zhí)行器的供電要求；電池供電、太陽(yáng)能供電共存互補(bǔ)，提供設(shè)備能源保障性和自適應(yīng)性；

n 采用了無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)裝置和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理軟件，實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時(shí)發(fā)布管理節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù)，并把收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)上， 裝備延遲<1s，故障率小于 5%；

n 制定無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自診斷規(guī)程，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障報(bào)警；

n 開(kāi)發(fā)海洋水質(zhì)及環(huán)境信息監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、科學(xué)研究服務(wù)系統(tǒng)、公眾網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)、綜合管理服務(wù)系統(tǒng)；

n 建立低能耗大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái) 1 套，支持 PB 級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提供標(biāo)準(zhǔn)化訪問(wèn)接口。計(jì)算服務(wù)滿足包括離線批處理與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的不同數(shù)據(jù)處理需求。支持 PB 級(jí)數(shù)據(jù)秒級(jí)查詢。

n 集成模型、裝備及軟件系統(tǒng)，構(gòu)建面向海洋水質(zhì)與環(huán)境多參數(shù)的一體化管理云平臺(tái)，向公眾、政府及科研人員提供服務(wù)。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 10 秒以內(nèi)，故障率在 5%以下。

3.2.3. 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.2.3.1. 監(jiān)測(cè)參數(shù)

從多方位實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋多種要素的實(shí)時(shí)、原位、在線監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握包括氣溫、 氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、光照度、相對(duì)濕度等氣象參數(shù)，流向、流速、波高、水溫、 鹽度等水文參數(shù)，pH 值、溶解氧、濁度、葉綠素、藍(lán)綠藻等水質(zhì)常規(guī)參數(shù)，氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮、磷酸鹽等海水營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)。為海洋綜合管理、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋科學(xué)研究、海洋公眾服務(wù)等提供數(shù)據(jù)來(lái)源與技術(shù)支撐。

3.2.3.2. 傳感器類型和技術(shù)要求

n 各種傳感器的具體技術(shù)要求見(jiàn)附表五。

n 必須采用國(guó)際的 UV 光防生物污染技術(shù)，克服現(xiàn)有傳感器生物污染/生長(zhǎng)的一大難點(diǎn)，做到原位、實(shí)時(shí)、防生物污染的在線監(jiān)測(cè)，極大提高數(shù)據(jù)采集的精確度。

3.2.3.3. 通訊系統(tǒng)要求

n 通訊系統(tǒng)采用３G/４G 網(wǎng)絡(luò)、北斗衛(wèi)星方式，要求可進(jìn)行雙向通訊、控制，在一種方式無(wú)法發(fā)送數(shù)據(jù)或限定時(shí)間內(nèi)未發(fā)送完畢的情況下采用另一種通訊方式進(jìn)行發(fā)送。

n 利用 CDMA、北斗衛(wèi)星發(fā)送浮標(biāo)觀測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，發(fā)送間隔與采集間隔同步。

n 浮標(biāo)工作狀態(tài)下數(shù)據(jù)接收率應(yīng)≥95％。

3.2.4. 岸站數(shù)據(jù)接收設(shè)備

優(yōu)選工控機(jī)，處理器 i7-6700 或以上版本，主頻不小于 3G，內(nèi)存不小于 16G， 顯示設(shè)備不小于 21 寸。

3.2.5. 軟件系統(tǒng)

n 應(yīng)用海洋水質(zhì)及環(huán)境信息監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；

n 應(yīng)用科學(xué)研究服務(wù)系統(tǒng)；

n 應(yīng)用公眾網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)；

n 應(yīng)用綜合管理服務(wù)系統(tǒng)。

3.2.6. 大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理平臺(tái)

n 采用低能耗大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，支持 PB 級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提供標(biāo)準(zhǔn)化訪問(wèn)接口；

n 采用滿足不同數(shù)據(jù)處理要求的計(jì)算框，提供離線計(jì)算與實(shí)時(shí)計(jì)算；

n 采用存儲(chǔ)云平臺(tái)的分布式服務(wù)框架；

n 應(yīng)用 PB 級(jí)數(shù)據(jù)秒級(jí)搜索服務(wù)設(shè)計(jì)；

n 采納集成模型、裝備及軟件系統(tǒng)，應(yīng)用多參數(shù)數(shù)據(jù)的一體化動(dòng)態(tài)管理云平臺(tái)。

3.2.7. 數(shù)據(jù)格式與傳輸標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)格式及傳輸標(biāo)準(zhǔn)滿足以下文件：

n YD/T 1093-2000 900/1800MHz TDMA 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（GPRS）隧道協(xié)議技術(shù)規(guī)范；

n YD/T 1323-2004 接入網(wǎng)技術(shù)要求——非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）；

n YD/T 1334-2004 800MHz CDMA 1：數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)無(wú)線智能網(wǎng)（WIN）階段 2：智能外設(shè)（IP）設(shè)備技術(shù)要求；

n EIA RS-232C 數(shù)據(jù)終端設(shè)備與使用串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的接口；

n GB17378-2007 海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范；。

n GB/T12763-2007 海洋調(diào)查規(guī)范；

n HY/T131–2010 海洋信息化常用術(shù)語(yǔ)。山東省海洋觀測(cè)工程技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心

3.2.8. 運(yùn)行和管理

設(shè)備運(yùn)行后，運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)進(jìn)行定期校準(zhǔn)、維護(hù)和檢查。校準(zhǔn)前清理維護(hù)檢測(cè)儀器，在每次校準(zhǔn)和維護(hù)后，調(diào)整設(shè)備自動(dòng)采樣測(cè)試時(shí)間為正點(diǎn)時(shí)間。

同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行以下工作：

n 檢查浮標(biāo)體上的連接線路，儀器設(shè)備是否損壞，包括：浮標(biāo)體的密封室是否泄漏，氣象設(shè)備、天線、太陽(yáng)能板和航標(biāo)燈等是否運(yùn)行正常；

n 檢查浮標(biāo)體的腐蝕情況、固定情況和有無(wú)漂移；

n 清理浮標(biāo)體附近的漂浮物和清除子站體及設(shè)備表面附著物；

n 按使用和維修手冊(cè)規(guī)定的要求，更換監(jiān)測(cè)儀器中的傳感器、發(fā)射光源、光電倍增管、泵、泵管等零部件，并對(duì)儀器重新進(jìn)行校準(zhǔn)；

n 觀察周邊環(huán)境是否出現(xiàn)變化或異常，對(duì)出現(xiàn)的變化和異常拍照記錄。