太湖蓝藻信息采集系统设计方案说明书-毕业论文.doc

项目编号： 密级：

XX蓝藻信息采集系统
初步设计报告
（修改稿）

编制单位：XX局水利发展研究中心
上海XX工程咨询有限责任公司
二〇一〇年五月
IV

目 录

前 言 1
1 概述 2
1.1 项目背景 2
1.2 设计依据 4
1.3 设计原则 5
1.4 关键术语定义与说明 6
2 建设目标与任务 7
2.1 建设目标 7
2.2 建设任务 7
2.3 建设原则 8
3 需求分析 9
3.1 现状描述 9
3.2 需求分析 10
3.2.1 功能需求 10
3.2.2 性能需求 12
3.2.3 安全需求 13
3.3 设计边界条件 13
4 系统总体设计 14
4.1 设计思路 14
4.2 总体框架 14
4.3 系统划分 16
4.4 安全体系 17
5 分项设计 17
5.1通信网络设计 17
5.1.1 功能与性能 17
5.1.2 框架结构 18
5.1.3 技术实现 19
5.2 卫星信息接收系统设计 22
5.2.1 功能与性能 23
5.2.2 框架结构 30
5.2.3 技术实现 31
5.2.4 卫星信息接收系统配置及技术要求 39
5.3 浮台式水质监测站设计 41
5.3.1 功能与性能 42
5.3.2 框架结构 43
5.3.3 技术实现 43
5.4 蓝藻图像监视站设计 57
5.4.1 功能与性能 57
5.4.2 框架结构 58
5.4.3 技术实现 60
5.5 蓝藻巡测车设计 67
5.5.1 功能与性能 67
5.5.2 框架结构 68
5.5.3 技术实现 68
5.6 中心站应用系统设计 70
5.6.1 功能与性能 70
5.6.2 框架结构 80
5.6.3 技术实现 86
6 系统集成方案 127
6.1 系统集成 127
6.2 系统配置 127
7 招标方案 129
7.1 招标范围 129
7.2 招标组织形式 129
7.3 招标方式 129
8 建设与运行管理 129
8.1 建设管理 129
8.1.1建设管理组织机构 129
8.1.2建设管理措施 130
8.1.3质量进度控制 130
8.2 运行管理 131
8.2.1运行管理组织机构 131
8.2.2运行管理方式 131
8.2.3运行管理经费 132
8.2.4保障措施 133
8.3 技术培训 133
9 投资概算及实施计划 133
9.1 编制说明 133
9.1.1 编制原则和依据 134
9.1.2 取费标准说明 135
9.1.3估算方法 136
9.2 投资概算表 136
9.3 资金筹措方案 137
9.4 进度安排 137
9.5 投资计划 138
附表1：分项投资分析表 139

太湖蓝藻信息采集系统初步设计

前 言
随着XX流域经济社会的高速发展和人口的快速增长，流域面临的水资源水环境问题已十分突出，主要表现在：流域本地水资源不足，流域河湖水污染严重，尤其是XX湖体富营养化导致蓝藻时有暴发，严重威胁流域供水和生态安全。流域水资源不足和污染已制约了环XX及下游地区经济社会的可持续发展。
2007年5月，XX蓝藻暴发导致无锡市供水危机，严重影响了当地近百万群众的正常生活。当年6月，按照国务院指示，国家发展和改革委员会组织国务院有关部门、江苏省、浙江省、上海市人民政府编制了《XX流域水环境综合治理总体方案》，并建立XX流域水环境综合治理省部际联席会议制度，推进XX流域水环境综合治理。流域水环境综合治理水利工作协调小组第一次会议强调，要加强对XX和水源地的水质监测，加强蓝藻调查。鉴于目前XX蓝藻调查工作存在调查手段不足、获取信息不完整，难以及时掌握XX重点地区蓝藻聚集和变化情况等问题，为加强对XX、淀山湖蓝藻的预警，提高蓝藻调查的工作能力和效率，尽快建设XX蓝藻信息采集系统是十分必要和紧迫的。
2009年6月，XX流域水资源保护局组织编制完成了《XX蓝藻信息采集系统可行性研究报告》，XX局以太管规计[2009]191号文《关于XX蓝藻信息采集系统可行性研究报告（代项目建议书）的批复》进行了批复，同意可行性研究报告提出的建设目标、建设内容和技术方案。
按照批复意见，依托XX流域防汛抗旱指挥系统和水资源实时监控与调度管理系统等专业应用系统，充分利用现有骨干网络和信息资源，避免重复投资和资源浪费，进一步加强需求分析，优化系统的建设方案，XX流域水资源保护局组织XX局水利发展研究中心、上海XX工程咨询有限责任公司联合编制了《XX蓝藻信息采集系统初步设计报告》（以下简称“《初步设计》”）。
《初步设计》细化了卫星遥感影像数据接收系统、蓝藻图像监视站、浮台式水质监测站、通信网络、系统中心站的设计方案，明确了各系统的结构、功能和技术方案，落实了项目的建设与运行管理，编制了项目的投资概算和实施计划。
1 概述
1.1 项目背景
XX流域北依长江，南濒杭州湾，东临东海，西以茅山、天目山为界，行政区划分属江苏、浙江、上海、安徽三省一市, 流域面积3.69万平方公里，地处长江三角洲核心区域。2007年流域以占全国不到0.4%的土地面积、3.7%的人口，创造了占全国11.6%的国内生产总值，人均GDP达到5.8万元，是全国人均GDP的3.1倍。XX流域又是我国大中城市最密集、经济最发达的地区之一。
XX具有蓄洪、灌溉、航运、供水、水产养殖、旅游等多项功能，是流域水资源调节的中枢和重要的水源地，也是沿湖苏州、无锡等地区重要饮用水源地，并承担着向下游地区供水的任务；其中淀山湖是上海市最大的湖泊，位于上海市青浦区西部与江苏省昆山市交界处，其上承XX来水，下泄至黄浦江，是上海市黄浦江上游重要的水源地，被上海市列为饮用水水源保护区，同时兼有交通运输、农田灌溉、水产养殖、调蓄洪涝、旅游休闲等多种功能。随着流域经济社会的快速发展，水污染治理相对滞后，近年来XX与淀山湖水体富营养化不断加剧、水环境日益恶化，XX蓝藻爆发，对沿湖周边城市水源地供水安全构成极大威胁，制约了流域经济社会的可持续发展。
2007年对47个地表饮用水水源地水质评价结果为，劣于Ⅲ类的16个，占34%。由于水环境恶化，流域供水安全得不到有效保障，涉及无锡市、嘉兴市、上海市等城市的水源地水质问题尤为突出。无锡市梅梁湖水源地夏季经常因蓝藻暴发受到影响，2007年5月因XX富营养化造成的蓝藻暴发，使无锡城市供水受到严重影响；嘉兴市因河网水污染严重，其行政区内已很难找到符合水质要求的饮用水水源地；上海市黄浦江上游集中式水源地水质不稳定，受突发性水污染事故威胁严重。党中央、国务院高度重视XX流域水污染情况，2008年5月，国务院批复了《XX流域水环境综合治理总体方案》，并建立XX流域水环境综合治理省部际联席会议制度，推进XX流域水环境综合治理。
根据国家发改委、水利部的要求，近年来，XX局加强了对XX蓝藻和水源地水质的监测力度。自2008年4月起，蓝藻现场人工巡查范围由原来贡湖、梅梁湖水源地扩大到竺山湖、胥湖等重点湖湾及XX西部、南部沿岸等重点区域，巡查频次加密到每天一次，4个重要水源地的监测频次从以前的3天一次加密到每天一次。但依靠人工巡查力度有限，无论是监测手段信息时效方面都难以及时掌握XX蓝藻水华变化趋势。
为掌握XX蓝藻水华变化趋势，运用现代化手段。①利用卫星遥感技术，建立XX蓝藻卫星遥感信息接收系统，对卫星遥感信息进行解析，获取XX蓝藻分布、变化信息；②在环XX周围建设多点蓝藻图像监视站，实时监视XX重点湖面蓝藻及其变化情况；③在XX、淀山湖建设浮台水质监测站，实时监测XX、淀山湖重点湖区水质和藻密度变化趋势；④配置专用巡测车，进行蓝藻情况现场巡查。形成全方位的监测网点，构建XX蓝藻信息采集系统，实现对XX湖面重点区域蓝藻信息的监测、监视，对淀山湖水质及蓝藻变化的预警。
因此，建设XX蓝藻信息采集系统，实时监测XX蓝藻生长分布情况及水质变化趋势，加强XX、淀山湖蓝藻监测与预警，提高蓝藻调查的工作能力和效率，弥补人工调查手段不足，对于提高XX流域水资源保护工作决策的科学性、决策效率，提高预警和处置能力，最大程度地保障水源地供水安全及水生态安全是十分必要和迫切。
1.2 设计依据
《XX流域水环境综合治理总体方案》国函〔2008〕45号
《XX蓝藻信息采集系统可行性研究报告》
《关于XX蓝藻信息采集系统可行性研究报告（代项目建议书）的批复》太管规计〔2009〕191号
《全国水利信息化“十一五”发展规划》（报批稿）2006年9月
《XX流域水利信息化建设规划》
《水利信息系统初步设计报告编制规定》SL/Z332－2005
《XX流域片水质监测规划》
《水文设备管理规定》
《XX流域水文事业发展规划》
《XX流域片水质监测规划》
1.3 设计原则
1、实用先进
系统设计从需求出发，立足于应用。采用业界先进且成熟的技术，充分考虑所选产品升级时的平滑度，预计未来发展的需求和吸收新技术的可能性，保证所选的软硬件具有较长的生命周期，确保整个系统的先进性。
2、可靠稳定
根据应用需要，合理确定系统平均无故障运行时间和可靠性等级，确定系统部件平均故障修复时间，选择相应的软硬件，保障系统的可靠性和稳定性。
3、标准规范
设计遵循国家标准和行业内的标准，保障系统建设的标准化和规范化。
4、维护方便，确保安全
应用现代软件工程方法，确保系统的开放性、可扩充性和可维护性，有效降低系统运行与维护的难度与代价。遵循系统安全、保密的有关要求，在便于资源共享的前提下，处理好数据资源共享与数据安全保密的关系。
1.4 关键术语定义与说明
（1）GPS
GPS（Globe Positioning System，全球卫星定位系统）是一种结合卫星及通讯发展的技术，利用导航卫星进行测时和测距，具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点，成功应用于大地测量、工程测量、航空摄影等学科。
（2）GIS技术
GIS（Geographic Information System, 地理信息系统）是一个基于数据库管理系统（DBMS）的管理空间对象的信息系统，以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。
（3）WEBGIS技术
Web GIS也称为Web-based GIS，是建立在Web技术之上的一种特定领域的应用。Web的全称为World Wide Web，一般简称为WWW或Web。它是目前Internet上最重要的应用技术之一。目前在网站建设、电子商务和大型应用系统的建设中都离不开Web技术的应用。
（4）卫星广播波段
现在卫星广播采用的的有C波段，KU波段，其中C波段的频率范围是3.7-4.2MHz，Ku波段是指频率在12-48GHz的电波。KU波速窄，方向性强，同频干扰小，但雨衰耗较大；C波段雨衰影响低。
（5）LNB
高频头称低噪声降频器（LNB）,其内部电路包括低噪声变频器和下变频器，完成低噪声放大及变频功能，即把馈源输出的4GHz信号放大，再降频为950-2150MHz第一中频信号。它的作用就是将微弱的视频信号进行放大，并且对传输不稳定引起的图像变形与干扰进行处理。
2 建设目标与任务
2.1 建设目标
计划用10个月左右的时间完成XX蓝藻信息采集系统的建设，实现对XX重点区域蓝藻和淀山湖水质的实时在线监测、监视和预警；提高蓝藻调查的工作能力和效率，扩展XX、淀山湖水质、蓝藻监测站网；进一步完善XX流域水资源水环境监测体系，为保障流域重要饮用水水源地安全，流域水资源管理与保护，提供现代化的基础设施和管理手段。
2.2 建设任务
（1）在XX局水文水资源监测局（以下简称“水文水资源监测局”）建设1套卫星遥感影像数据接收系统；
（2）在环XX周边建设14个蓝藻图像监视站；
（3）在XX和淀山湖各建设1个浮台式水质在线监测站；
（4）购置1辆专用蓝藻巡测车并配置相应的监测设备；
（5）建设系统中心站。
2.3 建设原则
（1） 统一性原则
本项目由多个分项目组成，按照统一性原则把各部分的信息整合在一个应用平台，实现信息统一应用和共享。
（2） 先进性和成熟性原则
按照“先进实用、高效可靠”的原则，采用现有成熟技术和产品，充分利用现有公用通讯网络，使系统具有先进性和较长生命周期。
（3） 兼容性原则
应充分考虑与其他系统兼容性，设计与XX流域水环境综合治理信息共享平台等已建系统的接口，确保信息共享。
（4） 稳定可靠原则
系统以无故障运行为目标，从系统结构、技术措施和维护响应能力等方面综合考虑，确保系统具有良好的稳定性、安全性和扩展性。
（5） 标准化原则
系统采用国家标准和水利行业标准，保证系统的开放性、兼容性和经济性。
3 需求分析
3.1 现状描述
近年来，随着XX水体富营养化不断加剧，XX蓝藻水华频繁发生，蓝藻暴发直接导致了2007年无锡供水危机，严重威胁着流域水源地供水安全。根据水利部和流域管理需要，2008年，XX局进一步加强XX蓝藻巡查及水源地水质监测管理工作，专门组织有关单位现场调查XX北部湖湾、西部和东部沿岸区、重要水源地取水口等敏感区域的蓝藻发生情况，监测重要水源地水质。据统计，2008年累计完成现场调查400余次，车船行程超过12万公里；采样1100次，采集监测数据17440个；编制上报《XX水质信息》214期。通过XX蓝藻现场巡查和监测，及时掌握蓝藻发生分布情况和水源地水质状况，发现了局部湖区出现的黑水团问题，为国家和地方开展XX流域水环境综合治理提供了基础信息和决策依据。
随着流域经济社会的快速发展，流域水资源、水环境在监测范围、监测时效性、监测指标等方面已不适应现状，难以满足流域水资源管理、保护和调度的需求，难以满足流域水环境综合治理所需要的基本信息。
存在的主要问题是：
1）监测手段单一、落后、应急监测能力不够，时效性差；
2）监测项目少，覆盖范围不够，预警能力不强；
3）保障流域供水安全、实施水资源统一管理和实时调度缺乏相应的手段。
为此，XX局组织编制了《XX流域水资源监控与保护预警系统可行性研究报告》，项目的主要建设内容包括水量水质信息采集系统、工程信息采集系统、流域水环境信息共享平台、水资源监控与保护预警中心水环境监测中心建设等，实现XX及其主要出入湖河道、流域性引供水河道、省界边界地区水资源、水环境信息的自动监测，对重要水利工程运行调度情况进行有效监视，提高水资源监控与保护预警能力，提高流域水环境治理、水资源调度等综合治理的时效性、准确性、科学性，为流域供水安全，提高水资源为流域经济社会可持续发展服务保障能力提供支撑。本项目侧重于对XX重点区域蓝藻的监测预警，建设内容较小，建设周期短，与XX流域水资源监控与保护预警系统互为补充。
3.2 需求分析
3.2.1 功能需求
XX蓝藻信息监测系统由卫星信息接收系统、浮台式水质监测站、环XX蓝藻图像监视站、蓝藻巡测车和中心站等部分组成。各部分功能需求如下：
（1） 卫星信息接收系统
XX水面积2338KM2，近年来，蓝藻在全XX均有不同程度的爆发，人工巡测无法对湖区中蓝藻发生及分布情况进行巡查。因此，需采用卫星遥感信息对XX湖区蓝藻爆发情况进行分析。
卫星信息接收系统具有卫星遥感信息接收、遥感数据解析、解析成果入库等功能。通过系统可实现蓝藻水华分布面积的统计，实现图形等信息查询统计和报表输出等操作。
（2） 图像监视站
XX岸线全长393.8km，目前，XX局有专业队伍进行XX沿线蓝藻人工巡查，考虑到每天不同时段蓝藻发生情况不同，建设图像监视站作为人工巡查的必要补充。
图像监视站应具有实时监视环XX周边蓝藻易发区域和重要取水口水面图像信息的功能，实时采集的湖面图像信息定时发送到中心站，发送频度可以设置；拍摄图像清晰，能真实反映XX水面情况。监视站采用太阳能供电，具有过载保护功能。
（3） 浮台式水质监测站
建设浮台式水质监测站；以浮标为平台，安装多参数水质分析仪、数据采集传输设备和供电设备，浮标仪器仓具有水密功能；浮标带有航道灯标，加装雷达反射器，确保通航安全；采用太阳能供电，具有过载保护功能；实现水温、溶解氧、电导率、pH、浊度、蓝绿藻、氨离子、风速、风向、气温、气压等指标监测，并实时将监测数据发送至中心站。
（4） 蓝藻巡测车
蓝藻巡测车的性能应满足较恶劣路况条件下行车的需要。蓝藻巡测车配置便携式现场巡查设备，调查蓝藻分布情况，实现水质、蓝藻的现场检测，监测数据可及时发送至中心站。
（5） 中心站
中心站接收水质监测信息、蓝藻图像信息、人工巡测信息，对信息进行处理入库，可对蓝藻图像监视站和浮台式水质监测站远程控制与设置，实现采集数据及图像信息的显示、存储、检索、对比、回放、备份等功能。
3.2.2 性能需求
（1）准确性
在线监测的数据必须符合国家、行业相关标准，解析结果和计算成果必须符合有关规范。
（2）可靠性
监测站必须满足在正常条件下长期稳定运行的需要；各类配套设备符合国家相关标准的要求；系统应具备较强的容错能力。
（3）兼容性和可扩展性
系统支持多种输入、输出形式；能适应用户操作方式变化；能适应操作系统环境变化。
系统具备规模的可扩展性，能适应用户业务量的扩展；自动监测站具备水质监测参数的可扩展性，能适应水质自动监测项目的扩展需求；系统具备功能的可扩展性，能适应用户对系统需求的变化。
（4）易于管理和维护
系统应满足不同层次人员使用和管理的需要，便于维护，具备一定的自维护能力。
3.2.3 安全需求
（1）环境安全
系统具有完善的环境安全防护措施。环境安全包括电源供给、电磁干扰屏蔽、避雷方式、防盗等安全保护措施。
（2）网络安全
网络是信息传输的通道，要确保数据传输的安全，网络系统应具有防入侵、防攻击、防病毒等安全保障措施。
（3）数据安全
数据安全主要在数据存储、访问、处理等各环节采取的安全措施，包括用户授权、数据加密、冗余存储备份等。
（4）应用安全
在系统设计时采用分层设计理念，将信息接收处理、数据存储、应用管理、发布服务等分层设计，确保应用系统安全。
3.3 设计边界条件
系统设计约束主要包括：
(1) 流域水利信息化框架体系的要求；
(2) 现有数据源的数据类型、表示、存贮、传输和交换机制的限制；
(3) 已建流域水利信息系统采用的技术体系及资源共享的要求；
(4) 运行环境的限制。
4 系统总体设计
4.1 设计思路
实现XX全湖卫星遥感影像数据的接收、湖体水面蓝藻变化情况监视、XX蓝藻信息的人工巡查、XX及淀山湖湖体水质参数的实时监测。
4.2 总体框架
XX蓝藻信息采集系统由卫星信息接收系统、浮台式水质监测站、蓝藻图像监视站、蓝藻巡测车和中心应用等部分构成，总体结构见图4.1。
卫星信息接收系统直接接入到水文水资源监测局中心站，浮台式水质监测站、蓝藻图像监视站和蓝藻巡测车的监测信息通过无线方式传输到水文水资源监测局中心站，所有信息经有水文水资源监测局通过专线网络实时传输到XX局数据中心。其信息流向见图4.2。

图4.1系统总体结构图

图4.2信息流向图
4.3 系统划分
(1) 卫星信息接收系统
卫星信息接收系统主要由卫星地面数据接收站、数据处理及应用软件组成。
(2) 浮台式水质监测站
浮台式水质监测站主要由浮标装置、多参数水质分析仪、气象参数传感器、供电设备、数据采集传输设备、辅助设备等组成。
(3) 蓝藻图像监视站
蓝藻图像监视站主要由安装基础部分、摄像机及辅件、图像采集传输设备、供电设备等组成。
(4) 蓝藻巡测车
蓝藻巡测车采用越野吉普车，配备便携式多参数水质测定仪、GPS调查设备等仪器仪表。
(5) 中心站
中心站建设由水质信息接收软件、巡测信息接收软件、图像信息应用软件、基于WEBGIS信息应用软件等组成。
系统各部分组成关系见图4.3。

图 4.3 系统各部分关系图
4.4 安全体系
系统的监测信息不涉及国家保密信息，但由于水质信息比较敏感，应参照国家相关标准和规范的要求，制定信息管理制度，加强数据的审定，防止数据的篡改、删除，以保证数据的安全。
为解决蓝藻图像监视站的设备防盗问题，在蓝藻图像监视站设计方案中，采用高杆架设的方式。
5 分项设计
5.1通信网络设计
5.1.1 功能与性能
通信网络是实现浮台式水质监测站、蓝藻图像监视站、蓝藻巡测车的数据和图像实时传送到水文水资源监测局中心站，再经专线网络传送到XX局数据中心。本项目选用的通信传输设备应能满足XX湖区范围内的信息传输的要求，同时要完全满足浮台式水质监测站、蓝藻图像监视站、蓝藻巡测车数据图像传输的带宽要求。
5.1.2 框架结构

图5.1 通信网络拓扑结构图
蓝藻图像监视站采集的图像信息通过无线方式传送到水文水资源监测局中心接收站计算机上，由计算机对图像进行分类处理后存入服务器中，同时通过专线网络传输到XX局数据中心，供图像信息处理软件使用；浮台水质监测站采集的水质及气象信息和蓝藻巡测车采集的各类信息通过无线方式传送到水文水资源监测局中心接收站服务器上，同时通过专线网络传输到XX局数据中心，供系统查询、统计、分析、处理等使用；卫星图像接收站接收的卫星遥感数据直接通过有线传输到水文水资源监测局中心接收站计算机上，经解析后生成的卫星遥感图片存入服务器中，同时通过专线网络传输到XX局数据中心。
5.1.3 技术实现
5.1.3.1传输方式的选型
当前信息传输主要有PSTN、GPRS、CDMA、3G网络、卫星、有线宽带等方式。因浮台式水质监测站建在湖内，有线方式比较难实现，在本项目中暂不考虑。现对无线传输方式进行比选。
（1）卫星通讯
卫星通讯虽然不受地理位置的影响，但由于其本身的功耗较大，供电相对比较困难，并且卫星通讯费用也很高，给后期的运行维护带来困难，在本项目中不考虑。
（2）3G无线网络
国内可使用的3G无线网络技术标准分别有W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，网络理论带宽可达2-3Mbps，但目前是3G网络初期阶段，基站的建设还没有覆盖到整个XX地区，网络不稳定，技术不够完善，只有在今后3G网络建设完善后再考虑进行通信方式的改变，在本次项目建设中不考虑3G网络。
（3）GPRS无线网络技术
GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS与现有的GSM语音系统最根本的区别是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
（4）CDMA无线网络技术
CDMA (Code Division Multiple Access) 译为“码分多址分组数据传输技术”，被称为第2.5代移动通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA手机具有话音清晰、不易掉话、发射功率低和保密性强等特点，发射功率低。更为重要的是，基于宽带技术的CDMA使得移动通信中视频应用成为可能。
GPRS、CDMA网络目前都比较完善，已全部覆盖了整个XX地区，并且传输速率也能达到80K左右，运行费用较低，鉴于XX局目前所建设的水质自动监测系统项目已采用CDMA网络传输方式，为保证系统的统一性，本项目的信息传输方式采用CDMA。
5.1.3.2 带宽估算
（1）浮台式水质监测数据带宽估算
每个浮台式水质监测站按一天采集12次计算，每次的数据量在1K以内，加上水质监测站的运行状态信息，每分钟一组信息，每组信息量为100字节（已考虑了气象信息），则一天总的信息量为：
24×60×0.1+12×1=156K
因此浮台式水质监测站的数据量较小，采用CDMA能满足信息传输的条件。
（2）蓝藻图像监视站图像带宽估算
D1格式一般一张图片是220K，按每30分钟一张图片计算，一天的信息量为：
24×2×220=10560K
按照CDMA常规传输速率为80K计算，每张图片的传输时间约在25秒左右，可以满足要求。
5.1.3.3 主要设备
CDMA无线网络连接建议使用CDMA无线路由器，它是基于CDMA网络平台，无线接入网络的路由设备。采用嵌入式系统方案设计，性能稳定，使用方便，能够提供稳定高速、永远在线、成本低廉的数据传输通道，实现数据、图像的无线传输。
无线路由器可以代替部分有线以太网路由，在移动网络允可的条件下，任何采用以太网接口，先前依赖有线以太网的设备，如PC机、工控机、ATM机、POS机、视频服务器等，都可以很方便地通过无线路由器连接到网络上。
CDMA 无线路由器主要技术要求：以太网接口、UCLinux内核、TCP/IP协议/NAT功能、自动联网、心跳功能/联网监控、自诊断/运行指示/联网指示、可配置路由器网口IP地址、可配置拨号参数等功能。
技术参数要求：
★ 系统（处理器 32位ARM7网络处理器、FLASH 16Mbit、SDRAM 128Mbit）
★ 无线模块（Anydata DTGS800 CDMA2001X模块）
★ 接口（以太网接口、速率 10MBaseT、物理接口 RJ45、串行控制口、标准 DCE/RS232、速率 9600-115200bps、物理接口 DB9、 UIM卡接口、物理接口 抽屉式卡座、天线接口 50Ω/SMA、供电电压 DC5V—DC30V）
5.2 卫星信息接收系统设计
本报告所用的卫星信息接收系统采用DBV-S平台遥感地面接收处理系统方式，即建立地面卫星小站接收“国家MODIS数据共享平台”转发的XX全湖卫星遥感数据，经解析处理成XX蓝藻分布图片，为全面掌握XX蓝藻生长分布情况，进行XX供水水源地保护、蓝藻预警和治理等工作提供信息服务。
DBV-S平台遥感地面接收处理系统是北京星地通卫星应用系统工程技术有限责任公司（ShineTek）在科技部和中国气象局的支持下建设的成熟产品。
该产品的主要优势如下：
Ø 可获得国家卫星气象中心多种类的覆盖全国的专业卫星遥感数据与应用服务。
Ø 整体技术成熟先进；工业标准化，达到国际先进水平；系统集成度高，可自动业务运行。
Ø 易于维护，性能价格比高；可为用户节省大量单站系统购置及升级费用。
该产品的主要特点如下：
Ø 可同时实时接收中国FYFY--2C2C与日本MTSATMTSAT--1R1R两颗卫星数据。
Ø 接收国家卫星气象中心广播的十九种静止气象卫星定量产品。
Ø 接收系统不需改变即可接收最新遥感卫星数据，为用户节省大量更新升级费用。
5.2.1 功能与性能
5.2.1.1功能
DBV-S平台遥感地面接收处理系统的配套软件为ShineTek系列产品，该产品分为前端接收系统和后端处理应用系统两部分，前端接收系统由ShineTek卫星信息接收系统管理软件、ShineTek 极轨数据预处理软件组成，主要实现地面卫星站配置管理、卫星数据的接收和极轨数据的预处理功能。后端处理应用系统由ShineTek 极轨数据预处理软件、ShineTek 极轨数据应用软件、ShineTek Modis数据处理软件、ShineTek Modis数据应用软件组成，主要实现数据处理、数据应用等功能。系统的模块组成及功能如图5.2所示。

图 5.2 系统的功能模块组成
系统各模块的主要功能如下：
（1）卫星信息接收
主要实现时间表管理、实时资料接收、实时快视显示、状态监视、结果统计、数据管理、日志管理、分块的原始资料拼接、数据传输。
主要功能如下：
1）时间表管理
对拟接收的通道号、通道名、接收范围、接收频次等进行设置，并生成相应的时间表。
2）实时资料接收
按主站授权自动接收数据文件；在长时间（可设定）未接收到任何文件时有告警提示；将接收文件信息（如通道号、通道名、文件名、文件大小、接收时间、接收状态等（如成功、不成功）实时记入LOG文件中。
3）实时快视显示
实时显示小站设备的工作情况，如信号入锁状态、接收频率、信号电平、Eb/No值和误码率等。
4）状态监视
实时监视被授权接收的各文件广播通道的接收情况，包括通道号、通道名、接收时间、接收文件个数、总信息量，实时显示正在接收的文件名、文件大小、接收进度和接收速率等；实时监视被授权接收的多媒体广播通道的接收情况，包括文件名、开始与结束的日期和时间、占用带宽等。
5）查询统计
可查询接收的通道号、文件名、文件大小、状态如成功、不成功等）。提供各通道成功接收和未成功接收的文件列表，并可对已接收的数据进行统计，以报表的形式打印输出。
6）数据管理
可按用户需求对接收文件进行选择，并保存到相应的目录；对接收文件可设定保存时间，将超过保存时间的文件自动删除。
7）日志管理
将接收文件信息（如通道号、通道名、文件名、文件大小、接收时间、接收状态等（如成功、不成功））实时记入日志文件中；将小站工作状态（如信号入锁状态、Eb/No等）按时间间隔（可指定）记入日志文件中。并可实现日志的查询、打印输出等操作。
8）数据传输
将本机接收的数据，按照用户配置的投影文件和产品文件的存储地址，以FTP方式进行传输。
（2）极轨数据预处理
实时接收、显示、处理和存储极轨气象卫星发送的高分辨率图像，对所接收的卫星数据进行预处理、轨道预报、地标导航和图像及各类应用处理。
主要功能如下：
1）区域图像数据生成
根据用户的选择和参数设定，可生成特定区域的图像数据并存储。
2）边界编辑
可对接收图像的边界进行编辑，并支持边界的添加等操作。
3）区域图象拼接
对用户选定区域的等经纬度投影，进行图像的拼接，并将拼接后的图像按照指定的格式进行存储。
5）图像处理和显示
对单通道或多通道的图像进行回放显示，并可合成图像显示；支持图像的缩放、调整；对图像进行挖图处理；计算图中某一目标面积；对区域图像做进一步定位校准处理。
（3）极轨数据应用
主要实现极轨数据在XX蓝藻监测中的应用。
1）水环境监测
对叶绿素a（Chl-a）、悬浮物（SS）、有色可溶性有机物（CDOM）等水质监测指标，通过光谱特征直接进行遥感分析；并对蓝藻等水环境灾害性事件进行识别和监测。
2）数值计算
对选定点进行经纬度值、温度值和反射率等进行计算；对选定区域进行图像面积（矩形、任意形状、某边界内）计算。
3）打印输出
对计算结果进行图像显示或打印输出，并可保存为文件。
（4）Modis数据处理
MODIS Lever-1B 是地理数据和科学数据尚未关联的数据，边缘存在Bow-tie 现象，需要进行几何定位。利用MODIS L1B 数据中自带的经纬度信息对影像进行几何校正，投影采用Geographic Lat/Lon 投影，校正后的位置精度为0.5 个像素以内；并结合HDF 数据集中的Offsets、Scales 参数对MODIS 影像进行辐射定标，生成标准的1B格式HDF的数据。
主要功能如下：
1）数据回放
对1B级数据，根据通道选择实现回放显示，任意波段数据组合单通道或多通道合成显示。
2）图像操作
对图像进行放大、缩小、漫游、放大镜、图层叠加等操作；分段线性增强，数据增强，图像增强，调色板处理；通道计算，通道比较，提供BMP位图和JEPG图像的数据格式转换及输出。
3）图像数据提取
对图像数据进行分割，即按省、县边界或自定义边界挖取图像，并提取数据。
4）轨道图拼接
在区域数据集的基础上进行多轨、多天拼接合成显示；同一投影区域数据的多天合成、差值比较。
5）手动定位
能对区域数据图像进行手动定位调整。
6）数据拆分
将多通道数据拆分成一个包含多通道数据块的文件。
7）数据投影变换
可对数据进行兰勃托、极射赤面、麦卡托、等经纬度、高斯-克吕格等投影变换，并能实时显示变换图像。
（5）Modis数据应用
在本项目中，主要利用Modis数据进行蓝藻信息的识别、专题图制作和蓝藻变化情况监视。
主要功能如下：
1）蓝藻信息识别
在已处理成果数据的基础上，对500m空间分辨率的红外波段6, 以及250m分辨率重采样为500m分辨率的近红外波段2、红光波段1 进行假彩色合成，从图像上识别蓝藻的分布情况，并可通过影像对比识别蓝藻的分布转移、聚集、扩散等信息。
2）蓝藻分布图制作
依据蓝藻的光谱反射特性，利用MODIS 第1、第2 波段的反射率比值来表征蓝藻信息。
通过波谱分析得到的波段比值模型,采用等差分级的方法，将蓝藻污染程度分为基本无蓝藻、轻度蓝藻、中度蓝藻、中高度蓝藻、高度蓝藻五个级别，制作蓝藻浓度等级分布的专题图。
3）蓝藻动态监测
通过多时相蓝藻浓度信息的叠加分析来获得蓝藻信息的动态变化情况。
用户可选定不同时段的图像进行叠加，以色彩的渐变表示动态变化的数量差别。并可生成合成图像进行存储和打印输出。
5.2.1.2性能
（1）可靠性
系统相关设备在设计、制造、装配上都应是高质量、高可靠的，系统中单个元件故障将不会导致系统崩溃。
（2）冗余能力
系统具有合理的软件和硬件结构，足够的冗余能力、存贮容量和接口，方便的扩充能力。系统的扩充和设备的增加将不会影响原系统的工作性能及响应时间。
（3）易操作性
系统具有良好的用户界面，满足提示直观、系统帮助、迎合用户操作习惯等要求。
（4）可维护性
系统应满足结构简单、运行维护成本低等要求。用户可根据维护手册，对简单故障进行排除。
（5）可扩展性
系统能支持应用类型的不断扩展。在新应用开通时，不影响原系统的运行，并且能保持各应用系统之间的耦合度。硬件设备不需改动即有能力接收最新的遥感卫星资料。
（6）先进性
整体技术成熟先进，达到国际先进水平，用户使用方便。
5.2.2 框架结构
系统的整体框架由卫星站、通讯传输网络和中心站三部分组成，卫星站布设在水文水资源监测局，利用现有的数据通信骨干网，将数据蓝藻遥感成果数据传输到中心站。其结构如图5.3所示。

图 5.3 卫星信息接收系统框架结构示意图
（1）卫星站
卫星站主要有卫星信息接收系统组成，包含地面卫星接收设备和相应的配套软件。为保障数据接收的稳定性、高效性，系统采用计算机双机模式，将接收的卫星数据，通过功分器传输到前端两台负责接收数据的计算机，经过数据预处理后，由后端两台计算机进行处理，生成蓝藻信息解译图、专题图等成果数据。
（2）通讯传输网络
通讯传输网络主要负责将卫星站生成的蓝藻遥感成果数据传输到中心站。根据现有的网络现状，本系统通讯传输网络利用现有的数据通信骨干网实现水文水资源监测局和XX局之间的数据传输。
（3）中心站
中心站布设在XX局。在本系统中，中心站主要负责卫星站的数据接收、存储和应用。
5.2.3 技术实现
卫星信息接收系统主要建设内容包括卫星地面接收站设备及配套软件的采购、软硬件安装调试。
5.2.3.1设备购置
主要包括卫星地面接收站设备及配套软件的购置。
卫星地面站设备主要包括卫星接收装置（1.8米抛物面天线、高频头（LNB）、功分器、数据进机卡（PCI）、馈线）和计算机（资料接收计算机、资