本發(fā)明涉及水上交通運(yùn)輸工具領(lǐng)域，尤其涉及一種新型多功能環(huán)保航標(biāo)燈。

背景技術(shù)：

航標(biāo)是以促進(jìn)船舶和水上交通安全為目的而設(shè)計(jì)的、在船舶之外運(yùn)行的一種裝置或系統(tǒng)。隨著傳感技術(shù)、信息傳輸技術(shù)的不斷引入，航標(biāo)的功能正變得越來(lái)越豐富。新型的多功能航標(biāo)除了具有傳統(tǒng)的助航功能外，還集成了多種傳感器，用于實(shí)時(shí)的采集航標(biāo)周?chē)臍庀笏囊约昂綐?biāo)狀態(tài)等相關(guān)信息。當(dāng)前的多功能航標(biāo)，大多采用了太陽(yáng)能電池與蓄電池組合供電的方式.但以我國(guó)成山角地區(qū)為例，常年霧氣重，連續(xù)的霧霾天氣，容易導(dǎo)致多功能航標(biāo)系統(tǒng)因供電不足而無(wú)法正常工作，供電系統(tǒng)逐漸成為多功能航標(biāo)發(fā)展的瓶頸。

與此同時(shí)，石油、天然氣和煤炭等不可再生能源頻頻告急，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始重視開(kāi)發(fā)新能源，大力開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能等可再生資源。建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)已經(jīng)成為我國(guó)的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中航標(biāo)燈功能單一的缺陷，提供一種新型多功能環(huán)保航標(biāo)燈。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種新型多功能環(huán)保航標(biāo)燈，包括：航標(biāo)燈主體，設(shè)置在航標(biāo)燈主體上的清潔能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、多信息采集系統(tǒng)和定位與通訊系統(tǒng)，以及與航標(biāo)燈主體通過(guò)無(wú)線方式連接的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)；其中：

清潔能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置和波浪能發(fā)電裝置；該系統(tǒng)用于采集太陽(yáng)能、風(fēng)能和波浪能并轉(zhuǎn)化為電能，存儲(chǔ)至電池組模塊中；

航標(biāo)燈主體包括設(shè)置在底部的浮體，波浪能發(fā)電裝置設(shè)置在浮體重心位置的下方，太陽(yáng)能發(fā)電裝置和風(fēng)能發(fā)電裝置設(shè)置在浮體的上表面，太陽(yáng)能發(fā)電裝置和風(fēng)能發(fā)電裝置均以浮體的重心為對(duì)稱(chēng)中心呈中心對(duì)稱(chēng)排布；浮體的重心位置上還設(shè)置有機(jī)盒和電池組模塊，機(jī)盒上方設(shè)置有航標(biāo)燈架，航標(biāo)燈架的頂部設(shè)置有航標(biāo)燈；航標(biāo)燈通過(guò)機(jī)盒與電池組模塊相連；

多信息采集系統(tǒng)，包括氣象信息采集模塊、水文信息采集模塊和油污檢測(cè)模塊；該系統(tǒng)用于采集氣象信息、水文信息和油污信息，并與定位與通訊系統(tǒng)相連，將采集到的信息發(fā)送給定位與通訊系統(tǒng)；

定位與通訊系統(tǒng)，用于獲取航標(biāo)燈的位置信息，并將位置信息以及接收到的氣象信息、水文信息和油污信息通過(guò)無(wú)線通訊的方式實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)；

遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，用于通過(guò)人機(jī)交互界面顯示接收到的航標(biāo)燈位置信息、氣象信息、水文信息和油污信息，對(duì)航標(biāo)燈的偏移情況、航標(biāo)燈的明暗狀態(tài)、電池組模塊的充電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)航標(biāo)燈工作狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的氣象信息采集模塊包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、溫度傳感器和氣壓傳感器；其中：

風(fēng)速傳感器每隔3秒采集一次風(fēng)速信息，并保存周期為1分鐘和10分鐘的最大風(fēng)速和平均風(fēng)速；

風(fēng)向傳感器每隔3秒采集一次風(fēng)向信息，并保存周期為1分鐘和10分鐘的最大風(fēng)向和平均風(fēng)向，最大風(fēng)向?yàn)樽畲箫L(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)向，平均風(fēng)向?yàn)槠骄L(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)向；

溫度傳感器每隔3秒采集一次氣溫和表層水溫，并保存周期為1分鐘的平均溫度值，平均溫度值由1分鐘內(nèi)0秒開(kāi)始到60秒結(jié)束的21次采樣結(jié)果中，剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值后取的平均值；

氣壓傳感器實(shí)時(shí)采集大氣壓力值，并保存周期為1分鐘和1天內(nèi)的平均大氣壓力值。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的水文信息采集模塊包括傾角傳感器、方位傳感器和垂直加速度計(jì)，航標(biāo)燈主體內(nèi)部設(shè)置有垂擺；傾角傳感器和方位傳感器用于測(cè)量垂擺的轉(zhuǎn)角大小和方向，進(jìn)而得到航標(biāo)燈隨波面縱傾和橫傾兩組參數(shù)，通過(guò)這兩組參數(shù)計(jì)算出浮標(biāo)傾斜的方位角；垂直加速度計(jì)用于測(cè)量反映波面升沉運(yùn)動(dòng)加速度的持續(xù)變化信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理得到波高和對(duì)應(yīng)的波周期；

水文信號(hào)采集模塊輸出的水文數(shù)據(jù)包括：最大波高和最大波周期，十分之一大波波高和十分之一大波周期，有效波高和有效波周期，平均波高和平均周期以及波浪方向。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的油污檢測(cè)模塊包括多個(gè)燈載油污傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水域含油量，當(dāng)監(jiān)測(cè)到油污時(shí)，根據(jù)不同的油污濃度，發(fā)出相應(yīng)級(jí)別的報(bào)警。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的定位與通訊系統(tǒng)包括GPRS數(shù)據(jù)通訊模塊，GPRS數(shù)據(jù)通訊模塊用于實(shí)現(xiàn)航標(biāo)燈與遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的定位與通訊系統(tǒng)包括北斗定位系統(tǒng)，北斗定位系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)獲取航標(biāo)燈的位置信息。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的電池組模塊采用多個(gè)鋰離子電池單體通過(guò)串并聯(lián)方式構(gòu)成的電池組，且電池組模塊內(nèi)設(shè)置有電池?zé)峁芾砟K，電池?zé)峁芾砟K用于對(duì)電池組內(nèi)部的溫度場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控，使電池組溫度控制在工作溫度范圍內(nèi)，并保持溫度場(chǎng)分布的均勻；電池?zé)峁芾砟K中設(shè)置有熱導(dǎo)片，熱導(dǎo)片為嵌有PTC板的鋁片。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的太陽(yáng)能發(fā)電裝置采用模組化太陽(yáng)能板，包括多個(gè)串聯(lián)后并聯(lián)的太陽(yáng)能板以及太陽(yáng)能板支架，太陽(yáng)能板安裝在太陽(yáng)能板支架上。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的風(fēng)能發(fā)電裝置包括塔架，塔架上設(shè)置有發(fā)電裝置，發(fā)電裝置一端連接有風(fēng)輪，另一端連接有尾翼，發(fā)電裝置內(nèi)還設(shè)置有限速裝置。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置、太陽(yáng)能發(fā)電裝置和風(fēng)能發(fā)電裝置均設(shè)置防反沖二極管，三個(gè)裝置之間并聯(lián)后與電池組模塊相連。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的新型多功能環(huán)保航標(biāo)燈，通過(guò)利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能三種能源互補(bǔ)發(fā)電，能實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和電能的合理分配，在不需要外部電源的情況下能夠在正常海洋環(huán)境下自動(dòng)、定時(shí)采集海洋數(shù)據(jù)的航標(biāo)燈。本發(fā)明設(shè)計(jì)的航標(biāo)燈研究了太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能的發(fā)電能力，使其發(fā)電量能夠滿足航標(biāo)燈的正常工作，而且在電路的控制下多種傳感器的協(xié)同工作來(lái)采集多種海洋數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的新型多功能環(huán)保航標(biāo)燈組成模塊圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的新型多功能環(huán)保航標(biāo)燈結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的光伏電池等效電路圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的SGSN和GGSN的加入方法。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的GSM體系結(jié)構(gòu)。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的LFP電池充放電效率隨溫度變化趨勢(shì)。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的電池?zé)峁芾硎疽鈭D。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的休眠工作模式。

圖10是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-波浪能發(fā)電裝置，2-太陽(yáng)能板支架，3-太陽(yáng)能發(fā)電裝置，4-風(fēng)能發(fā)電裝置，5-航標(biāo)燈架，6-航標(biāo)燈，7-無(wú)人機(jī)充電平臺(tái)，8-放置太陽(yáng)能航標(biāo)燈的平臺(tái)，9-電機(jī)，10-機(jī)盒，11-電池組模塊，12-浮體，13-配重塊。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的新型多功能環(huán)保航標(biāo)燈，包括：航標(biāo)燈主體，設(shè)置在航標(biāo)燈主體上的清潔能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、多信息采集系統(tǒng)和定位與通訊系統(tǒng)，以及與航標(biāo)燈主體通過(guò)無(wú)線方式連接的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)；其中：

清潔能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能發(fā)電裝置3、風(fēng)能發(fā)電裝置4和波浪能發(fā)電裝置1；該系統(tǒng)用于采集太陽(yáng)能、風(fēng)能和波浪能并轉(zhuǎn)化為電能，存儲(chǔ)至電池組模塊中；

航標(biāo)燈主體包括設(shè)置在底部的浮體12，波浪能發(fā)電裝置1設(shè)置在浮體12重心位置的下方，太陽(yáng)能發(fā)電裝置3和風(fēng)能發(fā)電裝置4設(shè)置在浮體12的上表面，太陽(yáng)能發(fā)電裝置3和風(fēng)能發(fā)電裝置4均以浮體12的重心為對(duì)稱(chēng)中心呈中心對(duì)稱(chēng)排布；浮體12的重心位置上還設(shè)置有機(jī)盒10和電池組模塊11，機(jī)盒10上方設(shè)置有航標(biāo)燈架5，航標(biāo)燈架5的頂部設(shè)置有航標(biāo)燈6；航標(biāo)燈6通過(guò)機(jī)盒10與電池組模塊11相連；

多信息采集系統(tǒng)，包括氣象信息采集模塊、水文信息采集模塊和油污檢測(cè)模塊；該系統(tǒng)用于采集氣象信息、水文信息和油污信息，并與定位與通訊系統(tǒng)相連，將采集到的信息發(fā)送給定位與通訊系統(tǒng)；

定位與通訊系統(tǒng)，用于獲取航標(biāo)燈的位置信息，并將位置信息以及接收到的氣象信息、水文信息和油污信息通過(guò)無(wú)線通訊的方式實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)；

遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，用于通過(guò)人機(jī)交互界面顯示接收到的航標(biāo)燈位置信息、氣象信息、水文信息和油污信息，對(duì)航標(biāo)燈的偏移情況、航標(biāo)燈的明暗狀態(tài)、電池組模塊的充電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)航標(biāo)燈工作狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。

氣象信息采集模塊包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、溫度傳感器和氣壓傳感器；其中：

風(fēng)速傳感器每隔3秒采集一次風(fēng)速信息，并保存周期為1分鐘和10分鐘的最大風(fēng)速和平均風(fēng)速；

風(fēng)向傳感器每隔3秒采集一次風(fēng)向信息，并保存周期為1分鐘和10分鐘的最大風(fēng)向和平均風(fēng)向，最大風(fēng)向?yàn)樽畲箫L(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)向，平均風(fēng)向?yàn)槠骄L(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)向；

溫度傳感器每隔3秒采集一次氣溫和表層水溫，并保存周期為1分鐘的平均溫度值，平均溫度值由1分鐘內(nèi)0秒開(kāi)始到60秒結(jié)束的21次采樣結(jié)果中，剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值后取的平均值；

氣壓傳感器實(shí)時(shí)采集大氣壓力值，并保存周期為1分鐘和1天內(nèi)的平均大氣壓力值。

水文信息采集模塊包括傾角傳感器、方位傳感器和垂直加速度計(jì)，航標(biāo)燈主體內(nèi)部設(shè)置有垂擺；傾角傳感器和方位傳感器用于測(cè)量垂擺的轉(zhuǎn)角大小和方向，進(jìn)而得到航標(biāo)燈隨波面縱傾和橫傾兩組參數(shù)，通過(guò)這兩組參數(shù)計(jì)算出浮標(biāo)傾斜的方位角；垂直加速度計(jì)用于測(cè)量反映波面升沉運(yùn)動(dòng)加速度的持續(xù)變化信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理得到波高和對(duì)應(yīng)的波周期；

水文信號(hào)采集模塊輸出的水文數(shù)據(jù)包括：最大波高和最大波周期，十分之一大波波高和十分之一大波周期，有效波高和有效波周期，平均波高和平均周期以及波浪方向。

油污檢測(cè)模塊包括多個(gè)燈載油污傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水域含油量，當(dāng)監(jiān)測(cè)到油污時(shí)，根據(jù)不同的油污濃度，發(fā)出相應(yīng)級(jí)別的報(bào)警。

定位與通訊系統(tǒng)包括GPRS數(shù)據(jù)通訊模塊，GPRS數(shù)據(jù)通訊模塊用于實(shí)現(xiàn)航標(biāo)燈與遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。定位與通訊系統(tǒng)包括北斗定位系統(tǒng)，北斗定位系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)獲取航標(biāo)燈的位置信息。

電池組模塊采用多個(gè)鋰離子電池單體通過(guò)串并聯(lián)方式構(gòu)成的電池組，且電池組模塊內(nèi)設(shè)置有電池?zé)峁芾砟K，電池?zé)峁芾砟K用于對(duì)電池組內(nèi)部的溫度場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控，使電池組溫度控制在工作溫度范圍內(nèi)，并保持溫度場(chǎng)分布的均勻；電池?zé)峁芾砟K中設(shè)置有熱導(dǎo)片，熱導(dǎo)片為嵌有PTC板的鋁片。

太陽(yáng)能發(fā)電裝置3采用模組化太陽(yáng)能板，包括多個(gè)串聯(lián)后并聯(lián)的太陽(yáng)能板以及太陽(yáng)能板支架2，太陽(yáng)能板安裝在太陽(yáng)能板支架2上。

風(fēng)能發(fā)電裝置4包括塔架，塔架上設(shè)置有發(fā)電裝置，發(fā)電裝置一端連接有風(fēng)輪，另一端連接有尾翼，發(fā)電裝置內(nèi)還設(shè)置有限速裝置。

波浪能發(fā)電裝置1、太陽(yáng)能發(fā)電裝置3和風(fēng)能發(fā)電裝置4均設(shè)置防反沖二極管，三個(gè)裝置之間并聯(lián)后與電池組模塊11相連。

浮體12底部設(shè)置有配重塊13，太陽(yáng)能發(fā)電裝置3上均設(shè)置有用于調(diào)整角度的電機(jī)9。航標(biāo)燈架5上設(shè)置有無(wú)人機(jī)充電平臺(tái)7，機(jī)盒10上預(yù)留有用于無(wú)人機(jī)充電的充電接口。航標(biāo)燈架5上設(shè)置有放置太陽(yáng)能航標(biāo)燈的平臺(tái)8。

在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例中：

(一)多功能航標(biāo)燈結(jié)構(gòu)與功能

(1)多功能航標(biāo)燈結(jié)構(gòu)

多功能航標(biāo)燈由三部分構(gòu)成：航標(biāo)部分、通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、基座部分，該系統(tǒng)可測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、氣溫、表層水溫、波高、波向、波周期、等水文要素。

航標(biāo)主要由浮體、尾架、配重、燈架、航標(biāo)燈座、太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備、風(fēng)能發(fā)電設(shè)備、波浪能發(fā)電設(shè)備、航標(biāo)燈、蓄電池、各種儀器安裝支架、錨系環(huán)等部分組成。浮標(biāo)部分主要工作在環(huán)境惡劣的海面，需要經(jīng)受惡劣天氣、腐蝕性鹽霧、大溫差等考驗(yàn)，起著數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)淖饔谩Ｒ苿?dòng)端接收設(shè)備由多個(gè)功能模塊組成，軟件采用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，能夠接收及顯示該系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)。

(2)主要功能

1、氣象數(shù)據(jù)的采集

氣象數(shù)據(jù)主要采用風(fēng)速傳感器、氣壓傳感器、溫度傳感器等傳感器技術(shù)對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、氣溫及表層水溫進(jìn)行測(cè)量。

a)風(fēng)速

風(fēng)速是指空氣質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)的距離與經(jīng)過(guò)該距離所需時(shí)間的比值。要測(cè)量的風(fēng)速參數(shù)如下：

風(fēng)參數(shù)每3秒采樣1次，每個(gè)3秒的整數(shù)時(shí)間采樣風(fēng)向；周期內(nèi)3秒極大風(fēng)速——以3秒鐘為單位所對(duì)應(yīng)的周期內(nèi)風(fēng)速最大值；周期內(nèi)1分鐘最大風(fēng)速——以1分鐘為單位所對(duì)應(yīng)的周期內(nèi)風(fēng)速最大值；周期內(nèi)10分鐘最大風(fēng)速——以10分鐘為單位所對(duì)應(yīng)的周期內(nèi)風(fēng)速最大值；周期點(diǎn)10分鐘平均風(fēng)速——以10分鐘為單位所對(duì)應(yīng)的周期點(diǎn)前的平均風(fēng)速；日3秒極大風(fēng)速——以3秒鐘為單位所對(duì)應(yīng)的日風(fēng)速最大值；日1分鐘最大風(fēng)速——以1分鐘為單位所對(duì)應(yīng)的日風(fēng)速最大值；日10分鐘最大風(fēng)速——以10分鐘為單位所對(duì)應(yīng)的日風(fēng)速最大值。

b)風(fēng)向

風(fēng)向是指風(fēng)吹來(lái)的方向，要測(cè)量的風(fēng)向參數(shù)如下：

周期內(nèi)3秒極大風(fēng)向——周期內(nèi)3秒極大風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的風(fēng)向值；周期內(nèi)1分鐘最大風(fēng)向——周期內(nèi)1分鐘最大風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的風(fēng)向值；周期內(nèi)10分鐘最大風(fēng)向——周期內(nèi)10分鐘最大風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的風(fēng)向值；周期點(diǎn)10分鐘平均風(fēng)向——周期點(diǎn)10分鐘平均風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的風(fēng)向值；日3秒極大風(fēng)向——日3秒極大風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的風(fēng)向值；日1分鐘最大風(fēng)向——日1分鐘最大風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的風(fēng)向值；日10分鐘最大風(fēng)向——日10分鐘最大風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的風(fēng)向值。

c)氣壓

氣壓指作用在單位面積上的大氣壓力。要測(cè)量的氣壓參數(shù)如下：

周期點(diǎn)氣壓——周期點(diǎn)前1分鐘平均大氣壓力；周期內(nèi)最高氣壓——周期內(nèi)的1分鐘平均最高氣壓；周期內(nèi)最低氣壓——周期內(nèi)的1分鐘平均最低氣壓；日內(nèi)最高氣壓——周期內(nèi)的1分鐘平均最高氣壓；日內(nèi)最低氣壓——周期內(nèi)的1分鐘平均最低氣壓。

d)氣溫、表層水溫

氣溫、表層水溫參數(shù)采樣間隔3秒，每個(gè)3秒整數(shù)時(shí)間采樣溫值。要測(cè)量的氣壓參數(shù)如下：

一分鐘平均溫值：由前一分鐘0秒開(kāi)始到本分鐘0秒結(jié)束的21次采樣剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值取平均獲得。

2、水文數(shù)據(jù)的采集

傾角傳感器配合位于其上方的方位傳感器進(jìn)行波向參數(shù)的測(cè)量：當(dāng)浮標(biāo)隨波面發(fā)生傾斜時(shí)，垂擺繞其擺心保持鉛直狀態(tài)。此時(shí)，垂擺位角不同，擺軸做順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣通過(guò)測(cè)量擺軸的轉(zhuǎn)角大小和方向就可以得到浮標(biāo)隨波面縱傾和橫傾兩組參數(shù)，利用這兩組參數(shù)便可以計(jì)算出浮標(biāo)傾斜的方位角。這個(gè)方位角也反映了波面傾斜的方向。然后通過(guò)測(cè)量擺軸旋轉(zhuǎn)加速度和方向計(jì)算出來(lái)的這個(gè)波面傾斜方向是相對(duì)于傾角傳感器自身測(cè)量極限的方向。這個(gè)相對(duì)方向經(jīng)由方位傳感器測(cè)得的浮標(biāo)方位對(duì)傳感器基線做校正，最后得到波面傾斜的地磁方向。

海浪：

(1)波高，指相鄰的波峰與波谷間的鉛直距離。波周期，相鄰兩個(gè)波峰或兩個(gè)波谷經(jīng)過(guò)某固定點(diǎn)的時(shí)間間隔稱(chēng)一個(gè)波的周期。波向，波浪傳來(lái)的方向。

測(cè)量波高的垂直加速度計(jì)安裝在垂直擺的擺盒內(nèi)。垂擺為垂直加速度計(jì)提供所需的“垂直運(yùn)動(dòng)”測(cè)量環(huán)境。采用重力加速度度原理進(jìn)行波高和周期的測(cè)量：當(dāng)浮標(biāo)隨波面變化作升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，安裝在浮標(biāo)內(nèi)的垂直加速度計(jì)輸出一個(gè)反映波面升沉運(yùn)動(dòng)加速度的持續(xù)變化信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)二次積分電路處理后，即可得到對(duì)應(yīng)于波面升沉高度變化的電壓信號(hào)，將該信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和計(jì)算處理后就可以得到波高的各種特征值及其對(duì)應(yīng)的波周期。

傾角傳感器配合位于其上方的方位傳感器進(jìn)行波向參數(shù)的測(cè)量：當(dāng)浮標(biāo)隨波面發(fā)生傾斜時(shí)，垂擺繞其擺心保持鉛直狀態(tài)。此時(shí)，垂擺位角不同，擺軸做順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣通過(guò)測(cè)量擺軸的轉(zhuǎn)角大小和方向就可以得到浮標(biāo)隨波面縱傾和橫傾兩組參數(shù)，利用這兩組參數(shù)便可以計(jì)算出浮標(biāo)傾斜的方位角。這個(gè)方位角也反映了波面傾斜的方向。然后通過(guò)測(cè)量擺軸旋轉(zhuǎn)加速度和方向計(jì)算出來(lái)的這個(gè)波面傾斜方向是相對(duì)于傾角傳感器自身測(cè)量極限的方向。這個(gè)相對(duì)方向經(jīng)由方位傳感器測(cè)得的浮標(biāo)方位對(duì)傳感器基線做校正，最后得到波面傾斜的地磁方向。

要測(cè)量的海浪參數(shù)如下：

最大波高和最大波周期——最大波高是海浪連續(xù)記錄中波高的最大值，其對(duì)應(yīng)周期為最大波周期；

十分之一大波波高和十分之一大波周期——十分之一大波波高是海浪連續(xù)記錄中波高總個(gè)數(shù)的十分之一個(gè)大波的波高平均值，其對(duì)應(yīng)周期的平均值為十分之一大波周期；

有效波高和有效波周期——有效波高是海浪連續(xù)記錄中波高總個(gè)數(shù)的三分之一個(gè)大波的波高平均值；其對(duì)應(yīng)周期的平均值為有效波周期；

平均波高和平均周期——平均波高是海浪連續(xù)記錄中波高總個(gè)數(shù)的波高平均值，其對(duì)應(yīng)周期的平均值為平均周期。

(2)波浪方向——波浪在16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方位上的出現(xiàn)百分比，這16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方位是指：N，NNE，NE，ENE，E，ESE，SE，SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW，NNW。

3、油污監(jiān)測(cè)

燈載油污傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水域含油量，當(dāng)監(jiān)測(cè)到油污時(shí)根據(jù)不同的油污濃度，發(fā)出相應(yīng)級(jí)別的報(bào)警，為主管部門(mén)控制油污的擴(kuò)散贏得時(shí)間。

4、異常報(bào)警

采用先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)后，系統(tǒng)能通過(guò)遙測(cè)監(jiān)控系對(duì)百里之外航標(biāo)的偏移情況、航標(biāo)燈的明暗狀態(tài)、太陽(yáng)能電池的充電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)航標(biāo)工作狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。在航標(biāo)受到船舶撞擊漂移時(shí)，還能自動(dòng)跟蹤肇事船舶，并將其信息上報(bào)海事主管部門(mén)。

(二)新能源發(fā)電原理

1、太陽(yáng)能發(fā)電原理

目前，太陽(yáng)能的利用主要通過(guò)兩個(gè)方式:光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換。光熱轉(zhuǎn)換指利用各種集熱器件把太陽(yáng)輻射的能量轉(zhuǎn)換為熱能如太陽(yáng)能熱水器；光電轉(zhuǎn)換指利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換為電能。常用的太陽(yáng)能電池包括:有機(jī)太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池、聚光太陽(yáng)能電池及晶硅太陽(yáng)能電池幾大類(lèi)。不同種類(lèi)的電池，光電轉(zhuǎn)換率也不同，目前的太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化率約18％～40％。

光伏發(fā)電系統(tǒng)充分利用海洋的太陽(yáng)能，通過(guò)光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。光伏電池的原理是利用光伏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，由于半導(dǎo)體PN結(jié)的光伏效應(yīng)強(qiáng)，所以光伏電池基本都是由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。光伏電池材料主要有硅、化合物半導(dǎo)體材料兩大類(lèi)，其中，硅電池分為單晶硅、多晶硅和非晶硅三類(lèi)，對(duì)于化合物半導(dǎo)體電池，目前應(yīng)用較多的是GaAs和InP等。

光伏電池在使用中一般是將一定數(shù)量的單個(gè)電池串聯(lián)起來(lái)組成光伏電池模塊，再根據(jù)實(shí)際情況，將電池模塊進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，構(gòu)成光伏陣列，滿足電壓或電流的需求。

光伏電池是非線性元件，其輸出功率受光照和溫度的影響較大。

根據(jù)光伏電池等效電路可以得到以下關(guān)系式

式中:

V―光伏電池輸出電壓；

I―光伏電池輸出電流；

Isc―光生電流；

I_o―二極管反向飽和電流；

Rs―串聯(lián)電阻；

Rsh―并聯(lián)電阻；

q―電子電荷，1.6×10^-19C；

K―波爾茲曼常數(shù)，1.38×10^-25J/K；

T―絕對(duì)溫度；

n―二極管因子。

2、風(fēng)能發(fā)電原理

(1)風(fēng)能和風(fēng)能密度的計(jì)算

風(fēng)能利用主要是將它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，所以計(jì)算風(fēng)能的大小實(shí)際就是計(jì)算氣流流過(guò)的動(dòng)能，常用的風(fēng)能功率公式如下所示。

式中，W為風(fēng)能功率，W；ρ為空氣密度，在常溫常壓下，ρ的變化可以忽略不計(jì)，一般取ρ＝1.25kg/m³；A為氣流通過(guò)的面積，即風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)一周的掃掠面積，m²；v為風(fēng)速，m/s。由式(2)得風(fēng)能大小與空氣密度、氣流通過(guò)面積和風(fēng)速的三次方成正比，因此，在風(fēng)能計(jì)算中，最重要的因素是風(fēng)速，風(fēng)速取值準(zhǔn)確與否對(duì)風(fēng)能的估計(jì)起決定性作用。

風(fēng)能密度是氣流在單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的風(fēng)能，常以W/m²來(lái)表示。風(fēng)能密度是描述一個(gè)地方風(fēng)能潛力的最方便最有價(jià)值的量，但是在實(shí)際當(dāng)中風(fēng)速每時(shí)每刻都在變化，不能使用某個(gè)瞬時(shí)風(fēng)速值來(lái)計(jì)算風(fēng)能密度，只有長(zhǎng)期風(fēng)速觀察資料才能反映其規(guī)律，故引出了平均風(fēng)能密度的概念。計(jì)算風(fēng)能密度主要有直接計(jì)算和概率計(jì)算兩種方法。

a.直接計(jì)算法

以記錄表每日24次10分鐘平均風(fēng)速資料進(jìn)行風(fēng)速分級(jí)，統(tǒng)計(jì)各級(jí)風(fēng)速的次數(shù)N_i，根據(jù)下式計(jì)算平均風(fēng)能密度:

式中w為平均風(fēng)能密度，W/m²；v_i為等級(jí)風(fēng)速，m/s；N_i為等級(jí)風(fēng)速v_i出現(xiàn)的次數(shù)；N為各等級(jí)風(fēng)速v_i出現(xiàn)的總次數(shù)；ρ為空氣密度，kg/m³。

b.概率計(jì)算法

對(duì)某一具體地點(diǎn)，空氣密度ρ可近似看作常數(shù)，所以風(fēng)能密度w的概率分布實(shí)際上取決于風(fēng)速的概率分布，而韋布爾分布是目前最為常用的擬和實(shí)際風(fēng)速的分布函數(shù)。根據(jù)(4)式假設(shè)在T時(shí)間段內(nèi)，可得平均風(fēng)能密度為

若在T時(shí)間段內(nèi)，又己知風(fēng)速的韋布爾概率分布P(v)，則平均風(fēng)能密度可化為

(2)風(fēng)機(jī)利用的風(fēng)能

當(dāng)空氣密度不大的時(shí)候，無(wú)論是風(fēng)能密度還是風(fēng)能大小都與速度的三次方成正比，提高風(fēng)速是提高風(fēng)能最為有效的途徑。但是風(fēng)機(jī)的利用率不可能達(dá)到百分之百，所以風(fēng)力機(jī)可以轉(zhuǎn)化的能量為：

C_p為風(fēng)能利用系數(shù)，根據(jù)貝茲理論，風(fēng)能利用系數(shù)最大值C_p＝16/27＝0.593。

貝茲理論是風(fēng)力機(jī)第一氣動(dòng)理論，它是利用一元定常流動(dòng)的動(dòng)量方程來(lái)討論理想狀態(tài)下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大風(fēng)能利用系數(shù)。貝茲理論的風(fēng)輪理想假定：風(fēng)輪流動(dòng)模型簡(jiǎn)化為一個(gè)單元流管；風(fēng)輪沒(méi)有錐角、傾角和偏角，風(fēng)輪簡(jiǎn)化為一個(gè)平面槳盤(pán)；風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有摩擦阻力；風(fēng)輪前未受擾動(dòng)的氣流靜壓和風(fēng)輪后的氣流靜壓相等，作用在風(fēng)輪上的推力是均勻的。

貝茲理論的推導(dǎo)如下：首先定義變量，

v₁―風(fēng)輪前方的風(fēng)速，m/s；

v₂―葉片掃掠后的風(fēng)速，m/s；

v―實(shí)際通過(guò)風(fēng)輪的風(fēng)速，m/s；

ρ―空氣密度，kg/m3；

A―葉片掃風(fēng)面積，m2；

P―風(fēng)機(jī)吸收的動(dòng)能，W；

P_O―風(fēng)的初始動(dòng)能，W；

C_p―風(fēng)能利用系數(shù)；

根據(jù)伯努利方程

則葉片單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的風(fēng)的質(zhì)量

根據(jù)牛頓第二定律，葉片吸收的動(dòng)能等于風(fēng)初始動(dòng)能與風(fēng)殘余動(dòng)能之差，于是得到：

把式(8)帶入式(9)得：

由風(fēng)能基本知識(shí)可知因此得風(fēng)能利用系數(shù)

由此可見(jiàn)，C_p為v₂/v₁的三次函數(shù)，當(dāng)v₂/v₁＝1/3時(shí)，C_p取最大值16/27。

這就是貝茲理論極限值，它說(shuō)明風(fēng)力機(jī)從風(fēng)流場(chǎng)中所能索取的能量是有限的，其功率損失部分可以解釋為留在尾流中的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。因此可以確定無(wú)論何種類(lèi)型的風(fēng)力機(jī)，其實(shí)際風(fēng)能利用率一定低于0.593。

3.波浪能發(fā)電原理

波浪能是指波動(dòng)自水面伸至無(wú)波動(dòng)水深處，在一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的動(dòng)能和勢(shì)能之總和。

單位波峰長(zhǎng)度單個(gè)波長(zhǎng)的勢(shì)能E_p、動(dòng)能E_k通式^[7]如式14、15所示：

式中：

P―水的密度；

g―重力加速度；

ζ―波面相對(duì)于靜水面的升高；

v―水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度；

S―水體的面積；

Q―水體的體積。

根據(jù)微幅波理論，前進(jìn)波在一個(gè)波周期中，單位面積水柱體內(nèi)勢(shì)能與動(dòng)能相等如式16所示：

式中：H―波高。

一個(gè)波周期中單位面積水柱內(nèi)波浪能一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)沿著波峰方向?qū)挾葹長(zhǎng)米的水體的波浪能對(duì)于立波，波浪能

波浪能發(fā)電一般需經(jīng)過(guò)三級(jí)能量轉(zhuǎn)換，其中，一級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)即波浪能俘獲系統(tǒng)，將海洋波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；二級(jí)、三級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)最終將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)于某些波浪能發(fā)電裝置，采用能量俘獲裝置直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式，則沒(méi)有二級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

近年來(lái)，在海洋能技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，涌現(xiàn)了多種多樣的波浪能發(fā)電裝置。按照一級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)劃分，裝置可以分為振蕩水柱式、點(diǎn)吸收式(振蕩浮子式)、收縮波道式(越浪式)、擺式等；按照二級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)劃分，可以分為氣動(dòng)式、液壓式、液動(dòng)式和機(jī)械式等；按照發(fā)電裝置的安裝位置劃分，可以分為岸式、近岸式和離岸式；按照固定方式劃分，可分為固定式和漂浮式[8]。

(三)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

1、航標(biāo)燈遙測(cè)遙控技術(shù)需求

航標(biāo)遙控遙測(cè)系統(tǒng)由以下三部分組成:遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、航標(biāo)遙控遙測(cè)終端裝置。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向航標(biāo)遙控遙測(cè)終端發(fā)送遙控遙測(cè)指令，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自終端發(fā)回的數(shù)據(jù)信息。監(jiān)控中心同時(shí)還支持電子海圖數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份、數(shù)據(jù)查詢、決策支持等其他服務(wù)。GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接了遠(yuǎn)程監(jiān)控中心及航標(biāo)遙控遙測(cè)終端，使得兩者間數(shù)據(jù)能相互進(jìn)行傳輸。航標(biāo)遙控遙測(cè)終端主要完成航標(biāo)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息的采集，發(fā)送到監(jiān)控中心，以便工作人員及時(shí)了解航標(biāo)工作狀況。

通常情況下，可以將航標(biāo)分為固標(biāo)和浮標(biāo)兩種。顧名思義，固標(biāo)安裝于固定的物體上，位置固定，因而其地理信息明確，無(wú)需在遙控遙測(cè)終端裝置上安裝GPS模塊；浮標(biāo)則安裝于水面上，受環(huán)境影響很容易偏離預(yù)先設(shè)定位置，因而在遙控遙測(cè)終端裝置上需要安裝GPS模塊，以對(duì)航標(biāo)進(jìn)行定位?？紤]到設(shè)計(jì)方案的完整性和功能實(shí)現(xiàn)的全面性，航標(biāo)遙控遙測(cè)終端裝置的功能需求主要針對(duì)浮標(biāo)而言，具體內(nèi)容如下：

1)航標(biāo)位置檢測(cè)。確保航標(biāo)沒(méi)有偏離規(guī)定區(qū)域，防止引發(fā)安全事故。對(duì)航標(biāo)位置的檢測(cè)主要通過(guò)GPS模塊實(shí)現(xiàn)。

2)電流檢測(cè)。包括蓄電池充放電電流及LED燈工作電流的檢測(cè)。

3)電壓檢測(cè)。包括蓄電池充放電電壓、工作電壓及航標(biāo)燈工作電壓的檢測(cè)。

4)撞擊檢測(cè)。航標(biāo)受到猛烈撞擊后，極可能導(dǎo)致航標(biāo)及終端工作失常，應(yīng)及時(shí)報(bào)警，以便檢查維護(hù)。撞擊量的檢測(cè)可通過(guò)加速度計(jì)或陀螺儀實(shí)現(xiàn)。

5)終端與燈器的通信。終端與燈器通過(guò)RS485接口連接，依據(jù)既定的通信規(guī)約，能夠?qū)崿F(xiàn)兩者之間的通信。這里的通信主要指終端對(duì)燈器燈質(zhì)的控制和采集。

6)終端與服務(wù)器的通信。終端與服務(wù)器(遠(yuǎn)程監(jiān)控中心)的通信依賴(lài)于GPRS通信網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)既定通信規(guī)約，當(dāng)服務(wù)器查詢到本地終端并要求其提供相應(yīng)狀態(tài)量信息時(shí)，終端應(yīng)能及時(shí)準(zhǔn)確完成服務(wù)器要求。服務(wù)器未要求本地終端進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)，本地終端應(yīng)能定時(shí)發(fā)送心跳信息，以告知服務(wù)器為在線狀態(tài)。

此外，終端還應(yīng)當(dāng)能設(shè)定各狀態(tài)信息的閥值量，如航標(biāo)燈或蓄電池的電流電壓的預(yù)警、報(bào)警門(mén)限(含上下限)。當(dāng)檢測(cè)到航標(biāo)任一狀態(tài)信息超過(guò)相應(yīng)的值量時(shí)，應(yīng)及時(shí)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心反饋，提示相應(yīng)報(bào)警信息。鑒于終端裝置的低功耗要求，還需允許終端能進(jìn)行不同工作模式的切換，以降低功耗。

2、GPRS相關(guān)理論

通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)(GPRS)被看作是GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的重要里程碑。其好處在于只是在數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)它才占用相應(yīng)資源，同時(shí)，它降低了對(duì)傳統(tǒng)交換電路網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)。相對(duì)于GSM和TDMA來(lái)說(shuō)，GPRS是一種基于分組的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。它不僅提供了處理高速傳輸數(shù)據(jù)的一種典型辦法，還提供了過(guò)渡到3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的橋梁。這使得移動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸具有更高的性價(jià)比，并且更加便于使用戶掌握。

GPRS網(wǎng)絡(luò)使用了與GSM相同的頻段、頻寬、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、突發(fā)結(jié)構(gòu)、跳頻規(guī)則及TDMA幀結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)GPRS系統(tǒng)的構(gòu)建只需以GSM系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)原有的GSM系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級(jí)，而其中絕大部分硬件不需要做改動(dòng)。因此構(gòu)成GPRS系統(tǒng)的步驟分為以下兩步:首先在原有GSM系統(tǒng)中新加入SGSN(GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn))、GGSN(GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn))、PCU(分組控制單元)三個(gè)部件，其次對(duì)GSM的相關(guān)部件進(jìn)行軟件升級(jí)。

根據(jù)SGSN和GGSN的加入方法可知，GGSN利用Gi接口與外部網(wǎng)絡(luò)連通，其他GPRS網(wǎng)絡(luò)是利用Gp接口連通?；臼瞻l(fā)信臺(tái)(BTS并沒(méi)有受硬件功能方面的影響?？偟膩?lái)說(shuō)，除了引入分組控制單元支持節(jié)點(diǎn)(PCUSN)支持基站控制器(BSC)和S GSN之間的面向分組的Gb邏輯接口以外，GPRS只要求對(duì)基站系統(tǒng)(BSS)的軟件進(jìn)行升級(jí)。GPRS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得信令及高級(jí)數(shù)據(jù)協(xié)議與整個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立開(kāi)來(lái)，只有無(wú)線接口中的低級(jí)數(shù)據(jù)協(xié)議以及相同的業(yè)務(wù)工作發(fā)生了變化。GPRS系統(tǒng)的終端設(shè)備與GPRS模塊組成一個(gè)無(wú)線通訊終端；該終端能夠與GSM基站實(shí)現(xiàn)通信，GPRS數(shù)據(jù)可以從基站傳輸?shù)紾PRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)。SGSN與GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)通訊；GGSN首先處理接收到分組數(shù)據(jù)，再將其發(fā)送到因特網(wǎng)等目的網(wǎng)絡(luò)中。而通過(guò)GGSN接收來(lái)自因特網(wǎng)的IP包(該包標(biāo)有移動(dòng)臺(tái)地址)，然后發(fā)送到SGSN，最終可以傳送到目的移動(dòng)臺(tái)上

可以把SGSN當(dāng)成分組數(shù)據(jù)交換的移動(dòng)交換中心(MSC，由他傳輸分組數(shù)據(jù)到服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個(gè)移動(dòng)臺(tái)。SGSN向歸屬位置寄存器(HLR)提交請(qǐng)求并能夠獲取用戶的相關(guān)業(yè)務(wù)文檔信息。SGSN與BTS相連，為移動(dòng)臺(tái)和GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供接口，能夠?qū)σ苿?dòng)臺(tái)的位置信息進(jìn)行記載，并且能夠收發(fā)移動(dòng)臺(tái)與GGSN之間的分組數(shù)據(jù)。

GGSN實(shí)際上可以看作網(wǎng)關(guān)或者數(shù)據(jù)路由，它連接到SGSN后，通過(guò)X.25和X.75協(xié)議使得GPRS和公共分組數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián)，同時(shí)能支持GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。通過(guò)對(duì)GPRS數(shù)據(jù)包協(xié)議轉(zhuǎn)換，GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)。

GPRS網(wǎng)把所有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議封裝到自己的封裝協(xié)議中，稱(chēng)之為GPRS隧道協(xié)議(GTP)，通過(guò)GTP可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。這樣做不僅確保骨干網(wǎng)的安全性，而且簡(jiǎn)化了路由機(jī)理及數(shù)據(jù)在GPRS網(wǎng)上的傳輸。

GPRS網(wǎng)絡(luò)使用了與GSM相同的頻段、頻寬、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、突發(fā)結(jié)構(gòu)、跳頻規(guī)則等規(guī)則，下面介紹GSM網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

GSM網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)對(duì)其功能和接口都已作了定義的功能實(shí)體所構(gòu)成。GSM網(wǎng)絡(luò)主要有以下三個(gè)部分組成:用戶所持有的移動(dòng)臺(tái)(MS)、對(duì)到移動(dòng)臺(tái)的無(wú)線鏈路進(jìn)行控制的基站子系統(tǒng)(BSS)以及交換和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)。GSM網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)圖如圖所示。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的主要部分為移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)，它負(fù)責(zé)在移動(dòng)臺(tái)和其他固定用戶或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶之間的呼叫交換，以及對(duì)用戶認(rèn)證等移動(dòng)業(yè)務(wù)進(jìn)行管理。移動(dòng)站和基站子系統(tǒng)之間通過(guò)Um接口進(jìn)行通信，亦稱(chēng)為空中接口或無(wú)線電鏈路。基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)交換中心通過(guò)A接口進(jìn)行通信。

移動(dòng)終端設(shè)備(ME)：又稱(chēng)為移動(dòng)臺(tái)，由無(wú)線電收發(fā)信機(jī)、顯示和數(shù)字信號(hào)處理器以及被稱(chēng)為用戶識(shí)別模塊(SIM)的智能卡等組成。SIM卡使終端用戶可具備個(gè)人移動(dòng)性，從而使用戶無(wú)論使用任何終端還是其終端處于任何位置都可以接入到所有預(yù)約業(yè)務(wù)。將SIM卡插入到任何一部GSM蜂窩手機(jī)中，用戶就可通過(guò)該手機(jī)進(jìn)行呼入或呼出通話，并獲得其他的預(yù)約服務(wù)。

基站子系統(tǒng)(BSS)：由基站收發(fā)信機(jī)(BTS)與基站控制器(BSC)兩個(gè)部分構(gòu)成。兩者間通過(guò)專(zhuān)用Abis空中接口通信，使其能夠在不同廠商制造的部件之間運(yùn)行。基站收發(fā)信機(jī)(BTS)包含無(wú)線電收發(fā)信機(jī)，并由此來(lái)定義小區(qū)大小和處理與移動(dòng)臺(tái)之間的無(wú)線電鏈路協(xié)議。基站控制器(BSC)管理一個(gè)或多個(gè)BTS的無(wú)線電資源，負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)線信道的建立、跳頻和越區(qū)切換等進(jìn)行處理。BSC負(fù)責(zé)移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)之間的鏈接。BSC還將無(wú)線電鏈路所使用的13Kbit/s話音信道轉(zhuǎn)換為公用電話交換網(wǎng)(PSTN)或ISDN所使用的標(biāo)準(zhǔn)64kbit/s信道。BSC位于BTS與MSC之間，并為在其控制下的小區(qū)提供無(wú)線電資源管理。BSC負(fù)責(zé)移動(dòng)臺(tái)頻率及時(shí)隙的分配和釋放，對(duì)越區(qū)切換進(jìn)行處理以及對(duì)其范圍內(nèi)基站子系統(tǒng)和移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率進(jìn)行控制。BSC的功能是對(duì)在BTS與MSC之間必須的時(shí)隙進(jìn)行分配。

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)：主要功能為交換功能和數(shù)據(jù)庫(kù)功能，而數(shù)據(jù)庫(kù)功能是移動(dòng)性和安全性管理所必須的。其最主要的部分為MSC，即移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心，它能夠控制覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有移動(dòng)臺(tái)，并使其完成話路交換功能，同時(shí)它也連接了移動(dòng)通信系統(tǒng)和其他的電話網(wǎng)絡(luò)。另外，每個(gè)MSC還應(yīng)該能夠獲知相應(yīng)的位置信息，也就是說(shuō)要能夠?qū)崿F(xiàn)入口MSC的功能。通過(guò)HLR拜訪位置寄存器和VLR歸屬位置寄存器，可以查詢到客戶參數(shù)及所處位置信息。AUC被稱(chēng)為鑒權(quán)中心，它能夠?qū)⒂脩羯矸荽_認(rèn)下來(lái)，并且能對(duì)呼叫保密的功能實(shí)體起到健全和加密的作用。EIR為移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器，可以防止非法移動(dòng)臺(tái)的使用。

(四)航標(biāo)燈電池

目前，航標(biāo)終端一般采用鉛蓄電池供電，用太陽(yáng)能為鉛蓄電池充電，通常不能維持較長(zhǎng)的工作時(shí)間。當(dāng)遇到連續(xù)的陰天、霧霾天氣時(shí)，容易導(dǎo)致航標(biāo)系統(tǒng)因供電不足而無(wú)法正常工作。與鉛蓄電池相比，磷酸鐵鋰電池(Lithium iron phosphate Battery，LFP)具有比能量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)。但張彩萍等對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行高、低溫實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著環(huán)境溫度的升高，電池的充放電效率也得到提高；低溫時(shí)電池的充放電容量和充放電效率下降顯著。谷亦杰等針對(duì)型號(hào)為42110圓柱形、10A·h LFP電池進(jìn)行高低溫實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出了與張彩萍等類(lèi)似的結(jié)果，即溫度對(duì)充放電效率起到積極促進(jìn)作用，在一定范圍內(nèi)，充放電效率隨溫度的升高而提高。

磷酸鐵鋰電池與鉛蓄電池的特性比較表

海上晝夜溫差較大，尤其是我國(guó)北方沿海冬季氣溫較低，對(duì)鋰電池性能會(huì)造成一定影響。為了將鋰離子電池運(yùn)用到航標(biāo)終端上，需要利用鋰離子電池單體通過(guò)串并聯(lián)的方式構(gòu)成電池組，然后針對(duì)該電池組設(shè)計(jì)電池?zé)峁芾砟K(Battery thermal management module，BTMM)，BTMM能夠?qū)﹄姵亟M內(nèi)部的溫度場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控，使電池組溫度控制在合理范圍內(nèi)，并保持溫度場(chǎng)分布的均勻。

電池?zé)峁芾砟K中導(dǎo)熱片為嵌有PTC板的鋁片，PTC是一種熱轉(zhuǎn)換效率高、通電后會(huì)產(chǎn)熱的加熱材料，能夠使電池組在短時(shí)間內(nèi)快速升溫，在達(dá)到一定溫度后又能防止溫度升得過(guò)高。導(dǎo)熱片的主要作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面將電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到電池表面，通過(guò)鋁片散發(fā)熱量，均衡電池單體間溫度；另一方面是在冬季低溫時(shí)將PTC產(chǎn)生的熱量通過(guò)鋁板均勻傳遞給電池單體。

通過(guò)使用電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，鋰電池工作時(shí)能始終保持在合適的溫度。同時(shí)，對(duì)航標(biāo)終端采取休眠工作方式，使航標(biāo)終端間歇工作，也能降低系統(tǒng)功耗。

本發(fā)明的有益效果為：

利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能供電從而形成一種能自動(dòng)、定點(diǎn)、定時(shí)(或連續(xù))地對(duì)海面波浪、氣溫和氣壓的等水文氣象要素進(jìn)行遙測(cè)的智能環(huán)保航標(biāo)海洋數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這樣可以減少工作人員在海上施工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)；減少在惡劣情況下?lián)屝蕖⒀矙z的情況，在節(jié)約維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本、減少船舶開(kāi)航次數(shù)等很多方面有著積極的作用。航標(biāo)燈使用了更多形式的可再生能源，降低了非可再生能源的消耗和二氧化碳的排放，也減少了運(yùn)營(yíng)達(dá)到了運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。