海洋精细化漂流浮标观测网络实验

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2025050

山东科学 ›› 2025, Vol. 38 ›› Issue (6): 22-28.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.2025050

海洋精细化漂流浮标观测网络实验

李宾¹(), 张文¹^,^*(), 厉运周², 赵强², 徐登科¹

1.国防科技大学气象海洋学院, 湖南长沙 410073
2.齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所, 山东青岛 266061

收稿日期:2025-05-09 修回日期:2025-05-26 出版日期:2025-12-20 上线日期:2025-10-14
通信作者: 张文 E-mail:18873192712@163.com;zhangwen06@nudt.edu.cn
作者简介:李宾(2004—),男,本科生。E-mail:18873192712@163.com
基金资助:
山东省重点研发项目(2023ZLYS01)

Experiment on a fine-scale marine drifting buoy observation network

LI Bin¹(), ZHANG Wen¹^,^*(), LI Yunzhou², ZHAO Qiang², XU Dengke¹

1. College of Meteorology and Oceanography, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2. Institute of Oceanographic Instrumentation, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Qingdao 266061, China

Received:2025-05-09 Revised:2025-05-26 Published:2025-12-20 Online:2025-10-14
Contact: ZHANG Wen E-mail:18873192712@163.com;zhangwen06@nudt.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

设计了一种创新型海洋精细化漂流浮标及其组网观测系统。浮标硬件采用自研分离式抗风浪结构与低功耗核心组件集成技术,结合双天线通信架构通过实验室测试和野外湖试,量化评估浮标的测量精度、环境适应性和数据稳定性。基于LoRa的分布式物联网通信技术,创新地采用拓扑组网架构,构建4节点10 km级立体观测网络,丢包率<0.1%,利用快速傅里叶变换(FFT)频谱分析数据特征并提出降噪方法。实验表明,该网络可同步捕获准稳态海洋环境数据,为高密度、立体化、精细化海洋监测提供可扩展解决方案。研究成果已应用于教学实践,并计划扩展至10节点网络,推动海洋精细化观测技术的工程化应用。

关键词: 海洋漂流浮标, 浮标观测网络, 物联网通信技术, LoRa无线通信技术

Abstract:

An innovative marine fine-scale drifting buoy and its networked observation system were designed. The buoy hardware featured a self-developed detachable wave-resistant structure and low-power core component integration technology. With the help of its dual-antenna communication architecture, the buoy was subjected to laboratory and field lake tests to quantitatively evaluate its measurement accuracy, environmental adaptability, and data stability. Based on LoRa-enabled distributed IoT communication technology, an innovative topological networking architecture was used to construct a four-node, 10 km-scale 3D observation network with a packet loss rate of less than 0.1%. FFT spectral analysis was conducted to analyze data features, and a noise reduction method was proposed. Test results showed that the network could synchronously capture quasi-steady-state ocean environmental data, providing a scalable solution for high-density, multi-dimensional, fine-scale ocean monitoring. The research results were applied in teaching practice. In addition, expansion to a 10-node network has been planned to advance the engineering application of fine-scale ocean observation technology.

Key words: marine drifting buoy, buoy observation network, Internet of Things communication technology, LoRa

中图分类号:

P715.2

李宾, 张文, 厉运周, 赵强, 徐登科. 海洋精细化漂流浮标观测网络实验[J]. 山东科学, 2025, 38(6): 22-28.

LI Bin, ZHANG Wen, LI Yunzhou, ZHAO Qiang, XU Dengke. Experiment on a fine-scale marine drifting buoy observation network[J]. Shandong Science, 2025, 38(6): 22-28.

图/表 10

图1

图2

表1

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参考文献 9

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浮标序号	温度平均值/℃	温度方差	压强平均值/ hPa	压强方差
1	26.81	2.50×10^-4	1 028.35	0.29
2	27.03	2.60×10^-4	1 028.07	0.30

海洋精细化漂流浮标观测网络实验

Experiment on a fine-scale marine drifting buoy observation network

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