具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1所示一种基于大数据技术的海洋综合业务管理系统，包括：数据获取模块10、综合分析模块20、可视化模块30和管理模块40；

数据获取模块10，用于获取海洋监测数据和船舶监测数据；

综合分析模块20，用于基于接收到的海洋监测数据进行基于大数据分析的海洋状况分析处理，获取海洋状况监测结果；

可视化模块30，用于基于海洋监测数据、船舶监测数据和海洋状况监测结果整合到GIS地图进行可视化处理；

管理模块40，用于当海洋状况监测结果出现异常时，根据船舶监测数据向相应的船只发送提示预警消息。

其中该海洋综合业务管理系统可以基于云服务器搭建，也可以基于设置在近海区域的智能管理端搭建。

本发明上述实施方式，提出一种基于大数据技术的海洋综合业务管理系统，通过设置数据获取模块10，与设置在海上的监测节点和船舶建立通信连接，接收由海上监测节点和海上航行船只传输的海洋监测数据和船舶监测数据，通过综合分析模块20基于接收到的数据进行大数据分析处理，获取海洋状况监测结果；同时，通过可视化模块30，将接收到的监测数据以及获取的监测结果一同整合到GIS地图中进行可视化展示，能够有效提高海洋综合管理的智能化水平。同时，通过管理模块40，对海洋状况检测结果出现异常区域附近的船只发送相应的预警信息，能够实现海上情况实时预警，提高了海洋综合管理的可靠性。

一种实施方式中，该海洋综合业务管理系统还包括数据库模块50；

数据库模块50，用于根据接收到的海洋监测数据构建海洋数据监测历史数据库。

其中，海洋综合业务管理系统中设置有数据库模块50，通过数据库模块50对获取的海洋监测数据进行分类存储管理，搭建海洋数据监测历史数据库，为之后针对海洋监测数据进行大数据分析提供基础数据源的支持。

一种实施方式中，数据获取模块10接收由海洋传感器节点采集并传输的海洋监测数据，以及接收由海洋上船只传输的海洋监测数据和船舶监测数据；

其中，海洋传感器节点设置在海面或者海底中，用于采集其所在区域的海洋监测数据，并将采集到的海洋监测数据传输到数据获取模块10，其中海洋监测数据包括海表温度数据、空气湿度数据、海洋水色数据、海水盐度数据、风力监测数据、波高监测数据、海水PH数据、海水重金属监测数据、海面视频图像数据和溢油监测数据等中的至少一种；

船只行驶在海洋上，用于采集其所在区域的海洋监测数据以及船只自身的船舶监测数据，并将采集到的海洋监测数据和船舶监测数据传输到数据获取模块10，其中船舶监测数据包括船只的运行状态数据，包括速度数据、能源数据、定位数据、路径规划数据和船只类型等中的至少一种。

其中船只为于海上作业的船只，包括进行海上捕捞、海钓、撒料养殖等不同业务作业的船只。

在数据采集的部分，海洋监测数据的来源主要来自于海洋传感器节点和船只监测节点，其中海洋传感器节点可以为设置在海面(海上浮标、海上设施等)或海底(潜标、水下机器人等)，将采集到的不同类型的海洋监测数据传输到数据获取模块10；其中行驶在海上的船只也可以担负海洋监测数据采集的任务，通过在船只上设置相应功能的传感器，使得船只在海上行驶的同时，也能够对当前所在位置的海洋监测数据进行采集。同时，为获取海上船只的行驶状况，船只还将自身的船舶监测数据传输至数据获取模块10，以使得海洋综合业务管理系统能够对海洋状况以及海上船只状况的相关数据尽心全面的获取。

一种实施方式中，海岸边设置有通信基站，海洋传感器节点和船只节点将自身采集的海洋监测数据和船舶监测数据传输到通信基站，由通信基站将数据转发至数据获取模块10。

其中，海洋传感器和船只将采集到的数据传输到设置在海岸边的通信基站，由通信基站将数据传输到数据获取模块10；

一种实施方式中，通信基站及其覆盖范围内的海洋区域的海洋传感器节点和船只节点共同组成无线自组网络，其中无线自组网络中的海洋传感器节点和船只节点均作为无线自足网络中的子节点，各子节点通过单跳或多跳的数据传输形式将自身采集到的数据(包括海洋监测数据和船舶监测数据)传输到通信基站，再由通信基站将接收到的数据传输至数据获取模块10。

一种实施方式中，通信基站的覆盖范围内按照地理位置预先划分为多个子区域，其中每个子区域包含多个子节点；每隔设定的时间周期，从子区域中的各子节点中选举一个子节点作为该子区域的簇头节点，子区域中的其他子节点作为簇成员节点，簇成员节点将自身采集的数据传输到对应的簇头节点，由簇头节点将数据统一传输至通信基站。

其中，从子区域中的各子节点中选举一个子节点作为该子区域的簇头节点，具体包括：

子节点根据自身的定位信息确认自身所属的子区域；

每隔设定的时间周期，子区域内的子节点向子区域内的其他子节点广播自身的参数信息，并获取子区域内其他子节点的参数信息；

子节点根据自身的参数信息和接收到的其它子节点的参数信息计算自身的簇头优势值，其中簇头优势值的计算函数为：

式中，表示第n个子区域中第i个子节点当前时间周期的簇头优势值，F(i)表示第i个子节点的节点类型因子，其中当子节点为海洋传感器节点时，F(i)＝f1，当子节点为船只节点时，F(i)＝f2，f2＞f1；V(i)表示第i个子节点的速度因子，其中当子节点在上一周期的平均速度v(i)小于设定的速度标准值v′时，v(i)＜v′，V(i)＝1，当子节点在上一周期的平均速度v(i)大于等于设定的速度标准值v′时，v(i)≥v′，V(i)＝0.01；E(i)表示第i个子节点的剩余能量百分比，D(i，k)表示第n个子区域的子节点集合Φ_n中，第i个子节点与第k个子节点之间的空间距离，N表示第n个子区域包含子节点的总数，D(i，Δ)表示第i个子节点与通信基站之间的空间距离，表示设定子区域距离影响补偿参数；

子节点将自身的簇头优势值在子区域内进行广播，同时接收由其他子节点广播的簇头优势值，当子节点检测到存在其他子节点的簇头优势值大自身的簇头优势值时，则该子节点在当前时间周期内作为簇成员节点；当子节点检测到自身的簇头优势值均大于其他子节点的簇头优势值时，则该子节点在当前时间周期内当选为簇头节点；其中簇头节点向子区域内其他子节点广播簇头当选信息，以使得子区域内的簇成员节点与簇头节点建立通信连接。

一种场景中，其中平均速度为标量速度(速率)统计的平均值；速度标准值v′∈[45，65]km/h，优选的，v′＝60km/h；f2＝10，f1＝1；

上述实施方式中，针对目标海域范围较广，其数据传输能耗较大的情况，上述实施方式中，提出了一种通过预先将目标海域划分为不同子区域，以每个子区域为基础将其中的子节点作为一个簇，通过分簇的形式汇集子区域内各子节点采集的数据后，再由簇头节点统一将数据通过簇头之间的一跳或多跳的方式传输至通信基站，有助于降低整个目标海域在数据采集过程中的整体能耗。同时提出了一种子区域簇头节点的选举技术方案，其中考虑到船只节点的能源补充相对于独立设置的海洋传感器节点更为方便，因此更适合担当成为簇头节点的任务，但如果船只在前往作业地点途中，其移动速度较快(当船只到达作业地点后，其作业过程中则通常移动速度较慢)，会影响数据传输的性能的情况；因此在进行簇头选举的过程中，特别提出了一种簇头优势值计算函数，该函数能够使得各子节点根据自身的情况计算相应的簇头优势值，其中特别考虑到节点类型和节点的移动速度作为簇头优势值计算的重要参量，通过簇头优势值的计算，能够准确选取当前时间周期内最适合的簇头节点，有助于提高无线自组网络完成海洋监测数据和船舶监测数据的数据采集和传输，有助于优化数据采集和传输过程中的整体能耗，提高数据传输的可靠性。

考虑到通过单一的簇头节点负责子区域的数据传输任务时，如果在簇头节点当选的时间周期内，簇头节点因突发情况(例如发生数据传输故障或者离开了子区域)无法完成数据接收和转发任务时，会产生该子区域一定时间周期内的数据传输性能的问题。因此，一种实施方式中，当完成当前时间周期的簇头节点选举后，进一步在子区域中选举一个后备簇头节点；当子区域内的簇成员节点无法与簇头节点建立通信连接完成数据传输任务时，则簇成员节点与后备簇头节点建立通信连接，将采集的数据传输至后备簇头节点，由后备簇头节点在汇集了簇成员节点传输的数据后，统一传输至通信基站。有助于提高无线自组网络的可靠性。

其中，进一步在子区域中选举一个后备簇头节点，具体包括：

簇头节点向其自身设定的一跳通信范围内的邻居子节点发送后备簇头节点选举指令，并接收由邻居子节点回传的子节点的参数信息，簇头节点根据邻居子节点回传的参数信息计算各邻居子节点的后备簇头节点优势值，其中采用的后备簇头节点优势值计算函数为：

式中，h(m)表示簇头节点的第m个邻居子节点的后备簇头节点优势值，t(m)表示第m个邻居节点和簇头节点之间的通信延迟，其通过簇头节点发出后备簇头节点选举指令到接收到邻居子节点回传的参数信息之间的时间差计算所得，表示各邻居子节点与簇头节点之间的通信延迟平均值，E(m)表示第m个邻居节点的剩余能量百分比，表示第m个邻居节点和簇头节点之间空间距离，μ表示设定的能量-距离调节因子；

簇头节点指派后备簇头节点优势值最高的邻居子节点为后备簇头节点，由簇头节点向该后备簇头节点发送后备簇头节点指派指令，后备簇头节点接收到指派指令后，向子区域内的其它子节点广播后备簇头节点当选信息，以使得子节点记录该后备簇头节点的信息。

上述实施方式，有助于提高无线自组网数据传输的可靠性。

一种实施方式中，综合分析模块包括数据预处理单元和大数据分析单元；

预处理单元，用于对接收到的多源海洋监测数据进行预处理，包括数据清洗、数据纠错和数据融合处理等，获取预处理后的海洋监测数据；

大数据分析单元，用于基于训练好的大数据分析模型，对预处理后的海洋监测数据进行分析处理，包括海洋状况预测分析，藻花污染分析、危险品污染分析、重金属污染分析和溢油污染分析等中的至少一项，获取海洋状况监测结果。

其中，海洋状况预测分析，包括根据空气温度、水温、湿度、风力、波高等数据组合成输入向量，输入到训练好的海洋状况预测分析模型中，基于各项数据的变化趋势进行演化，以及组合关系与不同海洋状况场景下采集的相应数据进行聚类，预测海洋状况预测结果，及时对海面上遭遇的台风、暴风雨等恶劣天气进行预测，有助于为海上船只即将遭遇的恶劣天气和海面变化做出提前预警。

藻花污染分析，包括通过传感器节点采集用于判断海水水质的参数，将海水质量参数输入至训练好的大数据分析模型中，由大数据分析模型采用聚类的方法对海水质量参数进行分类，通过判断海水质量参数与正常海水数据是否能够被聚集在一起，若是，则判断海水质量为正常，否则输出海水污染的分析结果。

危险品污染分析，包括通过设置在海底的海洋传感器节点实时监测海水中存在的氯、硫、铈、钚、锶、锰等化学元素的浓度信息，由大数据分析模型将上述监测数据进行聚类分析，判断海水是否存在危险品泄露的情况；

重金属污染分析，包括通过设置在海上和海底的海洋传感器节点监测海水中包含的铅、锌、汞和硒等重金属元素的含量，基于上述重金属的浓度数据与正常海水中包含上述重金属的浓度信息进行比对分析，最终判断海水是否存在重金属超标的污染情况。

溢油污染分析，海洋溢油污染区域相对而言比较小，但是油会随着海水流动，慢慢污染系数会变小，采用海底传感器传来的实时数据，将实时数据采取后，然后将采取的监测数据和对应位置的原始数据样本放到一起，对原始数据做出标记，通过模糊聚类的方法将海洋数据进行分类。能够通过相同位置的海水历史数据来判断当前时刻相同位置的海水是否出现异常情况。

一种实施方式中，可视化模块30包括地图获取单元和可视化单元；

地图获取单元，用于获取海洋的GIS地图数据；

可视化单元，用于将预处理后的海洋监测数据、船舶监测数据和海洋状况监测结果整合到GIS地图中进行可视化展示。

通过地图获取单元预先获取指定海域的GIS地图数据，或者通过遥感卫星等获取实时的GIS地图数据最为可视化展示的基础，通过可视化单元，将获取的海洋监测数据、船舶监测数据，和通过分析得到的海洋状况监测结果整合到GIS地图中相应的位置进行展示，能够直观地对目标海域的海洋状况进行展示，有助于管理者能够全面、清晰地了解目标海域的情况，协助管理者根据目标海域的实际情况作出相应的管理措施，提高了海洋综合业务管理系统的管理效果。

一种实施方式中，管理模块40包括预警单元和知识策略单元；

预警单元，用于当海洋状况监测结果出现异常时，根据船舶监测数据向异常监测结果所在区域相关联的船只发送提示预警消息；

知识策略单元，用于根据当前海洋状况监测结果，匹配相应的海洋管理知识进行展示或推送。

当海洋综合业务管理系统通过获取的数据分析到某指定海域存在异常状况时，则根据向该异常状况海域附近或者即将要途径该区域的船只发出警报信息，有助于正在海上作业的船只能够及时聊接异常状况的发生，并调整作业策略避开相应的异常区域，有助于提高海上船只管理的可靠性，提高了海上作业的安全性。

同时，根据系统分析得到的海洋状况监测结果，系统还能够通过知识策略单元针对当前得到的海洋状况监测结果匹配相应的海洋管理知识，例如是应对措施或者异常原因推测，有助于协助管理者针对当前海洋状况监测结果对目标海域进行进一步的决策管理。

一种实施方式中，该海洋综合业务管理系统还包括外接模块60；

外接模块60，用于与第三方终端实现数据交互。

本发明海洋综合业务管理系统还能够与外部的第三方终端进行数据交互，包括从第三方终端中获取标准数据库信息，或者将自身获取的数据或分析结果共享至第三方终端，以实现海洋综合业务管理系统的扩展设计。

需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。