海底观测网络研究进展
水下无线传感网络（WSN）国内外研究进展综述
⽔下⽆线传感⽹络（WSN）国内外研究进展综述⽔下⽆线传感⽹络（WSN）国内外研究进展综述⼀.研究背景与意义21 世纪是⼈类开始全⾯研究海洋特性并认识、开发、保护海洋的新世纪。
海洋经济占各国经济的⽐重越来越⾼。
⽔下⽆线传感器⽹络已经成为各国重点研究的⽅向。
⽔下⽆线传感器⽹络已经⼴泛的应⽤在灾难预警、污染物监控、⽔⽂数据的监测和采集、海洋资源勘探、辅助导航和海洋军事等众多领域。
⽆线传感器⽹络集成了传感器、微机电系统和⽹络三⼤技术，是⼀种全新的信息获取和处理技术。
⼆.⽆线传感⽹络的简介（1）⽆线传感器⽹络构成⽆线传感器⽹络(Wireless Sensor Network，简称WSN)被认为是21世纪最重要的技术之⼀，它将会对⼈类未来的⽣活⽅式产⽣巨⼤影响。
⿇省理⼯学院的《技术评论》杂志(Technology Review)评出了对⼈类未来⽣活产⽣深远影响的⼗⼤新兴技术，⽆线传感器⽹络位于这⼗种新技术之⾸。
⽆线传感器⽹络是由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微⼩节点通过⾃组织的⽅式构成，借助于节点中内置的各种传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从⽽探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压⼒、⼟壤成分、移动物的⼤⼩、速度和⽅向等众多我们感兴趣的信息。
（2）⽆线传感器⽹络的节点⽆线传感器⽹络典型的体系结构下图所⽰。
节点具有传感、信号处理和⽆线通信功能，它们既是信息包的发起者，也是信息包的转发者。
通过⽹络⾃组织和多跳路由，将数据向⽹关发送。
⽹关可以使⽤多种⽅式与外部⽹络通信，如Internet、卫星或移动通信⽹络等，⼤规模的应⽤可能使⽤多个⽹关。
节点由于受到体积、价格和电源供给等因素的限制，通信距离较短，只能与⾃⾝通信范围内的邻居交换数据。
要访问通信范围以外的节点，必须使⽤多跳路由。
为了保证⽹络内⼤多数节点都可以与⽹关建⽴⽆线链路，节点的分布要相当的密集。
传感器⽹络节点具有以下⼏个典型组件：⽆线电收发装置（带有内部天线或外部天线连接装置）、微型控制器、传感器、数据采集接⼝、存储器、⽔声通信器，以及电源（通常为电池或嵌⼊式能量收集装置）等。
深海探测技术的最新进展与应用研究
深海探测技术的最新进展与应用研究在人类探索未知的征程中，深海一直是最神秘且极具挑战性的领域之一。
随着科技的不断进步，深海探测技术取得了一系列令人瞩目的最新进展，并在多个领域得到了广泛的应用。
深海探测技术的发展历程可谓充满艰辛。
早期，由于技术的限制，我们对深海的了解极为有限。
但科学家们从未放弃，通过不断的努力和创新，逐渐突破了重重难关。
近年来，深海探测技术在传感器技术方面取得了显著进步。
新型的传感器能够更加精确地测量深海中的温度、压力、盐度等物理参数，为我们深入了解深海环境提供了更可靠的数据支持。
这些高精度的传感器就如同深海中的“眼睛”，让我们能够更清晰地看到深海的真实面貌。
无人潜水器技术的发展也是一大亮点。
与载人潜水器相比，无人潜水器具有成本低、风险小、可长时间工作等优点。
例如，自主水下航行器（AUV）能够按照预设的路径进行自主探测，收集大量的海洋数据；遥控无人潜水器（ROV）则可以在操作人员的远程控制下，完成复杂的任务，如海底采样、设备安装和维修等。
深海成像技术的突破让我们对深海的观察更加直观。
高分辨率的声学成像系统可以清晰地描绘出海底地形和地貌，帮助我们发现新的海底山脉、海沟和热液喷口等地质结构。
同时，光学成像技术的发展也使得在一定条件下获取深海生物的清晰图像成为可能，为深海生物学研究提供了宝贵的资料。
深海探测技术在资源勘探方面发挥着重要作用。
深海蕴藏着丰富的矿产资源，如石油、天然气、多金属结核、富钴结壳等。
通过先进的探测技术，我们能够更准确地评估资源的分布和储量，为未来的开发利用提供科学依据。
例如，利用地震勘探技术可以探测海底地层结构，寻找油气藏；而磁力探测技术则有助于发现海底的金属矿床。
在科学研究领域，深海探测技术为我们揭开了深海生态系统的神秘面纱。
科学家们通过对深海生物的研究，发现了许多独特的物种和适应极端环境的生存策略。
此外，对深海环流、热液活动等的研究，也有助于我们更好地理解全球气候变化和海洋生态平衡。
海底地震监测技术的研究进展
海底地震监测技术的研究进展地震作为自然灾害中最为破坏力强大的一种，对人类社会造成了严重的威胁和破坏。
为了更好地了解和预测地震活动，科学家们一直在不断研究和发展新的地震监测技术。
而在这些技术中，海底地震监测技术因其独特的优势和应用前景而备受关注。
海底地震监测技术是一种利用海底地震仪器和设备进行地震监测和数据采集的技术手段。
相较于传统的地震监测技术，海底地震监测技术具有以下几个特点。
首先，海底地震监测技术可以实现对地震活动的连续、全面的监测和观测。
因为地震是一种地下活动，传统的地震仪器主要安装在陆地上，其监测范围和深度都受到一定的限制。
而利用海底地震监测技术，可以将仪器设备直接安装在海底，从而扩大监测范围和深度。
这样一来，科学家们可以连续、全面地观测和监测地球上各个地方的地震活动，为地震预测和灾害防范提供更多的数据和依据。
其次，海底地震监测技术有助于提高地震预警的准确性和时效性。
地震是一种具有不确定性的自然现象，准确地预测地震的发生时间、地点和强度一直是科学家们的难题。
而海底地震监测技术可以实时、连续地监测地震活动，并通过数据分析和处理，提供更加准确和及时的地震预警信息。
这对于降低地震灾害的影响和损失，保护人们生命财产安全具有重要的意义。
此外，海底地震监测技术还能够增加对地震活动机理和过程的研究。
通过监测和观测海底地震活动，科学家们可以获取到更多与地震活动相关的数据和信息，进而深入研究地震的机理和过程。
这对于人们更好地了解地震的发生原因、机制以及地震活动背后的地球物理学和地球化学过程具有重要的意义。
同时，这也为地震预测和防范提供了更加科学和可靠的依据。
目前，海底地震监测技术的研究已经取得了一系列的进展。
其中，海底地震仪器的性能和灵敏度得到了大幅度的提升，使得科学家们能够更加准确地观测和监测到地震活动。
同时，海底地震监测技术与现代通信技术和卫星技术的结合，使得地震监测的数据可以实现远程传输和共享，进一步提高了地震预警的准确性和时效性。
关于海洋监测在线监测技术探究
关于海洋监测在线监测技术探究海洋是地球上最大的生态系统之一，也是人类生活、资源、安全等方面重要的影响因素之一。
随着海洋环境问题日益凸显，海洋监测技术的发展变得尤为重要。
近年来，随着科技的不断发展，海洋监测在线监测技术也在不断探索和研究中。
本文将对海洋监测在线监测技术进行探究。
一、海洋监测在线监测技术的重要性海洋监测在线监测技术是指利用现代化科技手段，对海洋环境进行实时监测和数据采集，以提供准确、全面的海洋环境数据。
海洋是地球上最大的水资源，拥有丰富的生物资源和矿产资源，对全球的气候和环境起着至关重要的影响作用。
海洋监测在线监测技术的发展对于保护海洋环境、有效利用海洋资源、预防海洋灾害等方面具有重要的意义。
海洋监测在线监测技术可以提供准确的海洋环境数据，为相关部门和科研机构提供科学依据，从而指导海洋资源的开发利用和环境保护工作。
海洋监测在线监测技术还可以为海洋生态环境的管理和保护提供重要的依据和支持，有助于保护海洋生态系统的健康与平衡。
目前，海洋监测在线监测技术已经取得了一定的进展，主要体现在以下几个方面：1. 海洋水质监测技术海洋水质监测技术是海洋监测在线监测技术的重要组成部分。
随着水污染和海洋环境问题的日益突出，海洋水质监测技术得到了广泛的应用和发展。
目前，通过利用各种传感器和监测设备，可以实时监测海洋水体的PH值、溶解氧、水温、盐度等指标，及时发现和处理水质异常情况，保证海洋生态环境的健康和平衡。
海洋气象监测技术是指利用现代气象卫星、气象雷达、潮汐计算机模式等手段，实时监测和预测海洋气象变化的技术。
通过对海洋风浪、风暴、海浪等现象的长期观测和监测，可以及时预警海洋灾害，提高海上作业的安全性，保护渔民、海员等海洋从业者的生命财产安全。
海洋生物监测技术主要是利用声呐、光学设备等手段，对海洋生物分布、数量、行为等进行实时监测和研究。
通过对海洋生物的监测，可以及时了解海洋生物资源的变化状况，为渔业资源的合理利用提供科学依据，保护海洋生物多样性，维护生态平衡。
水下探测技术的前沿研究与动态分析
水下探测技术的前沿研究与动态分析在当今科技飞速发展的时代，水下探测技术正经历着前所未有的变革与创新。
从海洋资源开发到军事战略应用，从科学研究到工程建设，水下探测技术的重要性日益凸显。
本文将深入探讨水下探测技术的前沿研究成果以及动态发展趋势，带您领略这一神秘领域的魅力。
一、水下探测技术的分类与应用水下探测技术种类繁多，根据不同的原理和应用场景，可以大致分为声学探测、光学探测、电磁探测和其他新兴技术。
声学探测是目前应用最为广泛的水下探测手段之一。
声呐系统通过发射和接收声波来探测水下目标的位置、形状和运动状态。
它在海洋地质勘探、水下导航、潜艇探测等方面发挥着关键作用。
例如，在海洋地质勘探中，多波束声呐可以精确测量海底地形和地貌，为海洋资源开发提供重要的数据支持。
光学探测技术在水下探测中也具有独特的优势。
水下光学相机和激光雷达可以获取高分辨率的图像和距离信息，适用于水下目标的识别和监测。
然而，由于水对光的吸收和散射作用，光学探测的有效距离相对较短，通常在几十米以内。
电磁探测技术主要包括磁场探测和电场探测。
电磁感应式探测器可以检测水下金属物体产生的磁场变化，常用于沉船和海底管道的探测。
电场探测则可用于检测水下电场的分布，进而发现水下目标。
除了上述传统技术，一些新兴的水下探测技术也正在崛起。
例如，量子探测技术利用量子纠缠和量子干涉等特性，有望实现更高精度和灵敏度的水下探测。
生物启发式探测技术则模仿海洋生物的感知能力，开发出更具适应性和高效性的探测手段。
二、前沿研究成果在声学探测领域，超宽带声呐技术的发展引人注目。
与传统声呐相比，超宽带声呐具有更高的分辨率和更短的脉冲宽度，能够更精确地探测小目标和复杂地形。
此外，多基地声呐系统的研究也取得了重要进展。
多基地声呐由多个发射和接收基站组成，通过协同工作可以实现更广阔的探测范围和更高的定位精度。
光学探测方面，新型的水下光学材料和成像算法不断涌现。
特殊设计的光学窗口和透镜能够减少水对光的影响，提高成像质量。
水下无线传感器网络的研究进展
研究成果
水下无线传感器网络的研究成果已广泛应用于水下环境监测、深海探测、军 事领域等方面。
在水下环境监测方面，水下无线传感器网络可以实现对海洋环境参数的实时 监测和数据传输，为海洋科学研究提供重要的数据支持。例如，美国伍兹霍尔海 洋研究所部署了一套水下无线传感器网络，用于监测马尾藻海的环境参数，为研 究全球气候变化提供了重要数据。
研究现状
水下无线传感器网络是一种特殊的无线传感器网络，其节点被部署在海洋环 境中，通过无线通信方式形成一个自组织的网络系统。近年来，水下无线传感器 网络的研究取得了一系列成果，包括优化能效、提高网络寿命、增强数据融合等 方面。然而，仍存在一些问题，如节点部署困难、能量受限、信号传播距离短等， 这些问题制约了水下无线传感器网络的发展和应用。
水下无线传感器网络的研究进 展
01 引言
03 研究方法 05 结论
目录
02 研究现状 04 研究成果
引言
随着海洋探测和监测需求的不断增长，水下无线传感器网络（UWSN）已成为 研究的热点领域。水下无线传感器网络能够在水下环境中实现对各种参数（如温 度、压力、生物量等）的实时监测和数据传输，为海洋科学研究、水下考古、海 底资源开发等领域提供了强有力的技术支持。本次演示将介绍水下无线传感器网 络的研究现状、研究方法及成果，并探讨未来的研究方向和重点。
感谢观看
研究方法
水下无线传感器网络的研究方法主要包括建模、仿真和实验。建模方法通过 数学模型对网络性能进行预测和评估，仿真方法利用计算机模拟网络运行情况， 实验方法则通过实际的水下环境试验来验证网络性能。这些方法各有优劣，适用 范围也不尽相同。
建模方法可以用来研究网络的拓扑结构、路由协议和数据传输机制等方面的 问题。通过建立数学模型，可以对网络性能进行定量分析和预测，从而为网络的 优化设计和协议参数的选取提供理论支持。然而，建模方法通常需要一些假设条 件，且在复杂的水下环境中进行精确建模比较困难。
面向深海探测的水下传感网络技术研究
面向深海探测的水下传感网络技术研究一、引言水下传感网络（Underwater Sensor Network, USN）是指在水下进行传感、计算、通信等任务的无线传感器节点集合。
相比于陆地传感网络，水下传感网络更具有挑战性，其环境复杂、信号传输受限而且系统的能源管理更加关键。
对传统水下探测技术的局限性，使得人们转向了更加深入的深海探测。
而基于水下传感网络的研究则是深海探测的前沿科研领域，针对深海探测的特殊需求，水下传感网络技术也相应发生了变革。
本文将从深海探测需求的驱动，水下传感节点类型，水下传感网络的体系结构和关键技术等方面对面向深海探测的水下传感网络技术研究进行分析和探讨。
二、深海探测需求深海环境下存在丰富的海洋资源，但同时巨浪、强流、高压、恶劣的光线等多重复杂因素也让它具有了很大的挑战性进行科学研究。
因此，对于人类深入了解海洋，保护海洋资源和扩展海洋领域建设必须要进行深海探测。
随着海水利用率的提高和对于海洋环境保护意识的不断加深，深海资源勘探、深海环境监测和深海文物保护等方面的深海探测需求也日益增大。
而面向深海探测的水下传感网络技术正是致力于解决深海探测中遇到的困难问题。
三、水下传感节点类型水下传感节点具有体积小、功耗低、功能全面等优势，它们可以感知水下环境、采集数据、处理数据、以及与其他水下传感节点之间、与海洋观测站之间、与远程控制中心之间进行通信。
为了实现面向深海探测的水下传感网络技术，需先对水下传感节点的基本类型作出了解和研究。
1.主控节点主控节点是整个水下传感网络的核心控制点，负责侦听和管理其他节点，以控制传输和接收数据。
主控节点对于数据传输速度、网络处理能力、数据中心化等方面的指标要求较高。
2.辅助节点辅助节点是在水下环境下充当副手的节点，主要负责支持控制节点进行指令下发、数据处理等任务。
辅助节点是整个传感网络中需要部署较多的节点类型。
3.传感节点传感节点主要是用来感知水下环境的物理或化学量的，它的工作原理大致是通过特别设计的传感器进行测量和检测。
海洋观测服务的现状与发展趋势
海洋观测服务的现状与发展趋势海洋观测服务是指利用先进的技术手段和海洋观测设备，对海洋环境进行实时监测、数据收集和分析，为海洋领域提供各种信息和服务的技术体系。
随着人们对海洋资源的需求和海洋环境保护意识的增强，海洋观测服务在保障海洋安全、开发利用海洋资源、保护海洋生态环境等方面的作用日益凸显。
目前，海洋观测服务的现状可以总结为技术升级、数据创新和应用拓展三个方面。
首先，技术升级是海洋观测服务发展的重要支撑，包括遥感技术、传感器技术、卫星导航技术等的应用与发展。
通过利用高分辨率的遥感卫星图像和海洋观测器械，我们可以实时获取海洋环境的数据，如水温、盐度、氧气含量等，以及海洋生态系统的变化情况。
其次，数据创新是海洋观测服务发展的核心内容，包括数据共享、数据挖掘、数据融合等方面的创新。
通过将分散的海洋观测数据进行整合和共享，可以形成更加全面、准确的海洋观测数据集，为海洋决策和预警提供良好的支持。
此外，海洋观测数据还可以通过人工智能等技术手段进行挖掘和分析，以发现隐藏的规律和问题。
随着技术的进步和应用的拓展，海洋观测服务未来的发展趋势将主要体现在以下几个方面。
首先，发展集成化的海洋观测系统。
目前，海洋观测系统往往由多个独立的观测设备组成，数据也较为分散。
未来的发展趋势是将各种观测设备和数据进行集成，形成一体化的海洋观测系统，实现数据的全面采集和管理。
这将提高海洋观测的效率和准确性，为海洋决策和预警提供更好的支持。
其次，注重海洋观测数据的共享和开放。
海洋观测数据具有极高的价值，但目前尚存在数据孤岛和数据壁垒的问题，导致数据的利用和应用受限。
未来的发展趋势是推动海洋观测数据的共享和开放，促进各方面的数据交流和合作，实现海洋数据资源的共享和优化利用。
此外，海洋观测服务还应关注以下方面的发展。
一是注重海洋观测服务的应用拓展。
海洋观测服务不仅仅是获取数据，更重要的是如何将数据转化为实际应用和服务。
未来的发展趋势是将海洋观测服务与海洋产业发展相结合，为海洋资源开发、海洋能源利用、海洋灾害预警和海洋环境保护等提供有效的技术支持。
海洋生物监测技术的现状与发展研究
海洋生物监测技术的现状与发展研究海洋，这个占据了地球表面约 71%的广阔领域，是一个神秘而充满生机的世界。
海洋生物作为海洋生态系统的重要组成部分，对于维持海洋生态平衡、促进地球生态系统的稳定具有至关重要的作用。
为了更好地了解海洋生物的状况，保护海洋生态环境，海洋生物监测技术应运而生。
目前，海洋生物监测技术已经取得了显著的进展。
传统的监测方法，如显微镜观察和样本采集分析，仍然是基础且不可或缺的手段。
通过显微镜，科研人员能够直接观察到海洋生物的细胞结构和形态特征，从而对其进行分类和鉴定。
而样本采集分析则可以获取海洋生物体内的化学成分和生理指标，为研究其生存状态和环境适应能力提供重要依据。
随着科技的不断进步，现代监测技术为海洋生物研究带来了更多的可能性。
其中，遥感技术的应用尤为突出。
利用卫星遥感，可以大范围地监测海洋表面温度、叶绿素浓度和海洋水色等参数，这些参数与海洋生物的分布和数量密切相关。
例如，叶绿素浓度的高低可以反映浮游植物的丰度，而浮游植物是海洋食物链的基础，其数量的变化会对整个海洋生态系统产生连锁反应。
基因检测技术在海洋生物监测中也发挥着重要作用。
通过对海洋生物的基因进行测序和分析，能够深入了解其遗传多样性、种群结构和进化关系。
这对于保护珍稀物种、评估物种受威胁程度以及制定合理的保护策略具有重要意义。
比如，通过对比不同地区同种海洋生物的基因差异，可以判断它们之间的基因交流情况，进而了解种群的扩散和迁移模式。
声学监测技术是另一种有效的手段。
许多海洋生物会发出特定的声音，如鲸鱼的歌声、海豚的叫声等。
通过声学监测设备，收集和分析这些声音信号，可以获取海洋生物的活动范围、行为模式和种群数量等信息。
此外，水下摄像机和传感器网络的发展，使得对海洋生物的实时监测成为可能。
这些设备可以长时间在水下工作，记录海洋生物的日常行为和生态过程，为研究提供丰富的数据支持。
然而，当前的海洋生物监测技术仍然面临一些挑战。
新一代水下通信网络技术在深海勘探中的应用研究进展
新一代水下通信网络技术在深海勘探中的应用研究进展新一代水下通信网络技术的应用研究进展在深海勘探中具有重要的意义。
随着人类对深海资源的需求日益增长，深海勘探已经成为全球许多国家和地区的重要战略目标。
然而，深海环境极其恶劣，对通信技术提出了更高的要求。
新一代水下通信技术的应用研究就是为了解决这一问题。
深海环境的特殊性使得传统的水下通信技术在深海勘探中表现出局限性。
首先，深海水下通信信道非常复杂，受水温、水压、盐度等因素的影响较大，导致信号传输受到很大的衰减和失真。
其次，深海水域广阔，覆盖面积大，传统的水下通信技术很难在大范围内实现良好的通信质量。
此外，深海勘探需要实时传输大量的高清图像、视频和声音数据，而传统的水下通信技术速率较低，无法满足实时传输的需求。
为了解决这些问题，新一代水下通信网络技术在深海勘探中的应用研究取得了重要进展。
其中，光纤通信技术是最为重要的一项技术。
光纤通信技术利用光的传输特性，能够克服深海水下通信信道复杂的问题，实现高带宽、低损耗的传输。
光纤通信技术不仅能够满足实时传输的需求，还能够提供更高质量的通信信号，进一步提高深海勘探的效率。
除了光纤通信技术，新一代水下通信网络技术还包括水声通信技术和卫星通信技术。
水声通信技术利用水声信号进行通信，可以在深海环境下实现较高的传输速率。
水声通信技术可以用于声纳定位、声纳图像传输等多种深海勘探应用场景。
卫星通信技术通过卫星传输数据，可以实现深海勘探数据的远程传输和共享，为海洋科学家提供更多的数据支持。
另外，新一代水下通信网络技术在深海勘探中的应用研究也涉及到网络拓扑和协议的设计。
针对深海勘探的特殊需求，研究人员设计了一些优化的网络拓扑和协议，以提高网络的可靠性和稳定性。
同时，研究人员还提出了一些新的通信机制，如自适应调制、误码纠正等，以提高通信系统在深海环境下的性能。
总的来说，新一代水下通信网络技术的应用研究在深海勘探中取得了显著的进展。
这些新技术不仅提高了深海勘探的效率和准确性，也为深海科学研究和资源开发提供了更多的数据支持。
海底观测网的研究进展与发展趋势
海底观测网的研究进展与发展趋势中国网/中国发展门户网讯传统的海洋观测主要是以调查船、潜浮标为主的海基观测或以卫星遥感、航空观测为基础的天基观测。
由于海洋环境的复杂性和独特性，已有海洋观测数据存在的短暂、不连续等问题一直制约着海洋科学的发展。
源自冷战时期美国海军水声监视系统的海底观测网是人类建立的第三种海洋科学观测平台。
在现代传感器、水下机器人、海底光纤电缆、物联网、大数据等新型技术的推动下，海底观测网融合物理海洋、海洋化学、海洋地球物理、海洋生态等学科，解决深海、极端环境下高分辨率和实时获取海洋观测数据的技术难题，可以深入到海洋内部观测和认识海洋，实现从海底到海面全天候、长期、连续、综合、实时、原位观测。
美国、日本、加拿大以及欧洲各国的著名海洋研究机构一直引领海洋科学与技术的发展，凭借在海洋观测领域的先发优势，纷纷投入巨资开展海底观测网络关键技术研究，建设海底观测网络。
我国在“十一五”“十二五”期间，陆续开展海底观测网试验节点关键技术的攻关，以及海底观测网试验系统的研究和建设工作（表1）。
鉴于当前海洋科技发展，在国务院2013 年出台的《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030 年）》中指出，将优先安排包括海底科学观测网在内的 16 项重大科技基础设施建设，为资源与能源开发、环境监测和灾害预警预报、国家海洋安全等研究提供支撑。
海底观测网系统建设现状美国海底观测网美国国家科学基金会在 2016 年宣布，历时 10 年、耗资 3.86 亿美元的“海洋观测网”（OOI）计划正式启动运行。
OOI 是一个长期的科学观测系统，由区域网（RSN）、近岸网（CSN）和全球网（GSN）三大部分构成（图1）。
850 个观测仪器分布式布放在大西洋和太平洋的观测系统中，包括 1 个由 880 km 海缆连接 7 个海底主节点（每个节点可提供 8 kW 能量和 10 Gb 带宽双向通讯）的区域观测系统、2 个近岸观测阵列以及4个全球观测阵列（由锚系、深海实验平台和移动观测平台构成）。
基于海底观测网络的海洋工程装备研发实验服务研究
基于海底观测网络的海洋工程装备研发实验服务研究近年来，随着海洋经济的快速发展，海洋工程装备的研发实验服务变得越来越重要。
为了实现对海洋环境的全方位监测和研究，海底观测网络成为一种重要的技术手段。
本文将针对基于海底观测网络的海洋工程装备研发实验服务，从技术、设备、技术人员等几个方面进行深入研究和探讨。
首先，基于海底观测网络的海洋工程装备研发实验服务的技术要求是关键。
海底观测网络作为一种能够实现对海洋环境进行实时监测和数据采集的技术手段，为海洋工程装备的研发提供了有力支撑。
其中，海底传感器的部署和数据传输技术是核心问题。
海底传感器需要能够承受极端海洋环境的考验，同时具备高灵敏度和稳定性，以确保数据的准确性和可靠性。
传输技术方面，需要设计可靠的海底通信网络，保障海洋工程装备研发实验数据的高效传输。
其次，基于海底观测网络的海洋工程装备研发实验服务还需要依靠先进的设备。
海洋工程装备研发需要面对复杂多变的海洋环境，因此需要使用高性能的装备来开展实验研究。
其中，水下机器人是一种重要的设备。
水下机器人能够在复杂的海洋环境中完成各类任务，包括装备的检测、维修和数据采集等。
此外，高分辨率的遥感设备和深海探测装备也是海洋工程装备研发实验服务不可或缺的设备。
这些先进设备的运用将提高海洋工程装备的研发效率和成果质量。
第三，基于海底观测网络的海洋工程装备研发实验服务还需要具备优秀的技术人员。
海洋工程装备的研发需要多学科交叉融合的技术人员，包括海洋工程学、电子工程学、计算机科学等。
这些技术人员需要具备扎实的专业知识和研发经验，能够针对具体的研发任务制定合理的实验计划和方法，并能够灵活应对实验中出现的问题。
同时，他们还需要具备良好的团队合作精神和沟通能力，以确保实验工作的高效进行。
在实际应用中，基于海底观测网络的海洋工程装备研发实验服务有着广泛的应用前景。
首先，它能够为海洋工程装备的研发提供高质量的数据支撑。
通过海底观测网络的部署，可以实现对海洋环境的全面监测，为海洋工程装备的研发提供实时的、准确的数据。
海洋环境监测的技术进展
海洋环境监测的技术进展海洋，覆盖了地球表面约 70%的面积，是生命的摇篮，也是人类赖以生存和发展的重要资源宝库。
然而，随着人类活动的不断加剧，海洋环境面临着越来越多的威胁，如污染、酸化、海平面上升、生物多样性减少等。
为了保护海洋环境，实现海洋资源的可持续利用，海洋环境监测技术的发展变得至关重要。
在过去的几十年里，海洋环境监测技术取得了显著的进展。
从传统的采样和实验室分析方法，到现代的遥感、自动监测和生物技术等手段，监测技术的不断创新和改进为我们更全面、更准确地了解海洋环境状况提供了有力支持。
传统的海洋环境监测方法主要依赖于实地采样和实验室分析。
科研人员会乘船到特定的海域，采集海水、沉积物、生物样本等，然后带回实验室进行物理、化学和生物指标的检测。
这种方法虽然能够提供较为准确的监测数据，但存在着采样点有限、监测频率低、成本高、耗时费力等缺点，难以满足对海洋环境进行大规模、实时监测的需求。
随着科技的不断进步，遥感技术逐渐成为海洋环境监测的重要手段。
卫星遥感可以大面积、同步地获取海洋表面的温度、叶绿素浓度、海冰覆盖、海平面高度等信息。
例如，通过监测海表温度的变化，可以了解海洋环流的模式和气候变化对海洋的影响；叶绿素浓度的监测则有助于评估海洋初级生产力和生态系统的健康状况。
此外，航空遥感也在海洋环境监测中发挥着重要作用，能够获取更高分辨率的图像，用于监测近岸海域的污染、海岸侵蚀等问题。
自动监测技术的发展使得海洋环境监测更加实时和连续。
例如，浮标监测系统可以长期漂浮在海面上，实时监测海水的温度、盐度、溶解氧、pH 值等参数，并通过卫星通信将数据传输回陆地。
海底观测网则可以对海底的地质活动、生态系统、化学环境等进行长期、原位的监测。
这些自动监测设备不仅提高了监测数据的时效性和连续性，还减少了人工采样的工作量和成本。
生物技术在海洋环境监测中的应用也日益广泛。
生物标志物技术通过检测海洋生物体内的特定物质或生理指标的变化，来反映海洋环境的污染状况。
水下探测技术的前沿研究动态
水下探测技术的前沿研究动态在人类对未知世界的探索征程中，水下领域一直充满着神秘和挑战。
水下探测技术作为揭开海洋奥秘的关键手段，正不断取得令人瞩目的进展。
从深海资源勘探到水下考古，从海洋生态监测到军事应用，水下探测技术的前沿研究动态吸引着众多科学家和工程师的目光。
近年来，多波束测深技术得到了显著的改进和提升。
传统的单波束测深系统只能获取单个测点的水深数据，而多波束测深系统则能够同时测量多个波束范围内的水深，大大提高了测量效率和精度。
通过发射扇形的声波束，并接收反射回来的信号，多波束测深系统可以快速生成大面积的海底地形图像。
这使得我们能够更加清晰地了解海底地貌的细节，包括山脉、峡谷、海沟等复杂地形。
不仅如此，新一代的多波束测深系统还具备更高的分辨率和更广的覆盖范围，能够探测到更小的海底物体和细微的地形变化。
侧扫声呐技术也是水下探测领域的一项重要突破。
它通过向两侧发射声波，并接收反射信号来绘制海底的地貌和物体分布图像。
与多波束测深技术不同，侧扫声呐更侧重于对海底表面物体的探测，如沉船、礁石、电缆等。
高分辨率的侧扫声呐系统能够提供清晰的图像，帮助我们识别和分析这些物体的形状、大小和位置。
在水下考古和海洋工程领域，侧扫声呐技术发挥着不可替代的作用，为寻找古代沉船和规划海底管道铺设提供了重要的依据。
除了声学探测技术，光学探测技术在水下探测中也逐渐崭露头角。
由于水对光的吸收和散射作用，传统的光学设备在水下的应用受到很大限制。
然而，随着技术的进步，新型的水下光学相机和激光系统不断涌现。
这些设备采用特殊的光学设计和图像处理算法，能够在一定程度上克服水的影响，获取清晰的水下图像。
例如，蓝绿激光系统可以穿透一定深度的海水，用于探测水下目标和绘制海底地图。
此外，水下高清摄像机结合照明系统，能够为海洋生物研究和水下监测提供直观的视觉信息。
水下机器人技术的发展为水下探测带来了全新的机遇。
自主式水下机器人（AUV）和遥控式水下机器人（ROV）能够携带各种探测设备深入到人类难以到达的水域进行作业。
水下探测技术的前沿研究与动态分析研究探讨
水下探测技术的前沿研究与动态分析研究探讨在人类探索未知世界的征程中，水下领域一直充满着神秘和挑战。
水下探测技术作为揭开海洋奥秘的关键手段，正不断取得令人瞩目的进展。
水下探测技术的重要性不言而喻。
海洋占据了地球表面的大部分面积，其中蕴含着丰富的资源、多样的生态系统以及诸多尚未被解开的科学谜团。
从资源开发的角度来看，石油、天然气、矿产等能源和矿产资源在水下有着巨大的储量。
精确的水下探测能够帮助我们更有效地进行资源勘探和开采，满足人类社会日益增长的能源和资源需求。
在科学研究方面，通过对海洋生态系统、海底地质结构以及海洋环流等的探测和研究，有助于我们更深入地了解地球的气候系统、生态平衡以及地质演化过程，从而为应对全球气候变化、保护生态环境等提供科学依据。
此外，水下探测技术在军事、航运、水下工程建设等领域也发挥着至关重要的作用。
目前，前沿的水下探测技术多种多样。
声呐技术是其中应用较为广泛的一种。
它利用声波在水中的传播特性，实现对水下目标的探测、定位和跟踪。
传统的声呐系统在精度和分辨率方面已经取得了显著的进步，而新型的多波束声呐和合成孔径声呐更是大大提高了探测的效果。
多波束声呐可以同时发射多个波束，快速扫描大面积的水域，获取高精度的海底地形和地貌信息。
合成孔径声呐则通过信号处理技术，实现了类似于雷达合成孔径的效果，大大提高了声呐的分辨率，能够探测到更小的目标和更细微的地形变化。
光学探测技术在水下探测中也崭露头角。
尽管水对光的吸收和散射会限制其传播距离，但新型的激光和高清摄像设备依然为我们提供了有价值的信息。
例如，蓝绿激光在水中具有较好的穿透能力，可用于探测较深水域的目标。
高清摄像机结合先进的图像处理技术，能够捕捉到水下生物的细微动作和特征，为海洋生物学研究提供了直观的资料。
此外，磁力探测技术在水下探测中也有独特的应用。
它可以检测水下目标产生的磁场变化，从而发现潜艇、沉船等金属物体。
地球物理探测技术，如重力测量和地震勘探，有助于了解海底的地质结构和地层分布，为油气勘探和地质研究提供重要的数据。
海底观测网络
海底观测网络的探究摘要：海底观测系统的想法最初是在冷战时期从美国海军的水声监视系统中获得的，如今，由于各国对资源的争夺，海底观测网络更加引起人们的重视。
本文介绍了海底网络的来源及其发展，以及海底观测网络的组成部分及其各部分的功能，另外本文还谈到了有关海底观测网络的一些关键技术。
最后本文关于目前已有的海底观测网络作了介绍。
关键词：海底观测网络、探测、技关键术引言：人类在认知地球的历史过程中使用过三种平台，对地面和海面观测的平台、对空间观测的平台和对海底观测的平台。
其中对地面和海面的观测平台的发展比较长久，其次是对空间的观测平台，最后是对海底的观测平台。
如今，对地面和海面的观测技术已经非常成熟，对太空等空间的探索技术也飞速发展，相比之下，对海底的探索还远远不够。
地球的面积非常广阔，其中海洋占70.8%，而深海大洋又占据海洋的92.4%，所以人类对地球的认识还很少。
按技术的难易程度来讲，首先是对海底的观测技术，其次是对空间的观测技术，最后才是对地面的观测技术。
虽然海底观测技术最难，但是它的意义十分重大，特别是对于日益尖锐的世界格局、领土之争、资源之战的情况下，它的意义更显重大。
随着人类对地面资源的过度使用，资源短缺的情况也越见明显。
海洋拥有地球大部分资源，包括石油、天然气、各种金属等宝贵的资源。
近几十年以来，许多浅海地区的资源已被人类探测到并已经被投入开发利用了，但是人类对深海资源的探索却处于初始阶段。
深海占据海洋的92.4%，大部分资源都被埋藏在深海之中。
对海洋资源的探索引起了许多国家的领土之争，更多的资源对一个国家来说是非常重要的，因此如何保护自家的资源也是一个非常严峻的问题。
对于我国来说，南海就是一个资源丰富但是备受侵扰的地区，它的周边国家都看中了其中海洋资源。
为了更好地维护我们的海洋资源，我们就需要借助海底观测网络来进行实时观察监控。
海底观测网络不仅可以实时监控海里的情况，还能为海下的科研探索提供方便的平台，同时对海洋灾害，如地震海啸等，也是一种预警。
深海探测技术的进展与应用
深海探测技术的进展与应用在人类探索未知的征程中，深海一直是最神秘和最具挑战性的领域之一。
随着科技的不断进步，深海探测技术取得了显著的进展，并在众多领域得到了广泛的应用。
深海探测技术的发展历程可以追溯到很久以前。
早期的探索主要依靠简单的工具和方法，如绳索和铅锤等。
然而，这些方法只能获取有限的信息，对于深海的奥秘只能触及皮毛。
随着技术的不断革新，深海探测逐渐从简单的观测走向了更为复杂和精确的研究。
如今，深海探测技术涵盖了多个方面。
其中，深海潜水器是最为关键的工具之一。
深海潜水器包括载人潜水器和无人潜水器。
载人潜水器能够让科学家亲身深入深海，进行直接的观察和采样。
例如，我国的“蛟龙号”载人潜水器，它能够下潜到数千米的深海，为我们带回了珍贵的深海样本和数据。
无人潜水器则具有更高的自主性和适应性，可以在复杂的深海环境中长时间工作。
它们配备了先进的传感器和摄像设备，能够实时传输深海的图像和数据。
声学探测技术在深海探测中也发挥着重要作用。
通过声波的传播和反射，我们可以了解深海的地形、地貌以及海洋生物的分布情况。
多波束测深系统能够快速而精确地测量大面积的海底地形，绘制出详细的海底地形图。
而侧扫声呐则可以发现海底的微小地貌特征和沉船等物体。
深海探测技术在海洋科学研究中具有不可替代的作用。
它帮助我们了解深海的地质结构和板块运动。
通过对海底岩石和沉积物的采样分析，科学家可以揭示地球的演化历史和内部结构。
同时，深海探测还有助于研究海洋生态系统。
深海中存在着独特的生物群落，它们适应了极端的环境条件。
对这些生物的研究不仅能够增加我们对生命的认识，还有可能为新药研发和生物技术提供新的思路。
在资源勘探方面，深海探测技术也展现出了巨大的潜力。
深海蕴藏着丰富的矿产资源，如锰结核、钴结壳和可燃冰等。
精确的探测技术可以帮助我们确定这些资源的分布和储量，为未来的开发利用提供依据。
此外，深海的石油和天然气资源也逐渐成为关注的焦点。
深海探测技术能够为油气勘探提供关键的地质信息，提高勘探的成功率。
海底观测系统技术进展与发展趋势
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.14.236海底观测系统技术进展与发展趋势①晏庆 崔浩贵 张晓 刘冰(91001部队 北京 100841)摘 要：随着科技的进步和社会的发展，各个领域对海底观测系统的需求越来越突出。
本文介绍了国内外海底观测系统的发展现状，分析了海底观测系统的主要关键技术，并就海底观测系统发展趋势和面临的挑战进行了探讨。
关键词：海底观测系统 关键技术 发展趋势中图分类号：P71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)05(b)-0236-04Abstract：With the progress of science and technology and the development of society, the demand for seaf loor observatory system in various fields is more and more prominent. This paper introduces the technological progress of the seaf loor observatory system in China and overseas，analyses its key technologies and discusses its development trend and challenge in the future．Key Words：Seaf loor observatory system；Key technology；Development trend①作者简介：晏庆（1979—），男，汉族，湖南汨罗人，硕士，高级工程师，研究方向：通信与信息系统。
海洋自古以来就与人类的生产、生活及军事活动密切相关。
海底观测系统作为海洋科学和技术的重要组成部分，在维护海洋权益、开发海洋资源、预警海洋灾害、保护海洋环境、加强国防建设、谋求新的发展空间等方面起着十分重要的作用，也是展示一个国家综合国力的重要标志。
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软件学报ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@Journal of Software,2013,24(Suppl.(1)):148−157 +86-10-62562563 ©中国科学院软件研究所版权所有. Tel/Fax:∗海底观测网络研究进展李正宝, 杜立彬, 刘杰, 吕斌, 曲君乐, 王秀芬(山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛 266001)通讯作者: 李正宝, E-mail: lizhengb@摘要: 海底观测网络已成为海洋科学研究的重要数据获取平台.首先简要介绍了世界各国在海底观测网络研究领域的发展历史,然后对各国海底观测网络的研究进展进行了详细介绍,指出了海底观测网络系统的关键技术和初步解决方案,探讨了海底观测网络下一步的发展.关键词: 海底观测网络;关键技术;进展;展望中文引用格式: 李正宝,杜立彬,刘杰,吕斌,曲君乐,王秀芬.海底观测网络研究进展.软件学报,2013,24(Suppl.(1)):148−157./1000-9825/13016.htm英文引用格式: Li ZB, Du LB, Liu J, Lü B, Qu JL, Wang XF. Research development of seafloor observatory network. Ruan JianXue Bao/Journal of Software, 2013,24(Suppl.(1)):148−157 (in Chinese)./1000-9825/13016.htmResearch Development of Seafloor Observatory NetworkLI Zheng-Bao, DU Li-Bin, LIU Jie, LÜ Bin, QU Jun-Le, WANG Xiu-Fen(Institute of Oceanographic Instrumentation, Shandong Science Academy, Qingdao 266001, China)Corresponding author: LI Zheng-Bao, E-mail: lizhengb@Abstract: Seafloor observatory network has been an important data acquisition platform in marine scientific research. This pagerprovides a brief introduction to the history of seafloor observatory network system, followed by detailed description of the progress fromthe different countries round the world on seafloor cable observatory network systems. It also explores future development of the seafloorobservatory network with a discussion on the key technologies and preliminary solutions employed in seafloor observatory networksystem.Key words: seafloor observatory system; key issue; development; development tendency海洋占地球表面积的71%,蕴藏着丰富的资源,已成为世界各国激烈争夺的重要战略目标.由于缺乏有效的观测手段,目前人类对海洋尤其是深海的认识依然肤浅.继海洋调查船和遥感卫星之后,海底观测网络成为人类探测深海的第3个重要平台[1].海底观测网络能够长期、实时、连续地获取所观测海区海洋环境信息,为人类认识海洋变化规律、提高对海洋环境和气候变化的预测能力提供支撑,对于海洋减灾防灾、海洋生态系统保护、气候变化应对、资源/能源可持续开发利用、海洋权益维护、海上航运和国防安全等具有重大的战略意义[2].本文回顾了海底观测网络的发展历史,分析和研究了国内外海底观测网络的建设成果,指出构建海底观测网络系统的关键技术和初步解决方案,探讨海底观测网络下一步的发展方向,以期对世界和我国海底观测网络建设有所借鉴.1 国外海底观测网络系统发展现状20世纪末以来,美国、欧洲各国、日本等国家和地区凭借在海洋观测领域的先发优势,纷纷投入巨资开展∗基金项目: 国家高技术研究发展计划(863)(2013AA09A411); 海洋公益性行业科研专项经费(201105030, 201305026); 山东省自然科学基金(ZR2012FL14)收稿时间:2013-05-02; 定稿时间: 2013-08-22李正宝 等:海底观测网络研究进展 149海底观测网络关键技术研究,构建海底观测网络,以海底观测网络为平台的科学、技术和国防安全的国际竞争日渐激烈.1.1 美国海底观测网络美国是最早开展海底观测研究和建设的国家,早在冷战时期美国海军就开始了海底网络的研究和应用.早期美国建立的海底观测系统有SOSUS [3],LEO-15[4,5],H2O [6]等,但它们都是单一科学节点的海底观测系统.1998年,美国提出了“海王星”海底观测网络计划(the North East Pacific Time —Integrated Undersea Networked Experiment,简称NEPTUNE)[7],1999年6月加拿大的科研机构加入其中,海底观测网络系统正式开始规划实施.为了进行原型实验和技术储备,美国和加拿大分别建立小型实验观测系统MARS(Monterey Accelerated Research System)[9]和VENUS(Victoria Experimental Network Under the Sea)[10].MARS 系统于2007年已完成了电力和通信两用光缆的铺设、所有水下观测仪器设备及相关装置的安装,并主要开展水下光缆的供电和数据通信方面的研究.如图1所示,MARS 主要由岸基基站、供电系统、光电复合缆、水下节点(接驳盒)和水下观测仪器组成.MARS 系统部署海域最大水深约900m,在海底深1m 的泥层中共埋设52km 长的光电复合缆,作为能量和数据传输的物理介质.在光电复合缆末端连接一个4×3.7×1.2m 的主节点,并针对不同的观测项目设置多个次级接驳盒作为枢纽.每个次级接驳盒均搭载多个观测仪器,如CTD 、流速仪等.该网络由岸上基站向各个观测点供应电力,采用岸基高压直流传输方式将10kV 直流高压电能传输到水下节点中,由高压-中压、中压-低压两级降压模块处理后得到水下设备可用的375V 和48V 电能.Fig.1 MARS network structure diagram (cited from /mars/)图1 MARS 网络结构示意图(引自/mars/)NEPTUNE 是美国华盛顿大学的约翰·德莱尼和美国著名的伍兹霍尔海洋究所的科学家们于1998年共同提出的,其后,加拿大的科研机构加入其中[8].海王星计划在环绕胡安·德·夫卡板块500km ×1000km 的海域铺设3000km 长的海底光电复合缆,进行为期25年的海底实时观测.观测参数包括深海物理、化学、生物、地质的实时信息,通过光纤传回到岸基基站,并通过互联网传给世界各国的终端.NEPTUNE 的北段由加拿大在其海岸外建设,南段由美国在其海岸外建设.具体的海底观测网络布局如图2所示.Fig.2 NEPTUNE network layout (cited from http://www.neptunecanada.ca/)图2 海王星计划网络布局图(引自http://www.neptunecanada.ca/)150Journal of Software 软件学报 V ol.24, Supplement (1), October 2013海王星计划主要开展3个领域的研究:一是板块构造运动研究,主要用于地震预测、海啸预警及其所产生的影响;二是研究海洋对气候的影响以及南部富氧洋流,用于揭示气候变化的反应及其对生物变化的影响;三是深海生态系统研究,主要观察深海中的生物群落、能量和营养物质的循环途径以及生态系统在自然环境发生变化时的响应.NEPTUNE 包括水下部分和陆地部分(如图3所示).水下部分计划设立30个海底观测节点,每个节点将安装水文仪器、物理化学传感器、水下移动平台、地震仪、海底钻头等传感器阵列,利用水下光电复合缆组成海底观测网络,实现与深海环境动力过程的实时交互.水上部分建立岸基基站,负责陆上能源供应、海底数据接收存储、数据产品发布等.Fig.3 NEPTUNE network structure (cited from Ref.[2])图3 NEPTUNE 的网络结构示意图(引自文献[2])经过多年的方案论证后,美国于2009年通过了“海洋观测行动”(ocean observatories initiative,简称OOI)计划[11],建设一个基于网络的海洋观测系统(如图4所示).该系统于2011年开始布放海底光电复合缆,计划2015年完成整个网络的建设.OOI 充分利用传感器、计算速度、通信带宽、互联网资源、小型化、基因组分析、高清晰成像、机器人和数据同化建模可视化技术等领域的最新发展成果,建立一个传感器分布全球的近实时观测网络.在近海、公海和海底等位置观测气候变化、生态系统的变化、海洋酸化和碳循环等复杂的海洋过程,提高环境变化预测水平,对生物多样性、海岸生态系统和气候效应研究也具有重要的意义.OOI 共分3级,即海岸观测系统、区域观测系统和全球观测系统[12].Fig.4 OOI observing location (cited from )图4 OOI 设备分布图(引自)OOI 全球观测系统主要是在全球范围内部署浮标系统,用于测量热量、水分和动量等海气通量,整个水柱的物理、生物和化学性质,海底地球物理观测等,研究海洋对气候变化的应对和作用.这一部分工作由伍兹霍尔李正宝等:海底观测网络研究进展151海洋研究所、俄勒冈州立大学和斯克里普斯海洋学研究所负责.NEPTUNE从属于OOI区域海底观测系统,计划在区域海洋中长时间、自适应地观测一系列物理、化学、地质等参量和生物过程,弥补传统的船上观测的缺陷.该部分工作由华盛顿大学负责.OOI海岸观测系统将加强和扩大现有的沿海观测资产,通过整合锚系浮标、电缆、地面雷达、水下机器人、空中和卫星传感器、船舶等资源,研究大/中尺度的沿海海洋环流极端变化、物料平衡(例如大陆架间的营养和碳通量)、生态系统的稳定性和变化、沿海形态、海滩侵蚀和其他人为尺寸的海陆相互作用.该部分工作由伍兹霍尔海洋研究所、俄勒冈州立大学和斯克里普斯海洋学研究所负责.OOI通过网络基础设施组件,将以上分布式系统连接起来,形成一个多代理和国际性的观察网格,以创建复杂的实时和离线分析.该部分工作由加州大学圣地亚哥分校负责.1.2 加拿大海底观测网络加拿大目前正在建设和使用的海底观测网络系统主要包括VENUS和海王星计划加拿大部分(NEPTUE Canada).这两个网络是维多利亚大学的姊妹项目,拥有很多相同的设计理念,很多NEPTUNE Canada 的实验都是在VENUS上进行的.2001年,加拿大维多利亚大学开始主持建立VENUS计划.2007年8月,VENUS开始铺设海底光电缆,11月完成了第1阶段的光电缆铺设和仪器安装,并与Internet接通.VENUS系统分别在维多利亚地区的Saanich海湾(约80m水深)、Georgia海峡170m和287m水深处布设了3个节点.Saanich海湾节点作为一个海洋技术实验平台,可以对海洋观测研究技术、设备进行原形测试,同时也连接有硝酸盐传感器、沉积物捕获器、数字摄像机、回音探测器等仪器设备.在Georgia海峡的两个节点上接入了声学分析器、声学多普勒流速剖面仪、溶解氧传感器、浑浊度传感器、水中听音器、CTD等10余种海洋观测设备(如图5所示).VENUS项目对外开放,全世界的海洋科学家都可以向其提交自己的研究实验计划,并可实时获取研究数据.Fig.5 VENUS network location (cited from http://venus.uvic.ca/)图5 VENUS海底观测网络系统布设示意图(引自http://venus.uvic.ca/)NEPTUNE Canada从2007年开始进行海底光电缆和观测仪器安装铺设,2009年投入使用,目前已经安装了5个水下节点(计划再增加1个),成为世界上首个区域光缆海底观测网络(如图6所示)[13].全世界的科研人员可以通过互联网实时查询和下载该系统的观测数据.NEPTUNE Canada的主要研究包括海底地壳运动、海底热液活动、海洋过程与气候变化、深海生态系统等[14,15].NEPTUNE Canada从温哥华岛西岸出发,穿过大陆架进入深海平原,向外延伸到大洋中脊的扩张中心,共布设了长达800km的光电复合缆组成海底观测骨干网络,整个观测范围为水下17m~2660m,采用高压直流供电模式,供电能力达到10kV/60kW,数据传输能力为10Gb/s.骨干网采用环路拓扑结构,能量和数据可以双向传输,提152Journal of Software 软件学报 V ol.24, Supplement (1), October 2013高了系统的可靠性.Fig.6 NEPTUNE Canada structure (cited from http://www.neptunecanada.ca/)图6 NEPTUNE Canada 结构示意图(引自http://www.neptunecanada.ca/)NEPTUNE Canada 目前已经安装了5个节点,分别为Folger Passage(17m~100m),Barkley Canyon(400m~ 653m),ODP889(1250m),Endeavour(2300m),ODP1027(2660m),在新的经费支持下计划安装1个新的节点(Middle Valley,2400m).这些海底观测节点通过分支单元和骨干网连接,通过二级降压模式将电缆传输来的高压电进行降压,供水下接驳盒使用.每个节点周围连有数个接驳盒,接驳盒通过分支光电缆与观测仪器和传感器相连.整个系统现在连接有上百个观测传感器,进行水下实时连续的观测,并通过光纤实时地将观测数据传向岸基基站.1.3 欧洲海底观测网络2004年,欧洲14个国家共同制定了“欧洲海底观测网计划(The European Sea Floor Observatory Network,简称ESONET)”[16],在大西洋与地中海精选10个海区设站建网(如图7所示),进行长期的海底观测.针对从北冰洋到黑海不同海域的科学问题,承担一系列科学研究项目,诸如评估挪威海海冰的变化对深水循环的影响以及监视北大西洋地区的生物多样性和地中海的地震活动等.该计划将涵盖从北冰洋到黑海的所有欧洲水域,也将探寻从冷水珊瑚到泥火山等大量神秘的自然现象.与NEPTUN 不同,ESONET 是由不同地域间的网络系统组成的联合体.该项目将根据实际情况逐渐探求发展完整的网络系统,在20年后具备监视整个欧洲周边海域的强大 能力.Fig.7 ESONET location (cited from Ref.[16])图7 ESONET 观测海域分布图(引自文献[16])2002年~2007年,欧洲完成了ESONET-CA 计划[17],该计划首次对欧洲海洋观测能力进行了评估,允许对ESONET 的潜在利益相关者进行鉴定,制定了观测节点的第1级配置定义.在以上研究的基础上,欧洲于2007年~2011年开展了ESONET-NoE 计划[18],目的是推动对环欧洲长期多学科深海观测网络的实施和管理[19].2007年开始的欧洲多学科海底观测计划(European Multidisciplinary Seafloor Observatory,简称EMOS)[20],计划建立5个节点,提升ESONET 的数据获取能力,预计2016年进入正式操作阶段.筹备阶段(EMSO-PP)是为期4年的项目,李正宝 等:海底观测网络研究进展153其主要目标是建立EMSO 的法律和管理框架.1.4 日本海底观测网络 DONET 网络[21]是日本开展的海底观测项目,主要用来实现对地震和海啸的实时连续监测,网络节点的分布如图8所示.第1阶段从2006年开始,2011年完成建设.该网络以15km~20km 为间隔,在海底布置20个科学节点,每个科学节点连接多个高精度的海底地震仪、强震仪、水中地震检波器、温度计和压力传感器等多种海底观测仪器,监测范围涵盖伊豆半岛近海东南海地震震源区[23].DONET 主干网上可以承载3kW 电力输送,主干网对每个科学节点的输入功率为500W,科学节点与基站之间的最高数据传输率达到600Mbit/s.网络建成后,DONET 数据通常发送到日本气象厅(JMA)和美国国家地球科学和防灾研究所,目前压力表传感器已经用于日本气象厅的海啸警报,并监测到2011年日本东太平洋海域地震、2012年苏门答腊岛北部西海岸的地震、2012年日本Sanriku 海岸地震等.2012年,日本在南开震源区开始DONET2的建设,主干网络将于2013年开始铺设,计划于2015年完成.Fig.8 DONET network node’s location (cited from http://www.jamstec.go.jp/donet/e/)图8 DONET 网络节点分布图(引自http://www.jamstec.go.jp/donet/e/)2 我国海底观测网络研究进展我国在“十一五”期间开展了海底长期观测网络关键技术的研究.2009年4月,同济大学等科研单位在上海附近海域进行了海底观测组网技术的实验,并且建立了中国第一个海底综合观测实验与示范系统——东海海底观测小衢山试验站[24].该试验站由海洋登陆平台及传输控制模块、1.1km 海底光电复合缆、基站及特种接驳盒组成(如图9所示),接驳盒外接ADCP,CTD,OBS 等多种观测仪器.同济大学等国内高校研制的海底观测节点在2011年4月已与美国MARS 网络并网成功[25].2011年,山东省科学院海洋仪器仪表研究所在青岛胶州湾海洋岸边试验站开展了海底观测网络岸边实验[26].Fig.9 Xiaoqushan Observing Station (cited from Ref.[25])图9 小衢山试验站(引自文献[25])154 Journal of Software软件学报 V ol.24, Supplement (1), October 20132007年,台湾地区开始执行“台湾东部海域电缆式海底地震仪及海洋物理观测系统建设计划(Marine Cable Hosted Observatory,简称MACHO)”[27,28],并于2011年11月完成建设后正式运行.MACHO从宜兰县头城镇向东南外海铺设1条全长45km的海底光电复合缆,并在深度约300m的海底设置1个科学观测节点,连接地震仪、海啸压力计、温盐仪与水听器等仪器设备,通过海底光电缆24小时连续实时地将监测数据传送至陆上监测站,不仅能够加强对地震与海啸活动的监测,还可长期提供海洋科学观测数据[29].3 海底观测网络关键技术海底观测网络将观测仪器长期放置在水下,实现长期、实时和高分辨率的原位观测.本节对构建和保障海底观测网络长期稳定运行的关键技术进行分析,并总结了目前国内外的相关解决方案,希望对未来的研究工作有一定的借鉴和参考价值.3.1 能源供应技术电能是海底观测网络正常运行的基础.目前针对单个科学观测节点的能源供应已有很好的解决方案,但对于包含多个观测节点的海底观测网来说,海底电缆长度达到几百甚至上千千米,需要的电能比较大且要长期供电,具有一定的难度,当前国际上通常采用高压电缆供电方式.高压输电可以采用直流电和交流电两种方式,考虑到单位长度电缆的电阻影响和绝缘因素,传输的电压要低于10kV~15kV.采用交流电存在容抗损耗大补偿昂贵、水下降压设备体积巨大等限制,通常采用直流并联供电法[27,30,31].这种能源供应方式虽然取得了较好的工作效率,但仍存在最大传输的能量受到线路特性和负载分布影响、负载变化时会导致电压变化等缺点.同时,随着供电距离的增大,在水下降压、能源监控管理、中继器保护、错误定位隔离[32]等方面存在较多的问题.需要研究者研制小型化高压直流降压设备、设计开发电能分配管理系统,提高海底观测网络能源供应能力和容错能力,实现海底观测网络的远距离能源供应与供电故障处理[33].3.2 海底接驳技术海底接驳技术通常用于将水下仪器设备和海底骨干网连接,提供能源和信号传输.海底接驳盒是专门研制的海底接驳装置,一般具有中继功能、数据通信功能、控制指令传输功能、电能转换和分配功能、接口规范转换功能、自监控功能、即插即用功能[34,35].在进行海底接驳盒设计时,需要考虑多种影响因素.接驳盒放置在海底,耐压、耐腐蚀和防水是首要考虑的问题.为了提供更好的安全防护,小型化和防拖网设计成为考察接驳盒性能的重要技术指标;海底观测网络采用湿插拔技术对观测仪器和传感器动态增减和维修,实现能在水下湿插拔的配对接口是接驳盒接口设计的重点[2].接驳盒给水下设备提供机械和电子连接接口,对电能和数据信号进行集中、转换和处理.电能转换器、数据通信装备成为接驳盒的基本功能单元,研制能够可靠地工作于海底的电路系统,是接驳盒设计的核心内容之一[36].接驳盒的结构设计、材料选择、内部散热等问题也是考虑的重点.接驳盒还可能有很多辅助功能,如水声通信实现于水下潜器、水声传感器网络的连接,需要设计辅助接口以满足功能的扩展[37].3.3 网络基础设施网络基础设施主要包括用于岸基能源供应的电能供给设备、信号传输设备、数据分析处理设备和数据储存设备等[2],实现对整个海底观测系统的远程监控管理.电能供给设备主要解决岸基能源供应和电能监控问题,通过故障处理系统以保障水下设备的正常运行,数据分析处理设备和数据存储设备主要负责收集、处理、存储大量不同类型的数据,一般可以采用成熟的商业解决方案降低运行风险.开发相应的数据管理系统负责收集、管理、存放、分发数据,处理和显示数据,设计高效的通信协议以提高水下观测数据的完整率,用软件工具来分析多学科、大空间范围、间断的数据并实现数据和界面的标准化[38].建立网络基础设施是保证系统正常运行以及收集来的数据具有更广泛的应用的关键.李正宝等:海底观测网络研究进展1553.4 工程布设技术海底观测系统中骨干光电复合缆的敷设是海底观测系统安全可靠运行的前提.在整个海底观测系统的建设过程中,需要重点考虑路由设计与选择、敷设工程两个方面[39].在开展路由设计和选择的过程中,应以骨干网规划和设计任务书为依据,依照路由稳定可靠、走向科学合理、易施工维护及抢修的原则,进行多方案设计.在现有地形地貌、海底地质调查的基础上,考虑海况和涉海活动,确定出经济合理的路由选择方案.海底光电复合缆的安装分为直接敷设和埋设两种,考虑路由选择方案,确定出经济、合理的敷设技术方案,选用相应的光缆和施工方式进行施工布放.4 海底观测网络系统研究展望当前建设中的海底观测系统,各国也都处在起步阶段,我国也紧跟国际发展趋势,开展了相关的研究.作为一个新的研究领域,海底观测网络系统仍存在较多的技术难点和问题亟待解决.本节对海底观测网络的下一步研究进行展望:(1) 随着电子技术、能源供应技术、仪器仪表等相关科学技术的发展,海底观测网络向网格化、易维护性、可扩展性、接口通用性和标准化、自维护性和强容错能力的方向发展,并在可靠性、观测时间跨度和测量精度等方面有更大的提高.(2) 需要针对海底长期实施观测的需求,开展适用于海底观测网络的新型传感器.传统的海洋传感器在测量原理、能源供应、长期工作稳定性等方面存在缺陷,需要开展适用于长期海底观测的传感器,以提高海底观测网络的探测能力和可维护性.(3) 加强不同网络之间、不同国家之间的合作.海底观测网络要加强和海面浮标网络、陆基和天基网络的数据共享,以提高对地球的观测能力.不同国家之间加强国际合作,充分利用互联网络的国际并联能力,实现各国海底观测网络建设的技术交流和数据共享.(4) 我国要加快和国外相关机构的技术交流合作,吸收和借鉴国外的先进经验,并加大投入,组织力量重点攻关其关键技术(尤其是深海观测技术),尽快建成我国自己的海底观测网络系统,并建立专门的管理机构进行日常维护管理、数据分析处理和产品数据发布,这对我国赶超国外海洋科学研究发展、提高在海洋观测和海洋技术领域的能力有着重要的意义.5 结论海底观测网络系统是一种新的深海大洋海底信息获取技术,在基于海洋观测的海洋科学研究中,可以对重点地区进行大区域、长时间、跨尺度、多途径的综合观测研究,具有传统技术不可比拟的优势.因此,大力发展海底观测网络系统对推动我国的海洋科学研究、资源勘探和海洋气候研究具有重大的意义.在本文中,我们着重介绍了国内外海底观测网络研究的最新成果,分析探讨了海底观测网络研究中的关键技术问题和初步的解决方案,展望了海底观测网络在未来的发展方向,期望能借此推动我国对海底观测新技术的关注与研究.References:[1] Wang PX. 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