海底观测网络_

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学术前沿
海底观测网络
浙江大学海洋学院
浙江大学海底观测网络研讨会于 2013 年 12 月 16 ̄17 日在浙江大学举行。
会议由浙江大学校长助理、海洋学院院长及党 委书记陈鹰教授担任大会主席,由浙江大学海洋工 程与技术研究所副所长瞿逢重副教授具体负责。与 会学者有 3 位美国学者,还有来自浙江大学、国家海 洋局海洋技术中心、海军工程大学、中国科学院南海 海洋研究所等国内学术机构的学者、研究生 55 人。美 国夏威夷大学 Bruce Howe 教授、美国伍兹霍尔海洋 研究所 Samuel Laney 教授及美国斯克利普斯海洋研 究所 Julianna Thomas 教授作为嘉宾作了主旨发言。
1 主旨报告板块
1.1 有关摘箬山海洋技术装备试验系统 浙江大学海洋工程与技术研究所副所长瞿逢重
副教授首先作了关于浙江大学—摘箬山海洋技术装 备试验系统的主旨报告,主要分为以下几个部分。
(1)摘箬山岛的地理位置,及在此建立海洋技术 装备试验系统的背景
摘箬山岛位于中国东海,毗邻长江三角洲地区, 位于我国海岸线的中部,交通发达,地理位置优越。 摘箬山岛距杭州市区 170 km,岛屿面积 2.34 km2,与 建设中的浙江大学海洋学院相距 30 分钟船程。
在摘箬山岛建设海洋技术装备试验系统主要出 于观测及试验等因素。首先,就摘箬山岛海洋环境而 言,因其位于浙江舟山海域,受复杂海域的影响,海 流十分复杂,同时渔业资源丰富,可提供较丰富的物 理海洋观测资源,并可研究人工上升流等促进渔业 发展的技术手段,同时也可观测该地区海洋生物受 盐度、温度、浊度及综合因素的影响情况;其次,因受 长江三角洲地区污染的影响,该地区污染较为严重,
收稿日期:2014-03-04
赤潮频发,可为研究污染及防治措施提供资源;另外,
此试验系统也可为潮汐、潮流发电提供支持。作为测
试平台,本试验系统可实现装备测试、管理流程建立
等运营性功能,其本身也可作为大型试验场或观测
网的试验系统,以及培养技术人员、工程师的平台。
(2) 浙江大学—摘箬山海洋技术装备试验系统
的结构组成
此试验系统主要包括空中(卫星)、岸上(视频系
统、中心控制室、岸基站)、水面(水面船只、半潜浮
台)及水下(光电缆、接驳盒、科学仪器插座模块、传
感器)等 4 部分。
(3)海试的情况
此试验系统共进行了 3 次海试。第一次海试在
2012 年 12 月进行,包括在浙江大学紫金港校区进
行的水池试验、启真湖湖试以及在摘箬山岛海域的
实际布放,实现了数据的获取以及远程通信。在
2013 年 8 月进行了第二次海试,此次科学仪器插座
模块与叶绿素、浊度以及 CDOM 传感器一起布放,也
获得了相应的观测数据。2013 年 12 月正在进行第三
次海试,此次海试要完成试验系统主要观测装备的
布放,并进入全网测试运行阶段。此外,试验系统的
半潜浮台已经建造完成,而岸基站则正在建设中。
2015
(4)未来试验系统的可能发展方向
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基于此试验系统,未来可进行一些诸如观测网 年

标准化的探索工作,如网络系统、供电、接口、通信协 议、数据管理等,并可作为集数据中心、测试中心、训 期
练中心为一体的综合平台。


1.2 有关夏威夷大学 ALOHA 观测系统

美国夏威夷大学 Bruce Howe 教授作了题为《夏 术
威夷大学 ALOHA 海底观测网络》的主旨报告,向大 动

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学术前沿
会介绍了夏威夷大学 ALOHA 观测系统以下主要内
容。
(1)基本概况
ALOHA 观测系 统 位 于 夏 威 夷 火 奴 鲁 鲁 以 北
100 公里处,具有优越的海洋地理环境,借助夏威夷
海洋时间序列计划得以实施。2007 年进行了测试版
系统的初次布放,包括水听器、压力传感器等等,地
点为原有缆线的终端,获得了相关水声数据。2011
年 7 月进行了正式布放,包括接驳盒、水听器、压力
传感器、照相机、浮标、科学仪器插座模块、OBS、
AMM 等设备,并建立了相应的通信系统。然而,在实
际运行中,一些设备发生了故障,无法正常工作。
(2)观测数据
观测到的数据包括可供在线浏览的实时信息,
包括温度数据、CTD 数据、ADCP 数据等,可进行存
储并供用户下载,并可通过软件对设备进行控制。水
声数据经实时压缩,进行存储,可依需索取。Bruce
Howe 教授还展示了照相设备在海底观测到的录像,
可供生物学家展开研究。相比科考船进行的间断研
究,从海底观测网中获得的时间序列温度数据可获
取更多信息,包括温度的起伏等等。与此类似,从观
测网的 ADCP 数据中也可获得较多有用信息。此外,
Bruce Howe 教授展示的数据还包括深海水声数据、
浮球获得的数据、地震数据、降雨数据等。
(3)LOHA 观测网运行状态小结与下一步发展
截至目前,ALOHA 建立了海底观测系统,并实
现了数据传输功能,也获得了 NSF 经费进行下一步
的研究与探索。计划于 2014 年 1 月进行科考,并将
布放更多的新设备,如声学设备、照相设备、浮标等,
以进行海底观测。
作为将来的发展,ALOHA 将扩大观测范围,将
纵深观测范围从海底延伸至整个海洋,在目前固定
观测的基础之上发展移动观测技术,包括浮标、
年 第
AUV、滑翔机、以及海底爬行器等,并将力促在海洋
观测领域的标准化与国际合作。

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1
国 1.3 有关点对点观测网络基础设施

美国斯克利普斯海洋研究所 Julianna Thomas
学 教授作了题为《点对点观测网络基础设施》的主旨报
术 告,主要包括以下主要内容。

(1)观测网络相关背景介绍

Julianna Thomas 教 授 介 绍 了 OOI、IOOS、CDIP
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等 3 个观测计划的基本情况,试图在数据处理方面 建立相关标准,并选择 OOI 进行了详细介绍。OOI 是一个深海观测网络,主要包括 6 个阵列,771 个观 测设备,38 个浮标,可进行物理、生物、化学、地理等 方面的观测,在地理上遵循一定分布,并有地区性的 观测网络及节点。Julianna Thomas 教授还展示了可 在线访问的数据管理系统,包括系统概述、结构、工 程设计、数据流、在线系统的功能等。
(2)以 OOI 海底观测系统为例的有关的数据产 品
该海底观测系统将数据分为 3 个层次,第一层 次 L0 为未处理的数据,第二层次 L1 为经过定义及 校正的基本数据,第三层次 L3 为开发完毕的数据 产品,包含多个传感器的数据输出。Julianna Thomas 教授以 papa 站点为例进行了详细介绍,该站点包括 PMEL 浮标,MFM-A,MFM-B,滑翔机等设备,这些 测量获得数据通过卫星进行传输。同时 Julianna Thomas 女士也介绍了相关可供获得数据产品的网 站以及服务中心,包括 SCCOOS 项目、CDIP 项目、实 时数据监测系统等。
(3)数据的质量控制与管理 Julianna Thomas 女士以 QARTOD 项目为例,介 绍了实时数据的质量控制,其中包括联合科研人员 以及设备供应商进行相关数据存储及处理的标准设 计与应用。数据的管理包括使用合适的数据库,如 NetCDF,xml,sos 等,在满足开放性的同时,也需便 于维护,并可在一定程度上探索数据的云存储与云 处理技术。
1.4 有关海底观测网光学传感器 作为主旨报告的最后一位教授,美国伍兹霍尔海
洋研究所的 Samuel Laney 教授进行了关于海底观测 网光学传感器的主旨报告,主要包括以下几个方面。
(1)海水的 4 种光学特性及其定量分析 海水的光学特性包括衰减、吸收、散射以及某些 特定色素的荧光等。其中,衰减遵循 Beer 法则,而吸 收则为衰减与散射两者之差。同时,Samuel Laney 教 授介绍了基于色素荧光的用于探测藻类的光学传感 器原理,并将其应用于不同的海底观测网络。 (2) 将光学传感器应用于有缆连接的海底观测 网络 Samuel Laney 教授以美国伍兹霍尔海洋研究所
学术前沿
的 MVCO 海底观测网络为例,介绍了如何将藻类光 学传感器应用于有缆连接的海底观测网络。MVCO 是近海浅水观测网络系统,藻类含量较高,且具有充 足的水量。同时,传感器获取的数据通过 Ethernet 以 及无线电进行传输,并在一定程度上进行了数据存 储与处理的硬件 / 软件标准化的工作。
(3) 将光学传感器应用于尚未进行缆接的海底 观测网络
Samuel Laney 教授介绍了如何将藻类光学传感 器应用于尚未进行缆接的海底观测系统。在这种观 测系统中,藻类光学传感器可用于观测海水的颜色 变化,以及相关藻类的生物学特性,其中包括将传感 器与缆线相结合的新颖设计。
(4) 将光学传感器应用于无法进行缆接的海底 观测网络
Samuel Laney 教授以极地海域为例,介绍了如 何将藻类光学传感器应用于无法进行缆接的海底观 测系统。这种观测系统的特点是,设备在布放了之后 无法进行回收。Samuel Laney 教授介绍可将此藻类 光学传感器与浮标相结合,悬浮在北极海域,通过无 线传输将数据发回。由于浮标会随海水在一定范围 内进行移动,此种观测方法可获得一定范围内的藻 类数据。同时,Samuel Laney 教授还介绍了针对光学 传感器的反馈校正方法。
2 讨论板块
在接下来的讨论板块中,首先由浙江大学海洋 工程与技术研究所的宋宏博士主持了关于海底监测 网络的标准化的讨论。专家教授们对标准化的必要 性,现有的标准,相关的组织和委员会,企业、大学和 政府在其中扮演的角色,以及潜在的难点等 5 个方 面进行了讨论。
浙江大学海洋工程与技术研究所的张大海博士 主持了关于海洋技术装备试验系统的讨论。与会专 家讨论了现有的试验系统、试验系统的必要性、高效 海洋技术装备试验系统的功能、未来海洋技术装备 试验系统发展的主要风险及需要推进的关键研究项 目或试验计划 5 个方面。
由浙江大学海洋工程与技术研究所副所长瞿逢 重副教授主持的关于数据管理的讨论中,与会专家
讨论了数据管理中应该关注的项目、数据质量控制、 数据搜索及需求、数据的共享和相关政策、云数据及 大学在数据管理中扮演的角色 6 个方面的问题。
3 科技会议板块
在科技会议板块中,浙江大学海洋工程与技术
研究所的张大海博士简短地介绍了摘箬山岛的情
况,主要包括它的地理位置,与海底监测网络有关的
地理,海洋地理学、化学、生物学等方面情况以及海
地监测网络的建设情况。他同时也提到了摘箬山岛
的一些外围情况,如深水航道。
浙江大学海洋科学系主任助理贺治国副教授作
了对摘箬山岛南部海峡的潮汐动力观测的技术介
绍。他展示了一些对于目标地域的理论分析及支持
该理论的数据和图表。
浙江大学机械电子控制工程研究所的金波教授
介绍了 ZERO 海底观测网络接驳盒的研制。他从不
同方面介绍了所研制的接驳盒,比如机械结构的设
计、数据服务器、电磁屏蔽和兼容性设计,另外还介
绍了它在不同地区和设备下的测试情况。
浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室
副主任李德骏副教授介绍了 ZERO 海底观测网络岸
基站的建设。他主要介绍了其在供能,数据传输,精
确时间服务及其远程控制等方面的功能。
浙江大学海洋工程与技术研究所所长韩军教授
作了关于海底观测网络智能信息系统的技术报告,
主要介绍了到目前为止并没有受到很多关注的软件
部分。他展示了智能信息系统的结构,基本功能,若
干开发中的图形用户界面和下一步发展计划。
浙江大学海洋工程与技术研究所的宋宏博士介
绍了海洋观测网络的科学仪器插座模块。他介绍了
其机械构造,测控系统,数据流控制,通讯模块和
2015
2012 年 12 月以来的海上试验。
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最后,浙江大学机械电子控制工程研究所的吴 年

世军博士后作了关于海底观测网水下自主航行器的 水下靠泊系统的报告。他介绍了该系统的如下方面, 期
包括其机械结构设计,其在复杂水下洋流环境中的 国
强度及刚度的有限元模型仿真与验证,基于线圈信 际
号耦合的无线海底数据传输,以及水下自主航行器 学
接近靠泊系统时的运动控制。



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