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《海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與發(fā)展分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、2014年第4期聲學(xué)與電子工程總第116期海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與發(fā)展分析陶智(海裝裝備采購(gòu)中心，北京，100071)摘要介紹了國(guó)內(nèi)外各種典型海底觀測(cè)網(wǎng)情況，包括日本ARENA計(jì)劃、DONET計(jì)劃、海溝海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)，美國(guó)和加拿大NEPTUNE計(jì)劃、美國(guó)MARS計(jì)劃和加拿大VENUS計(jì)劃、美國(guó)夏威夷H2O(Hawaii-2Observatory)計(jì)劃、LEO-15生態(tài)環(huán)境海底觀測(cè)站，歐洲ESONET計(jì)劃，臺(tái)灣地區(qū)媽祖計(jì)劃，以及我國(guó)同濟(jì)大學(xué)東海海底觀測(cè)網(wǎng)、中科院南海所海底觀測(cè)示范系統(tǒng)、浙江大學(xué)摘箬山島海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)、山東省科學(xué)院海儀所青島膠州灣海底觀測(cè)網(wǎng)等。分析了海底觀測(cè)網(wǎng)的
2、主要關(guān)鍵技術(shù)，提出了發(fā)展海底觀測(cè)網(wǎng)的建議。關(guān)鍵詞海底觀測(cè)網(wǎng)；海底環(huán)境監(jiān)測(cè)；關(guān)鍵技術(shù)；綜述建立海底觀測(cè)系統(tǒng)的想法是冷戰(zhàn)時(shí)期從美國(guó)海軍的水聲監(jiān)視系統(tǒng)中獲得的，該系統(tǒng)由安置在大西洋和太平洋中的水聽(tīng)器陣列組成，用來(lái)監(jiān)聽(tīng)蘇聯(lián)海軍潛艇的動(dòng)向。從1978年日本在御前崎建造了第一個(gè)由海底電纜構(gòu)成的海底地震實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始，海底觀測(cè)系統(tǒng)逐漸步入海底環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。隨著傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和海底光纖電纜技術(shù)等的快速發(fā)展，海底觀測(cè)系統(tǒng)也開(kāi)始向多科學(xué)、多功能的長(zhǎng)期海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變[1]。1海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的組成如圖1所示，海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)一般由岸基站(Shorestation)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Netw
3、ork)、光纖光纜(cable)、接駁盒(node)、各種傳感器(sensors)和各種功能觀測(cè)設(shè)備等組成[1]。圖1海底觀測(cè)網(wǎng)示意圖岸基站是整個(gè)海底觀測(cè)網(wǎng)的控制單元，負(fù)責(zé)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，并為海底觀測(cè)設(shè)備輸送高壓電能，也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K點(diǎn)，負(fù)責(zé)接收最終的觀測(cè)數(shù)據(jù)。光纖光纜用于通信，負(fù)責(zé)各設(shè)備之間的聯(lián)接和信號(hào)傳輸。接駁盒是水下的中樞部分，它不僅為信號(hào)處理、控制和管理提供一個(gè)集中的站點(diǎn)，同時(shí)也為觀測(cè)設(shè)備模塊提供接口（可借助水下機(jī)器人ROV在海底接駁盒上直接對(duì)觀測(cè)設(shè)備插座模塊進(jìn)行熱插拔），還為海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)電能的低功耗輸送、轉(zhuǎn)換、分配及管理提供手段。傳感器大多分布在海底各個(gè)觀測(cè)
4、設(shè)備上，是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要獲取途徑。2海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀21世紀(jì)初，隨著各海洋強(qiáng)國(guó)紛紛制定或調(diào)整海洋發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃和科技政策，以確保在新一輪海洋競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)先機(jī)，相應(yīng)的國(guó)際和區(qū)域海洋監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)逐步實(shí)施，如日本的ARENA、DONET系統(tǒng)，美國(guó)和加拿大的NEPTUNE、MARS、ONC、H2O、LEO-15系統(tǒng)，歐洲的ESONET系統(tǒng)等。2.1.1日本海底觀測(cè)網(wǎng)2.1.1.1日本ARENA計(jì)劃ARENA計(jì)劃由日本海底電纜科學(xué)應(yīng)用研究組于2003年1月提出，東京大學(xué)主持，目標(biāo)是沿日本海溝建造跨越板塊邊界的光纜連接觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，如圖2。圖2日本ARENA計(jì)劃示意圖它是一個(gè)低成本
5、、高效率、高抗故障能力、高可靠性的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于地震學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)研究、海洋環(huán)流研究、可燃冰監(jiān)測(cè)、水熱通量研究、生物與漁業(yè)研究、海洋哺乳動(dòng)物研究、深海微生物研究等。ARENA海底觀測(cè)網(wǎng)中使用到的傳感器主要有地球物理傳感器（地震檢波器、海底傳感器、傾斜計(jì)、磁力計(jì)）、光學(xué)儀器（海底照相機(jī)）、CTD、ADCP、溫度傳感器、化學(xué)傳感器（測(cè)量pH、H2S、溶解氧）等。2.1.1.1日本DONET計(jì)劃DONET計(jì)劃是繼ARENA之后日本在伊豆半島東南海附近地震源區(qū)鋪設(shè)的先進(jìn)實(shí)時(shí)海底觀測(cè)系統(tǒng)，如圖3。該系統(tǒng)由20個(gè)觀測(cè)點(diǎn)密集布設(shè)，各觀測(cè)點(diǎn)都設(shè)置有寬頻帶地震儀、強(qiáng)震儀、高精度水壓儀、
6、壓差儀、水中地震檢波器、溫度計(jì)等傳感器群，用以高精度、寬頻帶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)東南海域的地震情況。圖3日本DONET計(jì)劃海底觀測(cè)網(wǎng)示意圖另?yè)?jù)報(bào)道，日本防災(zāi)科學(xué)技術(shù)研究所已經(jīng)開(kāi)始著手在日本海溝及千島海溝沿岸海底建立世界上規(guī)模最大的地震觀測(cè)網(wǎng)：日本海溝海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)。按照計(jì)劃，防災(zāi)科學(xué)技術(shù)研究所將會(huì)在2015年度之前在該海底觀測(cè)網(wǎng)中設(shè)置154個(gè)觀察點(diǎn)。2.1.2美洲的海底觀測(cè)網(wǎng)2.1.2.1美國(guó)和加拿大的NEPTUNE計(jì)劃NEPTUNE計(jì)劃也叫“海王星”計(jì)劃，1998年正式啟動(dòng)，加拿大于1999年6月加入該計(jì)劃（如圖4）。海王星計(jì)劃最終目標(biāo)是建立區(qū)域、長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的交互式深海觀測(cè)平臺(tái)，在幾
7、秒到幾十年的不同時(shí)間尺度、幾微米到幾千米的不同空間尺度上進(jìn)行多學(xué)科的測(cè)量和研究。設(shè)立大約33個(gè)觀測(cè)中心，每個(gè)中心都有潛標(biāo)、CTD、ADCP、人工磁場(chǎng)海流計(jì)、波浪傳感器、光源和相機(jī)、營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)量?jī)x、地震儀，以及ROV、AUV、ROVER等。其中ROV用于水下儀器設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的布放、安裝以及維護(hù)，AUV用于數(shù)據(jù)的接駁和能源的補(bǔ)給，ROVER用于各節(jié)點(diǎn)之間空白區(qū)域的觀測(cè)。該計(jì)劃環(huán)繞“胡安.德富卡”板塊，在500km′1000km海域內(nèi)鋪設(shè)3000km光纜，進(jìn)行量化海洋學(xué)和板塊相關(guān)過(guò)程間關(guān)系的實(shí)時(shí)觀測(cè)
