海底观测网络现状与发展分析

《海底观测网络现状与发展分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2014年第4期声学与电子工程总第116期海底观测网络现状与发展分析陶智(海装装备采购中心，北京，100071)摘要介绍了国内外各种典型海底观测网情况，包括日本ARENA计划、DONET计划、海沟海底地震海啸观测网，美国和加拿大NEPTUNE计划、美国MARS计划和加拿大VENUS计划、美国夏威夷H2O(Hawaii-2Observatory)计划、LEO-15生态环境海底观测站，欧洲ESONET计划，台湾地区妈祖计划，以及我国同济大学东海海底观测网、中科院南海所海底观测示范系统、浙江大学摘箬山岛海底观测网络试验平台、山东省科学院海仪所青岛胶州湾海底观测网等。分析了海底观测网的

2、主要关键技术，提出了发展海底观测网的建议。关键词海底观测网；海底环境监测；关键技术；综述建立海底观测系统的想法是冷战时期从美国海军的水声监视系统中获得的，该系统由安置在大西洋和太平洋中的水听器阵列组成，用来监听苏联海军潜艇的动向。从1978年日本在御前崎建造了第一个由海底电缆构成的海底地震实时观测系统开始，海底观测系统逐渐步入海底环境监测领域。随着传感器技术、互联网技术、机器人技术和海底光纤电缆技术等的快速发展，海底观测系统也开始向多科学、多功能的长期海底观测网络转变[1]。1海底观测网络的组成如图1所示，海底观测网络一般由岸基站(Shorestation)、互联网络(Netw

3、ork)、光纤光缆(cable)、接驳盒(node)、各种传感器(sensors)和各种功能观测设备等组成[1]。图1海底观测网示意图岸基站是整个海底观测网的控制单元，负责控制整个网络的正常运行，并为海底观测设备输送高压电能，也是数据传输的终点，负责接收最终的观测数据。光纤光缆用于通信，负责各设备之间的联接和信号传输。接驳盒是水下的中枢部分，它不仅为信号处理、控制和管理提供一个集中的站点，同时也为观测设备模块提供接口（可借助水下机器人ROV在海底接驳盒上直接对观测设备插座模块进行热插拔），还为海底观测网络电能的低功耗输送、转换、分配及管理提供手段。传感器大多分布在海底各个观测

4、设备上，是实验数据的主要获取途径。2海底观测网络的现状2.1国外发展现状21世纪初，随着各海洋强国纷纷制定或调整海洋发展战略计划和科技政策，以确保在新一轮海洋竞争中占据先机，相应的国际和区域海洋监测网络逐步实施，如日本的ARENA、DONET系统，美国和加拿大的NEPTUNE、MARS、ONC、H2O、LEO-15系统，欧洲的ESONET系统等。2.1.1日本海底观测网2.1.1.1日本ARENA计划ARENA计划由日本海底电缆科学应用研究组于2003年1月提出，东京大学主持，目标是沿日本海沟建造跨越板块边界的光缆连接观测网络，如图2。图2日本ARENA计划示意图它是一个低成本

5、、高效率、高抗故障能力、高可靠性的海底观测网络，主要应用于地震学和地球动力学研究、海洋环流研究、可燃冰监测、水热通量研究、生物与渔业研究、海洋哺乳动物研究、深海微生物研究等。ARENA海底观测网中使用到的传感器主要有地球物理传感器（地震检波器、海底传感器、倾斜计、磁力计）、光学仪器（海底照相机）、CTD、ADCP、温度传感器、化学传感器（测量pH、H2S、溶解氧）等。2.1.1.1日本DONET计划DONET计划是继ARENA之后日本在伊豆半岛东南海附近地震源区铺设的先进实时海底观测系统，如图3。该系统由20个观测点密集布设，各观测点都设置有宽频带地震仪、强震仪、高精度水压仪、

6、压差仪、水中地震检波器、温度计等传感器群，用以高精度、宽频带实时监测东南海域的地震情况。图3日本DONET计划海底观测网示意图另据报道，日本防灾科学技术研究所已经开始着手在日本海沟及千岛海沟沿岸海底建立世界上规模最大的地震观测网：日本海沟海底地震海啸观测网。按照计划，防灾科学技术研究所将会在2015年度之前在该海底观测网中设置154个观察点。2.1.2美洲的海底观测网2.1.2.1美国和加拿大的NEPTUNE计划NEPTUNE计划也叫“海王星”计划，1998年正式启动，加拿大于1999年6月加入该计划（如图4）。海王星计划最终目标是建立区域、长期、实时的交互式深海观测平台，在几

7、秒到几十年的不同时间尺度、几微米到几千米的不同空间尺度上进行多学科的测量和研究。设立大约33个观测中心，每个中心都有潜标、CTD、ADCP、人工磁场海流计、波浪传感器、光源和相机、营养盐测量仪、地震仪，以及ROV、AUV、ROVER等。其中ROV用于水下仪器设备和网络的布放、安装以及维护，AUV用于数据的接驳和能源的补给，ROVER用于各节点之间空白区域的观测。该计划环绕“胡安.德富卡”板块，在500km´1000km海域内铺设3000km光缆，进行量化海洋学和板块相关过程间关系的实时观测