海底观测网发展现状及趋势研究

文中详细研究了当前世界上最典型的海底观测网的建设发展规模、形式、设备类型以及我国海底观测网的发展现状,并对国内外海底观测网的发展趋势进行总结。对日本、加拿大、美国及欧洲的海底观测网进行了设备级研究,对我国台湾地区、东海、南海的海底观测网现状进行了研究,并讨论了国外先进观测网对我国的海底观测网建设的借鉴意义。文中总结出海底观测网发展的整体趋势为:单节点网络加速验证新型设备及传感器的水下能力;区域尺度网络用于加速多学科发展并提升灾害预警能力;而浮标平台网络作为补充,铺设在远海区域以降低阶段建设成本。     

海底有缆观测站数据采集、管理系统设计与海底运行验证

文中设计了一套用于海底观测网的信息采集系统。提出了一种基于事件触发和定时驱动相结合的通过光网传送IP包的信息监控系统运行机制;提出了由岸站监控中心层、光传输主干层、海洋数据采集层组成的监控和信息采集监控系统总体构架;设计了通讯控制策略及自定义的通讯协议。采用该信息采集系统的海底观测网在试验海域进行了海底布放。经过8个月的海底连续运行,数据采集系统运行稳定,能够正确地采集海洋传感器和自身系统运行数据。     

国外深水铺管方法与铺管船研究现状及发展趋势

深水铺管船是深水油气田开发的主要施工装备,它担负着浮式生产平台的安装、海底管线的铺设以及立管系统安装任务。通过对国外主要深水铺管船和重点工程项目的分析,简要介绍了国外深水铺管船的基本特征、性能和设备能力;重点阐述了深水铺管船的关键设备及其对施工能力的影响;最后,对国外深水铺管船的发展趋势作了进一步的分析。为我国的深水铺管船研发提供有益的参考。     

海底大地基准建设技术及其研究进展

海底大地基准网将是新一代国家综合PNT（Positioning, Navigation and Timing）系统建设的重要组成,也是未来海洋立体观测系统的基础设施。联合全球卫星导航定位系统和声学测距的GNSS-声学定位技术可用于高精度水下定位,直接服务于海底大地基准网建设。本文聚焦海底大地基准建设技术,简要梳理了国内外水下声学导航定位技术及系统背景,分析总结了海底大地基准建设的站址勘选及布放技术要点,在讨论GNSS-声学观测平台和数据采集技术基础上,重点探讨了GNSS-声学定位的数据处理方法研究进展,最后简单介绍了GNSS-声学的当前主要应用并展望了未来海底大地基准建设的技术需求和应用问题。     

全球有缆海底观测网概述

近期有缆海底观测网发展迅猛,世界各国包括加拿大、美国、日本和欧洲国家都依据自己的科学目标,建立了相应的有缆海底观测网。文章针对不同国家有缆海底观测网系统的组成和建设分别做了概述和评论。从1978年开始到现在,日本成功建设了10条有缆海底地震观测网,从早期同轴电缆作为主干电缆,发展到使用光电缆连接水下设施。加拿大成功建成近岸尺度和区域尺度两条有缆海底观测网。美国2012年成功建成目前世界上最长的一条区域海底观测网(约900km)。欧洲国家也正在开展在10个海区建立有缆观测网。跟随国外的步伐,我国和我国台湾地区也建立了自己的海底观测站(东海小衢山)和有缆观测网(中国台湾妈祖)。文章依据世界上已经建立的有缆海底观测网,分析认为与全球有缆观测网布设有关的遥控水下机器人是关键技术,并探讨了海底观测网今后的发展和面临的挑战。     

海底表层沉积物力学特性分析测量系统设计与实现

针对海底水雷埋设、监听器布设、观测网建设及海底作业等任务对海底沉积物力学特性参数的需求,结合现有科考船的实际装备要求,通过对剪切强度和贯入阻力参数测量技术的研究,设计研制了船载海底表层沉积物力学特性分析测量系统,实现了海底表层沉积物剪切强度和贯入阻力特性参数现场分析测量,解决了因样品多次移动或长期保存致使力学特性变化而导致测试结果失真的问题。详细论述了海底表层沉积物力学特性分析测量系统的组成、方案设计及功能。     

HiPAP100水下定位系统在海底摄像中的应用

分析了HiPAP100高精度声学定位系统及其水下定位原理,阐述了影响水声传播的因素及HiPAP100的解决办法,介绍了水下定位系统在我国海洋区域地质调查海底摄像测站作业中的应用,分析比较海底摄像常规定位与HiPAP100超短基线的定位精度,说明水下定位在海底摄像等水下拖曳和定点作业中的必要性和重要性。     

文昌19-1N油田导管架安装技术

随着国内对海上油气进一步开发,迫切需要掌握深水导管架的安装技术。通过文昌19-1N油田导管架海上安装,介绍了该安装方法的特点、关键技术、主要施工过程及所需的设备设施;总结了导管架海上安装成功的经验教训;提出深水导管架、基盘对接安装的施工技术及环境限制条件,为今后类似工程提供借鉴。     

ROV在我国海洋区域地质调查中的应用

远程遥控水下机器人系统是一种先进的海洋综合调查设备,能够实现海底长时间、高精度的定点取样作业及其他精细调查,在海洋区域地质调查中利用ROV开展高精度海底取样及其环境调查方面具有其他调查设备无法比拟的优越性。ROV具有功能多、综合作业能力强、安全可靠和实时遥控等优点。目前国内利用ROV进行海洋区域地质调查还处于起步阶段,随着ROV在海洋调查中的应用技术不断成熟和完善,利用ROV进行海洋区域地质调查将大大提高海洋区域地质调查的装备水平和调查精度,具有广阔的应用前景。以＂海狮号＂ROV系统为例,介绍其在我国海洋区域地质调查中的典型应用。     

动力定位系统与单波束测深仪在科考船定点作业中的应用

科考船定点作业时会受到海洋风、涌、浪、流等外界环境因素影响，导致工作效率降低，原位测量精度下降，甚至影响作业安全。动力定位系统 （DP） 具有自动定位功能，能够抵抗外界环境因素的影响，可实现科考船高精度定点控位。 单波束测深仪不仅可以测量水深，也可反映水下设备深度信息，可以起到辅助监控水下设备功能。本文在介绍定点作业施工现状与局限性的基础上，分析 DP 系统与单波束测深仪工作原理，以“向阳红 01”船为载体，在定点作业时开启 DP 系统与单波束测深仪，发现该方法可以提高科考船定点作业工作效率、原位测量精度并保障作业安全，可为其他科考船定点作业提供参考。     

海上警戒浮标实时监控系统

为有效保护近海海底观测网观测安全,免受渔船拖网和抛锚等损坏的问题,设计了一套多警戒浮标(直径2.4~3.0 m)的实时监控系统,该警戒浮标可获取浮标本身工作状态,并能实时、动态、连续的将警戒浮标的运行状态发送到陆基岸站,实现对保护目标海域的实时监控,同时该浮标系统可进行扩充实现对海洋环境要素的观测。警戒浮标布设采用正多边形(三角形、正方形和正五边形等)预警保护方式,浮标以保护节点为中心等距布放,组网形成有效的海上保护围栏,保障海底观测系统的安全运行;供电系统采用太阳能电池和蓄电池组合供能方式,可保证在连续阴天的情况下警戒浮标系统运行100天。该警戒浮标技术已在东海海底观测网保护中成功示范运行6个月,该技术可为近海海底观测保护提供有效技术保障。     

A Remotely Operated Serial Sampler for Collecting Gas-Tight Fluid Samples

This paper describes the design, construction and preliminary test results for a gas-tight serial sampler intended to be deployed at seafloor for long-term operation to take time-series fluid samples from deep-sea environments such as cold seeps, water column and hydrothermal vents. The serial sampler is a modular system that is based on independent and identical sampling modules, which are designed to collect six 160 ml gas-tight fluid samples maintained at high pressure to a depth of 4000 meters. With two working modes, the sampler can be deployed either with seafloor cabled observatory for remote control or as a stand-alone device for autonomous operation. A prototype of the instrument has been constructed and tested on the MARS cabled observatory for two months. The laboratory and field tests proved the success of the design and construction of the serial sampler, and indicated the potential for future ocean sciences.     

超短基线系统定位精度改进方法

超短基线是一种常用的水声定位技术,与其它基线相比,超短基线定位系统基线基阵尺寸小,易于安装。由于在远距离误差发散快,超短基线作用距离不远,其远距离定位精度也不高。为了满足深海作业需要,提高超短基线远距离的定位精度,提出改进超短基线定位精度的两种方法,一种方法是通过改进基阵阵形,从而加大基阵孔径提高定位精度;另一种是通过使用宽带信号测向,采用相关峰内插时延估计的方法。经计算机仿真,通过两种方法改进后的超短基线系统定位精度都得到不同程度的提高。     

特长跨海大桥安全监测方法的研究

在特长跨海大桥施工定位与安全监测工作中经常遇到难以克服的困难,为此人们不得不借助于RTKGPS技术.当然,跨海大桥的安全监测问题单纯利用RTK GPS技术是远远不够的,因为跨海大桥安全监测的精度要求远远高于施工定位,不采取一定的技术措施很难实现对跨海大桥运营安全的有效监测.为了较好地解决特长跨海大桥的安全监测问题,笔者与科研小组结合实践提出了通过合理布设三维控制基准系统实施跨海大桥运营安全有效监测的想法,三维控制基准系统的构建应综合考虑投影问题、网形结构问题、施测方法问题,结合我国目前在建的几座跨海大桥论述了跨海大桥安全监测三维控制基准系统构建的基本设计思路.     

海底孔内水合物观测系统与钻井实施

通过耦合布设海底表面和孔内水合物观测系统获取物理、化学、微生物等数据是了解掌握海洋水合物环境动态变化、碳循环规律和资源开发技术的有效手段,据此初步提出了一套海底孔内水合物观测系统,并指出了系统的关键技术难点。而在钻井布设该孔内观测系统时,要注意防止井内安全事故的发生,充分评估安放位置处含水合物地层的地质力学稳定性并采取适当的钻井和完井方式稳定或强化含水合物地层以支撑孔内观察仪器,实现孔内长期监测。最后讨论了在我国南海实施孔内水合物观测系统的必要性,并提出了初步想法。     

Accuracy assessment of GPS/Acoustic positioning using a Seafloor Acoustic Transponder System

The accuracy of GPS/Acoustic positioning is crucial for monitoring seafloor crustal deformation. However, the slant range residual is currently the only indicator used to evaluate the precision of positioning seafloor transponders. This study employs a unique Seafloor Acoustic Transponder System (SATS) to evaluate the accuracy of GPS/Acoustic seafloor positioning. The SATS has three transponders and an attitude sensor in a single unit, which provides true lengths of transponder baselines and true attitude of the SATS to ensure assessment reliability and validity. The proposed approach was tested through a GPS/Acoustic experiment, in which an off-the-shelf acoustic system was used to collect range measurements. Using GPS/Acoustic geodetic observations, the positions of three transponders on the SATS were estimated by an optimization technique combined with ray-tracing calculations. The accuracy of the GPS/Acoustic seafloor positioning is assessed by comparing the true baselines and attitude with the results derived from the position estimates of the three transponders. A sensitivity analysis is conducted to investigate the robustness of the GPS/Acoustic positioning results to changes of sound speed. Experimental results demonstrate that the use of the SATS can help to assess the validity of the GPS and acoustic travel time measurements in the GPS/Acoustic seafloor positioning.     

A new approach for mobile and expandable real-time deep seafloorobservation - adaptable observation system

Although submarine cable in-line seafloor observation systems are very effective tools for real-time/long-term geo-scientific measurements,, there are technological difficulties for deploying as many sensors as on land. To solve this problem, JAM-STEC developed an expandable and replaceable satellite measurement station called the adaptable observation system (AOS). The AOS is a battery operated mobile observatory connected to the backbone cable system by a 10 km long thin fiber cable to ensure real-time data recovery. The system consists of a branching system, a junction box, a fiber cable, and a battery system for a six-month operation. Installation and construction of the AOS will be conducted by a towed vehicle and an ROV. A thin fiber cable-laying system was developed and tested for practical operation. This observation system provides a chance to extend existing seafloor networks from an in-line area to a wider area     

海底观测网技术进展与发展趋势

海底观测网络由于其特有的能源供给与信息传输优势,受到了广泛关注与重视。文中简要回顾了国内外海底观测网技术的发展现状,并就海底观测网技术发展趋势进行了探讨。     

Deep-Water Sedimentary Characteristics and Response in the Reed Area of the Southern South China Sea

Many researchers have focused on the characteristics of tectonic evolution in the Reed area of the southern South China Sea, but there has been little research focusing on deep-water sedimentary characteristics. Seismic data acquired in the Reed area have been processed and analyzed; representative deep-water sedimentary patterns, such as sediment waves, deep-water channels, slumping, and sliding mass, can be clearly distinguished from these seismic profiles. Combining this data with the geological setting and seafloor topography of the research area, it can be concluded that deep-water channels, slumping, and sliding depositions which have developed on the continental slope of the northeast Reed basin were formed by gravity flow, and the sediment waves which occur in the west and northwest Reed basin have been generated by deep-water bottom current.