海底观测网海缆低阻抗故障识别及定位方法

针对海缆低阻抗故障识别与定位困难的问题,本文详细分析了在海底观测网故障定位模式下的分支单元模型及海缆故障模型,给出了岸基站与故障点之间的供电回路方程,求解故障点与岸基站之间的分支单元个数,从而识别发生故障的海缆。在此基础上,依据海底观测网的拓扑结构列出岸基站与故障点之间的回路方程,求解故障点与分支单元之间的距离,实现故障点的定位。应用Simulink软件模拟了海底观测网供电网络模型,并对文中所提出的方法进行了仿真验证,试验结果表明:算法可以实现低阻抗故障的识别与定位,定位精度高,不受故障位置、故障点阻抗的影响。     

海底观测网深水设备精准定点布放方法研究

海底观测网因其实时、长期、连续、高精度时钟同步及原位等优势而逐渐成为人类研究海洋的新型平台,建设规模和应用水深都在不断扩大。海底观测网系统建设中,深水设备的精准定点布放及湿插拔作业是施工的难点。针对国内海底观测网精准定位布放作业存在的困难和问题,结合国内现有施工条件,提出一种大深度海底设备精准定点布放安装方法,实现南海深海海底观测网试验系统深水设备精准定位布放与ROV湿插拔作业,对未来大规模海底观测网及其它深水工程中设备的精准定点布放和安装,具有参考和借鉴意义。     

微分有限元海缆磁异常探测方法研究

海缆在长久的电力信息输送过程中,损坏故障等突发事故经常发生,研究海缆在地磁背景下环境周围产生磁异常扰动信号,确定海底海缆轨迹和埋设深度,能够在突发状况之后迅速针对该区域内的海缆进行定位,及时对海缆进行维修。基于微元磁偶极子有限元仿真建立海缆磁场模型,探究了检测距离(D_CPA)、海缆长度(L)、背景磁场对海缆磁异常特性的影响规律。通过研究可知：D_CPAD_CPA>L时衰减指数约为–2.8,D_CPA>3L时衰减指数约为–3;D_CPA固定时,海缆磁异常随长度明显增加到一定程度会趋向稳定,信号发生畸变;背景磁场分量改变不仅可能改变海缆磁异常信号的强度,还可能改变其信号波形特征。     

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。     

基于观测网的海底动力环境监测系统的设计与实现

海底动力环境监测系统是南海海底观测网试验系统的重要课题。在"十一五"观测网的基础上,对系统的稳定性与可靠性进行改进,设计使用CAN现场总线通信、ARM双冗余备份、Modem声学网关通道、DC/DC并联冗余与备份电池。该系统主要搭载声学多普勒流速剖面仪(ADCP)、国家海洋技术中心温盐深测量仪(CTD)、高精度压力传感器等设备,集成岸基监测与反馈子系统、控制与数据采集子系统、通信与电源管理子系统,实现了对海底边界层速度剖面场、湍流速度、温度、盐度、压力等海洋动力要素的长期实时稳定监测。经过试验测试,该系统稳定可靠,利于传感器扩展集成,为海底观测网提供了可靠的验证观测节点。     

联合多波束和侧扫声纳的非掩埋海缆调查技术

海底电缆冲刷监测对海上风电的运行维护具有重要意义,传统的海缆探测声纳存在调查手段单一、特征表达片面、检测效率较低等问题。采用同时集成测深模块和侧扫模块的SeaBat T50-P多波束系统,通过对两类声纳数据进行解译识别和相互印证,提高海缆状态判别的准确性。结合福清兴化湾海上风电场二期项目海缆冲淤监测工程实例,该调查技术能够直接反映海底电缆的三维空间形态,从而确定非掩埋海缆的裸露长度和悬空高度。水下探摸结果验证了本方法实施的有效性,非掩埋海缆探测的精度和效率得到显著提高。     

加拿大VENUS海底观测网

加拿大在海底观测网研究方面居于世界领先地位,它的"海王星"海底观测网(NEPTUNE-Canada)被誉为人类的水下"哈勃",是全球首个深海海底大型联网观测站。维多利亚海底试验网(VENUS)与NEPTUNE都从属于加拿大海洋观测网络(ocean networks Canada,ONC),有着许多相同的概念和设计。VENUS支持研究近海观测,本文主要介绍VENUS的背景及科学研究目标,并在分析其基础设施及构建进展的基础上,提出对我国开展海底观测网建设的启示。     

中国海海底沙波对海缆埋设施工的影响分析

基于中国海大陆架区海底沙波的分布、形态和移动特征,分析了沙波对海缆施工的埋设张力和埋设深度的影响。提出了在沙波区进行海缆施工时应注意的事项和需要采取的必要措施,为在中国海海底沙波区进行海缆施工提供参考和借鉴。     

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。     

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。     

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。     

计算分析潮流对海缆路由稳定性的影响

通过野外勘察和室内试验分析结果,了解琼州海峡北海—临高段海缆路由区浅层海底土分布特征和路由区及其附近海区的潮流特征,利用计算的方法分析了10 a和50 a一遇的潮流对海缆路由区冲刷破坏的可能性。结果发现,在琼州海峡海缆路由区海底砂性土平均起动流速(23.2~58.9 cm/s)小于10 a一遇(75.2~93.8 cm/s)和50 a一遇(85.4~113.7 cm/s)的预测流速;海底粘性土的平均起动流速(64.8 cm/s)也小于10 a一遇(76.2 cm/s)和50 a一遇(87.4 cm/s)的预测流速。路由区海底土会因潮流冲刷作用而发生失稳破坏,影响埋设在海底土中海缆的安全。同时,结果还发现潮流对砂性海底土的影响大于对粘性海底土的影响。     

瑞利参数在海浪波高机器学习预测中的应用

海浪直接影响海上活动和航行安全,同时也蕴藏着巨大的可再生能源,对海浪核心参数之一波高预测至关重要。基于2015年7月～2022年6月山东小麦岛(36°N,120.6°E)站点实测的波高数据,利用反向传播神经网络(back-propagation neural network,BPNN)、长短记忆网络(long short-term memory, LSTM)和支持向量机回归(support vector regression, SVR)三种机器学习模型对波高进行预测,并分析了瑞利参数的引入对预测结果的影响。结果显示,模型输入项引入瑞利参数后,对1 h和6 h波高预测提升效果有限,预测值与测试集的相关性提升不超过0.02,均方根误差的降低不超过0.01 m;在12h和24h的预测中,BPNN和LSTM模型预测结果相关性提升0.03～0.07,均方根误差降低0.02～0.03m,而SVR模型预测结果变化不显著。说明瑞利参数有助改善BPNN和LSTM模型中长期海浪预报。此外,特征扰动方法(机器学习中特征重要性的计算方法之一)验证了瑞利参数在波高预测中的重要性,瑞利参数的引入为波高的机器学习预...     

海洋电缆弯曲加强器参数化设计与

为建立海洋电缆弯曲加强器参数化设计方法,使用有限元模型进行了弯曲加强器设计参数研究。基于海缆及其弯曲加强器的几何结构及受力特点,建立了基于多相耦合梁单元的平面有限元模型,可以计算并分析海缆及其弯曲加强器在一定角度的张力作用下的形变与等效应力分布。通过多个案例系统性地分析了弯曲加强器的主要设计参数,即根部直径、锥体段长度及材料弹性模量,对海缆弯曲挠度、曲率及等效应力分布的影响。原创性地提出了弯曲加强器组合设计参数φ (t, L, E)。通过定量分析确定了其与海缆最大曲率之间的近似线性关系,并由此设计了参数化的弯曲加强器设计流程。通过设计实例验证了组合参数与海缆最大曲率之间关系的准确性和参数化设计流程的有效性。     

基于相关性分析的水下定位异常数据校正及丢失数据修补方法

超短基线是实现水下拖体设备精确导航定位的必备设备,是目前我国在国际海底区域进行资源深入调查研究的重要装备。受水声信号传播损失、多径效应和其它设备噪声等因素的影响,超短基线水下定位数据存在诸多异常点,已严重影响水下定位数据的可信度和使用。针对该问题,本文提出并实现了一种基于相关性分析的剔除随机异常点和回归填充改正算法,并采用国际海底区域实测水下定位数据对算法可靠性进行了验证,同时采用模拟仿真方法对小时间尺度的定位数据进行了预测对比,取得较好效果。结果表明,该算法快捷、有效,有望在后续国际海底区域调查中推广应用,为国际海底资源调查水下装备的准确定位提供直接服务。     

国内外海底观测网络的建设进展

海底观测网络是海底技术发展的新领域,它将各种观测仪器放到海底,可对海水层、海底和海底以下的岩石进行长期动态的观测,并实时将数据传回到陆地。简介了国内外主要的海底观测网络,重点跟踪了它们的最新建设进展。     

海底监测技术之海底观测网络

海底观测网络的出现改变了人们观测海洋的方式,成为了海洋科学界新的研究热点。通过介绍现有观测技术的局限性,探讨了海底观测网具有的特征及功能,总结了各国的研究进展,指出了我国大陆架科学钻探中海底观测网建设应考虑的观测内容及部署原则。     

国际海底观测网络的发展及现状

海底观测网络是推动海洋科学技术发展,了解地球环境系统的重要基础,也是帮助人类了解海洋从而促进全球经济发展的重要方法。文章回顾了各国在海底观测系统发展过程中的研究计划和建设情况;介绍了当前各国海底观测网络及其投入业务应用后,在多学科综合观测、多网络交互融合、数据交换利用以及海洋科学应用等方面的发展方向,对我国海底观测探测网络建设,深海新型传感器发展,海底观测网标准化体系完善等方向进行了分析展望。     

海底光缆工程发展20年

对全球第一条海底光缆问世后20年来海底光缆工程发展的历程作了简要回顾。随着光纤传输技术的不断进步,海底光缆的通信技术得到了飞速发展,近20年来,其商用系统已经历了四代。海底光缆工程发展的重要标志,还体现在海底光缆施工技术的日趋完善,水下定位、海底数字式高分辨率的地球物理探测、海底原位测试等高新技术在海缆路由调查与埋设评价调查中的广泛应用。此外,对海底光缆市场与行业结构所经历的深刻变化作了分析,并预测了国际海底光缆网络的发展和市场前景。     

南海海底光缆废弃方式实例浅析

随着海底光缆技术的快速发展,我国废弃的旧海缆越来越多。文章介绍各种海缆的废弃原因和废弃方式,并以泰越港海缆和亚太网络B17段海缆为实例,从对海洋环境、海洋功能区和海洋开发活动3个方面的影响分析比较其废弃方式的利弊;随着保护海洋生态环境和提高海底空间资源利用率的要求不断提高,全线打捞回收废弃海缆的方案为最优方案。