深海生物原位实验与生态监测研究进展

深海在黑暗、高静水压、低温（黑烟囱等热液系统除外）和寡营养的极端环境下形成了特殊的生境。对深海生物/微生物的研究,不仅可以揭示各种深海生物的生理代谢特性和动态变化规律,而且有助于深海生物资源的开发利用,特别是深海微生物碳循环机制的相关研究可为全球实现碳中和目标提供新的路线图。研究深海生物的首要条件是获得大量保持原位特性的样本,然而传统深海采样手段的局限可能导致深海相关研究结果无法反映深海环境下真实的生命过程,亟需发展满足深海生物原位研究的采样方法和生态监测技术。本文对深海生物研究现状,相关科学问题和原位组学研究进展,以及原位生态监测装备研发和应用进行综述,并对深海原位生物实验室进行了展望。     

Applicability Study on Seawater Sample from Shipbome Automatic Water Sampling and Distributing Device

为研究船载水样自动采集与分配系统(自动采样系统)所采水样的适用性,在胶州湾海域用自动采样系统和传统采水器两种方式采集水样,在陆基实验室进行了测定,并应用方差分析和相关分析对数据进行了统计分析.结果表明,自动采样系统输送的术样可以满足营养盐和重金属常规监测趵需要,并且提高了采样效率.首次探讨了自动采样系统与传统采木器对采样分析结果的影响.     

可浮动自锁式深海气密采水器的研制

深海海水中气体的含量可以在一定程度上标识深海资源蕴藏量,因而实现对深海海水的气密采样意义重大.为此设计了一种可浮动的自锁装置,并采用压力自适应平衡原理,实现了对深海海水的气密采样.实验室和海上试验结果均表明深海气密采水器在装上可浮动自锁装置后耐压能力和气密性都得到了有效的提高,对初始压强为1.208 MPa的N2气保压2 h,压力损失不到1.2%,并成功地实现了对960 m深的海水样品的气密采样.此样品中CH4浓度为5.44 nmol/dm^3,CO2浓度为140.6nmol/dm^3.该可浮动自锁式深海气密采水器的研制为深海资源勘探分析提供了必要的技术支持.     

深海探测甲板视频监控平台的研究与实现

在深海调查可视化探测设备中,需要研制一种甲板视频监控系统,该系统集视频编解码、光纤通信、图像与字幕叠加存储、系统集成技术于一体.文中介绍了甲板视频监控平台的设计,详细论述了视频采集的具体实现.     

船载水样自动采集与分配系统所采水样的适用性研究

为研究船载水样自动采集与分配系统(自动采样系统)所采水样的适用性,在胶州湾海域用自动采样系统和传统采水器两种方式采集水样,在陆基实验室进行了测定,并应用方差分析和相关分析对数据进行了统计分析。结果表明,自动采样系统输送的水样可以满足营养盐和重金属常规监测的需要,并且提高了采样效率。首次探讨了自动采样系统与传统采水器对采样分析结果的影响。     

深海极端环境模拟装置设计

为了满足深海极端环境科学研究的需求,设计了深海极端环境模拟装置。对系统结构以及工作原理进行分析,介绍了培养釜、温度控制子系统和压力控制子系统。重点针对当前模拟装置压力控制精度不高的问题,设计了高精度压力传感器,并提出一种迭代自学习PID压力控制算法,实现系统压力自动检测和连续控制,同时带有观察窗的培养釜结构可以实现微生物状况实时观测。实验结果表明,该系统能够实现深海极端环境参量高精度模拟,可以为深海极端环境科学研究提供很好的平台。     

UML在深海集矿机远程监控系统中应用研究

分析了UML（unified modeling language）建模方法在信息建模中的优点,具体研究了UML建模方法在深海集矿机远程监控系统建模中的应用;针对深海集矿机远程监控系统的工艺流程,采用UML中的用例图、活动图和序列图等描述远程监控系统的需求、分析和设计阶段的信息系统模型;并对深海集矿机远程监控系统进行建模,使系统模型更通用、更易理解,增强了系统模型的重用性和互操作性。以Rational Rose 2002为工具来描述UML方法的建模过程,开发了深海集矿机远程监控系统,在海洋采矿系统的模型机上试验运行情况良好。     

深海热液口大型底栖生物遗传多样性的研究进展

深海热液口及其生物群落自1977年发现以来,受到海洋生物学界的广泛关注。近年来伴随深海调查技术的进步,大量热液生物群落相继被发现,并在生物地理学、生态学和生物多样性方面取得了显著的进展。目前,受采样不足及分类学研究的限制,针对深海热液口的遗传多样性研究多集中于大型底栖生物。本文拟对该领域的研究成果进行简要综述,以期加深对深海热液口大型底栖生物的物种分布模式、扩散途径及群体连通性的认识,为深海热液口生物多样性的研究提供新视角。     

基于同轴电缆的能源与数据信息混合传输技术中数据耦合器的设计与实现

目前,深海科学考察所用的调查设备动力与监控系统的供电电源主要采用水下锂离子电池供电,但采用锂离子电池供电存在较多弊端,严重制约着深海科考工作的发展。本文针对这个弊端设计并制作了数据耦合器,实现了基于铠装同轴电缆的能源、彩色实时图像以及上、下位机数据的混合传输。该技术主要采用低通滤波和电容耦合,将数据信号叠加到电源信号上,通过同轴电缆,实现长距离功率能源与数据混合传输。     

潜水器在深海生物多样性研究中的应用进展

简要介绍了世界主要海洋国家潜水器的建设情况,并重点分析了潜水器在深海不同生境生物多样性研究中的应用,包括热液系统、冷泉、海山、峡谷和海沟等,以及深海生物多样性保护等几个方面。旨在为我国深海生物多样性研究提供参考,并推动我国潜水器在深海科学考察中的应用。     

船用海水自动采样系统的软件设计

文中介绍了船用海水自动采样系统的控制系统.以PLC为控制核心,搭配合适的硬件模块,根据系统功能要求编写软件,利用PLC与PC的无协议通信和触摸屏的远程界面功能,最终实现海水多层取样的全自动化和远程控制,缩短水样的采集和预处理时间.实验表明该系统工作稳定可靠,操作方便.     

基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统

为提高我国海洋环境监测技术水平,保障海洋环境信息安全,文章基于我国自主研发的北斗卫星导航系统,设计海洋环境监测系统。研究结果表明:基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统包括北斗海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台2个部分,具有实时定位、实时监测、数据处理、信息预警、电子围栏、数据总览和用户管理7项功能;终端集成微控制单元和传感器等模块,平台包括服务器等硬件和数据处理等软件;经实地部署和严格测试,系统功能和性能均达到设计要求,且安全、稳定、方便和实用。     

船载水样自动采集系统

为了适应我国近海海洋环境监测快速、多要素的现场监测需求,研制了一套船载水样自动采集系统,系统控制方式简单灵活,具有全自动、半自动和手动三种控制模式。该系统由采水泵、复合采水缆、电动绞车、电控柜、储水罐等硬件和控制软件组成。在软件的控制下,绞车、采水泵等执行元件可自动开启和关闭,自动完成同一地点不同深度的多层水样采集。与传统人工采水方式相比,可大大减轻实验人员的劳动强度,减小水样采集的深度误差。渤海和东海大量的海上试验证明该系统性能稳定,能够适用于营养盐分析仪对水样的要求。     

触摸屏和PLC在海水样品自动采集、预处理与分配系统中的应用

文中介绍了如何利用触摸屏和PLC相结合,对海水样品自动采集、预处理与分配系统进行控制,着重介绍了控制系统的组成以及PLC和触摸屏的软件设计。     

基于无人船的水质监测及控制系统设计

针对执行水质监测任务过程中固定浮标监测站单点监测存在局限性、船载观测人员取样耗时耗力等问题,本文设计了一种搭载多点、分层自动采水取样装置的智能无人船水质监测系统,可实现目标水域的多点、分层连续水质数据测量及取样。该智能无人船具备基于快速随机树(Rapid Random Tree)算法的自主避障和快速路径规划功能,解决了现有无人船技术存在的多障碍自主路径规划难等问题。同时,本设计结合了ARM9控制芯片、M5310无线传输模块,通过可视化的显示界面和远程WEB访问的功能,大大提升了科研人员及时处理特殊情况便捷性。通过实验测试及比对分析,证明本设计具有智能高效、稳定可靠等优点,能够满足职能部门对于水质监测工作的需要。     

一种新型的6000米深水可视可控轻型沉积物柱状取样系统

为了获得连续、低扰动、超长的深海海底沉积物样品,研制了一套可应用于最大水深6 000 m,最长取样可达25 m的可视可控轻型沉积物柱状取样系统。本套设备主要包括甲板控制单元、取样系统和立式收放机构3部分。在取样过程中,本系统充分利用动能和深海液压锤夯击双动力组合,即取样过程包括前期的重力贯入和后期的夯击取样两个过程。液压锤夯击机构的配置使取样器在不显著增加自身重量的前提下,完成超长、连续、低扰动的深海沉积物柱状样采集工作。取样器的组合与拆卸采用立式吊装的方式,极大地降低了取样过程中的工作量和所需甲板作业空间。水下监测系统的配置解决了以往盲采样的弊端。除此之外,本取样器还设有多个标准通用端口,可以扩展为多种设备的集成平台,完成多种数据的采集。目前本套设备已经成功进行了海试,并作为主要沉积物取样设备成功应用于多个海上调查航次,取得了一系列连续、低扰动的柱状样品,有效地提高了我国深海可视可控柱状取样的技术水平。     

桶基平台负压沉贯施工中监测数据的处理构思

桶基平台负压沉贯必须在严格监控下进行。“863- 82 0 - 1 0 - 0 1”项目在施工中使用了 2 6个监测器 ,控制系统根据这些监测数据判断沉贯的姿态和趋势并由工控机的专家系统决策 ,以实施必要的控制。软件是监控系统的神经中枢 ,桶基平台负压沉贯施工中监测数据的处理构思是关键。     

ROV虚拟监控和动力定位系统软件分析与设计

在某型ROV控制系统的基础上扩展开发了一套具有虚拟监控(VMS)功能和动力定位(DP)功能的软件,此软件不仅能够仿真ROV的水下作业过程并且能实时对ROV的水下作业进行控制。介绍了此软件的开发过程并对软件中各组成部分以及它们之间的关系进行了详细的论述。     

基于GIS的农村乡镇污染企业环境监测系统的设计

研究主要是以Visual studio 2005为开发平台,结合GIS组件和GPRS/CDMA宽带通讯技术进行农村环境监测系统二次开发。系统由水质自动监测系统、空气质量监测系统、噪音监测系统、和监测中心4部分组成。它具有样品自动采样、污染因子在线监测、农村污染源排放总量监测、数据自动传输和汇总分析等功能。     

软件质量控制方法研究

在现代社会中,软件应用于多个方面,几乎所有海洋环境监测系统集成项目都要涉及到应用软件的开发。而将系统化的、严格约束的、可量化的方法应用于软件的开发、运行和维护,即将工程化应用于软件,是确保工程项目顺利完成的基础。基于对软件工程相关技术、管理方法的分析,结合以往项目开发中的经验,针对"南海海洋动力环境数据集成与应用技术系统"的开发,使用了可行的开发过程管理方法及工具,实现了对系统开发过程的管理及软件质量控制。