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。     

我国海洋水下观测网发展战略思考

海洋观测已呈现陆、海、空联合组网观测形式,这是海洋观测发展的必然趋势和未来走向。但我国在海洋水下观测能力方面极其薄弱,特别是与国际海洋发达国家相比存在较大差距,本文主要整理了国外水下观测网发展的有关政策、重点项目及技术装备,并对我国面临的海洋发展形势进行了分析,提出了我国海洋水下观测网发展战略建议,供有关管理人员和科研人员参考。     

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。     

基于PCA/LSTM的海底观测网电力系统供电海缆故障定位

海底观测网电力系统供电海缆易发生绝缘故障,由于其在海底极端环境下运行,实现高精度的电缆故障定位,对于降低其维修成本至关重要。基于海底观测网电能监控系统实时采集的电气测量参数,本文提出了基于主成分分析(Principal Components Analysis, PCA)和长短期记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)网络的供电海缆高阻故障定位方法,先使用PCA进行数据降维,再将处理后的数据输入LSTM网络进行训练,捕获多源数据的时间特征,挖掘电力系统故障特征与电气参数之间的对应关系,实现海缆故障精确定位。通过在海底观测网原型系统上的实验证明,该方法经K折交叉验证方法(K-fold Cross Validation, K-CV)验证,准确率可达91%左右,故障定位误差约为0.4 km。     

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。     

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。     

山东省海洋牧场观测网的建设与发展

在全球气候变化的背景下,现代化海洋牧场是我国应对近海生态环境恶化和渔业资源衰退、实现海洋生态文明和海洋强国战略的重要手段。而海洋牧场观测网是科学指导现代化海洋牧场建设,并进行科学管理的重要基础。为了保障现代化海洋牧场的可持续健康发展,山东省于2015年底开始在各海洋牧场建设生态环境海底观测站,并组网建成世界先进的海洋牧场观测网,目前已覆盖23处海洋牧场。设立观测网预警中心,负责海洋牧场观测网的日常运行和维护,同时开展水域多学科耦合过程的基础研究和业务化辅助决策的应用服务。海洋牧场观测网的建立和业务化运行初步实现了海洋牧场生态环境和渔业资源的"可测"、"可视"、"可控"和"可预警"。目前,我国现代化海洋牧场观测网的科学发展仍面临诸多挑战,建议进一步增强观测设备的自主研发能力和长期在线监测的稳定性,跨介质立体组网、实现海洋牧场的全方位立体监测,深化多学科耦合过程的基础研究并提供多元业务化辅助决策应用服务,为现代化海洋牧场的高质量发展保驾护航。     

海底有缆在线观测系统研究与应用综述

获取高质量海洋观测数据是维护国家安全和权益、保障人类生存与可持续发展、应对全球气候变化、开发利用海洋资源、防灾减灾等的重要基础。随着海底观测技术的发展,海底有缆观测已成为地球观测的第三个平台。通过借鉴国内外海底观测网的成熟技术,设计研发单节点海底有缆在线观测系统,主要包含海底观测、电力信息传输和陆上人机交互信息管理等三个子系统,具有高度可扩展性,可根据监测需求集成安装常用的各类海洋观测仪器和水下高清摄像头,从而实现海洋环境和水下生物资源的原位、长期、连续、稳定的在线观测。研发的海底有缆在线观测系统构造简单、扩展性强、经济成本低,已广泛应用于山东省海洋牧场观测网的海洋生态环境和渔业资源、辽东湾的冬季海冰、海洋牧场与海上风电的融合效应、河流入海口水质、海上溢油等不同领域的业务化监测中,为我国海洋生态环境保护与修复、海洋资源开发利用、海洋防灾减灾等提供了高质量的科学数据支撑。海底有缆在线观测系统是业务化海洋在线观测技术领域里的创新研究,具有重要科学意义和广泛应用前景。     

基于WebGIS的海洋观测网管理信息系统设计与应用

海洋观测网管理信息系统主要包括海洋观测网的管理信息和相关业务服务功能。系统主要为海洋管理、海洋观测、海洋科研等服务。文章主要介绍了系统的架构、运行环境、安全机制和功能设计等内容。系统采用全开源的Map Server和Open Layers开发,将海洋观测网的管理信息集成到WebGIS平台下,实现对海洋观测网基础信息的分析处理及可视化快速检索、查询、统计、显示、输出及在线交流、协作等功能。系统已业务化运行多年,且运行稳定,为我国海洋防灾减灾提供了可靠的技术支持。     

美国海底地形命名工作浅析及对我国的启示

美国是全球最早成立地形命名相关机构的国家,并制定了完备的命名标准、规范和相关政策,而且还在积极开拓极地区的海底地形命名工作。而我国的海底地形命名工作起步相对较晚,通过对美国海底地形命名工作的相关机构、标准化政策、指导方针和极地命名工作的研究,借鉴美国的有益经验,提出我国海底地形命名相关建议,以加强我国海底地形命名的研究,提升我国海底地形命名实践水平,维护我国海洋权益。     

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。     

海底管道完整性管理研究

海底管道完整性管理是指海底管道运营商持续地对管道潜在的风险因素进行识别和评价,并采取相应的风险控制对策,将管道运行的风险水平始终控制在合理和可接受的范围之内。管道完整性管理就是对影响管道完整性的各种潜在因素进行综合的、一体化的管理。目前,在我国,海底管道的完整性管理处于起步阶段,文中对当前海底管道完整性管理的基本理念、基本内容和基本技术等进行了研究。     

透明的海底生物

在俄罗斯北极地区,有很多奇特的海洋生物,仿佛来自遥远星球的奇怪生命体。这些看起来像果冻的透明生物,生活在地球上最偏远、环境最恶劣的一片水域,或许正是这种深水生命形式,使得它们成为世界上长相最怪异的一批生物。     

东海海底管道海流冲刷作用的影响因素探讨

依据以往多次东海海底管道检测成果资料,分析和探讨了形成海流冲刷作用的各种因素,可以归结为内部海洋环境和外部环境变化两大因素,以及这些因素可能对海底管道产生危害影响的程度,并总结了在长期的海流冲刷作用下海管的空间状态、海底受冲蚀的表现形式和海床冲淤变化,提出了今后检测和维护工作的一些建议.     

岩浆作用对海底热液系统物质的贡献

系统地总结分析了国内外关于岩浆作用对热液系统物质贡献的证据和研究成果。在此基础上,进一步分析了岩浆作用对热液系统物质贡献的主要形式,并对近期研究工作的主要方向进行了探索性分析。提出岩浆作用对热液系统物质贡献的形式除了传统的岩-水反应外,还有岩浆后期热液及挥发性组分直接进入的途径(形式);对海底热液活动系统的研究工作近期应主要集中在3个方面:(1)利用新近发展的高新技术,强化矿物及包裹体的原位微区分析,获取更加精细的矿物形成过程中的原始信息。(2)非传统稳定同位素的开发应用,为解决悬而未决的科学问题发展新的技术手段。(3)进一步发展完善岩浆作用对热液系统物质贡献的理论模型,更加贴近实际地定量评价岩浆作用对热液系统的物质贡献。上述工作,无疑对推进海底热液活动研究的进一步深化具有重要意义。