海底观测平台何许人也 ~ 从海底视角发起的一场海洋观测.....

海底观测平台到底何许人也？？？

新世纪伊始，一个新的热点正在出现：这就是海底观测系统。

假如把地面与海面看作地球科学的第一个观测平台，把空中的遥测遥感看作第二个观测平台，那么新世纪在海底建立的，将是第三个观测平台。借助该平台，人们可以通过各种安装在海底的监测仪器和设备实现对深海的长期、实时观测与监测。海底观测平台第一次把深海大洋置于人类的监测视域之内，结果上将从根本改变人类认识海洋的途径，开创海洋科学的新阶段，也帮助人类迈进深海研究的新纪元。

让我们看看他的样子:

海底观测的早期应用

海底观测最初的应用是军事,最早进行海底观测的是美国的海军。利用低频声波能在海水中远距离传播的原理,海底设置的水听设备能够监测鲸鱼群的迁移,也能够发现并分辨出潜艇有几个螺旋桨、还是核潜艇。1962年“古巴事件”时,美国就是用1952年安置在北大西洋深海底的“声波监听系统”(SOSUS)水听设备,发现了前苏联的潜艇。“冷战”结束后“,声波监听系统”向民用开放,美国科学家利用来监听海底地震,发现比陆上监测的灵敏度高出上千倍。

深海海底的地壳最薄，离地球的深部也最近，是探索地球内部过程的捷径。世界上80%的地震和火山发生在大洋中脊及俯冲带，地震和火山为地球内部运动的直接表现形式。因此，在海底观测平台甚至海底钻井的基岩里放置地震仪，可以大幅度的提高地震信号的灵敏度和信噪比。

1999～2002年间，美国人就接收到大西洋中脊7785次地震,比陆地台站接受到的多5倍，从此水听设备成为海底观测系统的重要部分。地球表面的2/3是海洋,没有海底观测网，人类对地震的理解和预警无法实现。

7 n% l, @/ N+ Z3 U

海底观测平台的简单介绍

所谓海底观测平台是利用海缆和节点设备在海底连接组成信息和电能传输网络，规范接驳、传输和监控协议，提供统一的信息、电流传输方式和设备接口，便于各种观测设备挂接，满足长期、连续、全天候工作要求的海底平台。该平台可挂接各种观测设备，提供多要素、多学科的长期实时观测，其应用范围包括海洋数据采集、海面探测、海上灾难预防、水下辅助导航定位、海洋资源勘测、目标定位、远程水下控制及水下仪器测试等。

观测平台可分为总线型、环型、树型和网状型等拓扑结构。总线型和环型拓扑是海底观测平台初级阶段考虑建设的类型。网状拓扑结构是海底观测平台发展的必然趋势。

国外相关进展

美国

欧洲

3 {  r; Y% P4 u7 S' g8 I" ^

• 进入21世纪以来，各国在海底观测系统上的竞争日渐激烈。谁能更多的获取海洋的高质量资料，就能在海洋的军事、科学上的权益占尽优势。不能否认的是在这场酝酿中的海上竞争中，走在最前面的是我们的对手是美国人。
  

4 }  `( B  y! O( r

美国2006年6月底通过了由近海、区域、全球三大海底观测系统组成的“海洋观测计划（OO1）”，2007年起建，计划使用30年。其中最为重要的是区域性海底观测网，即东北太平洋的“海王星”（NEPTUNE）计划，在整个胡安·德富卡板块上，用2000多公里光纤带电缆，将上千个海底观测设备联网，由美、加两国联合投资，对水层、海底和地壳进行长期连续实时观测。

3 x9 p# C' F6 g. D! D5 X

• 与之类似的还有欧洲海底观测网（ESONET）计划，它是为了对地球物理学、化学、生物化学、海洋学、生物学和渔业等提供战略性的长期监测能力。整个系统包括约5000km长的海底电缆，把环欧洲的10个区域性监测网络连接起来。NEPTUNE不同，ESONET将承担一系列科学项目，诸如评估挪威海海冰的变化对深水循环的影响，以及监视北大西洋地区的生物多样性和地中海的地震活动等等。
  

& E) h% N. ?0 W4 V. L8 R% z

全球一些重要海底观测平台分布图

• 国内海底观测平台的发展现状及趋势
  

同济大学自主设计研制的海底主基站

同济大学研制的观测仪器平台

我国在海底观测这方面的工作起步很晚，相关技术研究基础相对薄弱，不过我国紧跟国际发展趋势，也开展海底观测技术的研究，取得了一些成果。2009年，同济大学在我国东海建立了首个单节点缆系海底观测系统小衢山实验系统，采用1.1km光电复合缆与水下节点连接，水下节点包含3个端口，挂接的海底设备为CTD、ADCP和浊度仪。

近年，我国台湾地区提出并已开始建设妈祖（Marine Cable Hosted Observatory，MACHO）观测网。它的最初建设目标是监测外海地震、海啸和紧邻台湾的南冲绳海槽海底火山活动，实现灾害预警和防灾减灾。2011年建成的MACHO观测网一期工程，海缆长约为45km，水深300m处有一个海底主基站，海底仪器有宽频海底地震仪、加速度地震仪、水听器、海啸压力计传感器和CTD。未来MACHO观测网将逐渐延伸，形成环型拓扑，并将增加至4个海底主基站。2013年5月，中科院南海海洋所联合沈阳自动化所和声学研究所在海南三亚海域共同建成南海海底观测实验示范网。这是我国海底观测网络建设的一次先导性实验，该项目在海底观测网技术、装备、运维等方面积累了一定经验。“十二五”期间，中科院声学所也在南海进行了海底观测网试验系统的建设，该系统主要用于对南海海底的探测，以及水中目标的监视。

2017年3月，国家发改委批复《海底科学观测网国家重大科技基础设施项目建议书》。该项目由同济大学牵头进行统筹协调，同济大学和中国科学院声学研究所共同作为项目法人单位完成。建设目标是在我国东海和南海关键海域建设基于光电复合缆连接的海底科学观测网，实现对我国边缘海典型海域从海底到海面全方位、综合性、实时的高分辨率立体观测；在上海临港建设监测与数据中心，对整个海底科学观测系统进行监测与数据存储和管理。

目前，我国海底观测系统应重点关注的方面:

加强水下设备的可靠性研究，重点是水下接盒和湿插拔组件可靠性；

突破远程电能传输关键技术，主要是海底负高压直流输配电技术和远程电力监控和故障隔离技术；加强海底远距离信息传输技术和数据挖掘、信息融合关键技术研究；

加强海底观测系统工程施工和维护问题研究，主要是海底光电复合缆的故障探测与定位，修复后的再埋设问题，还有ROV技术的研究。

& {  I9 A! ?7 h7 ?# w

总结与展望

建立海底观测平台是目前海洋环境监测领域的基础工程。人们可以通过海底观测平台了解海底的科学现象，观测海底的物理、化学特性以及生态系统的变化，获得原位、长期、多参数的海底观测数据。海底观测平台对于海底环境变化、海底资源的勘探与开发以及海洋环境的保护都有重要意义。

/ s- q. u) N) T; [7 {- g