海洋仪器投放的“母体”——海床基

海床基介绍：

为实现海洋环境观测方式从低频、瞬时、静态观测向长期、连续、动态观测的跨越，海床基平台应用是其中的一条重要途径。而海床基构成的海床基监测系统是对海底环境进行定点连续监测和数据实时传输的一种集成技术，可对海流剖面、温度、盐度、水深等海洋要素进行连续观测。水下监测传感器对海洋底层水体进行连续监测，水声通讯机在获取海底传感器监测数据后，通过声学换能器将声讯号发射到海面接收设备，通过转码后，将数据最终通过卫星或其它方式传输到数据应用平台。

海床基平台可对如下传感器进行搭载设计：

(1)物理海洋观测传感器:

水温、盐度、深度、浊度、海流、波浪等。

(2)物探观测仪器传感器:

海底重力仪、磁力仪、地震仪、海啸传感器等。

(3)生物化学海洋观测传感器:

叶绿素、DO、PH值、CO2、甲烷、营养盐等。

(4)其它传感器:实时视频等。

目前海床基多搭载物理海洋观测传感器，主要由于物理海洋传感器技术相对成熟、观测数据较稳定。由于搭载传感器、采集器种类和数量的不同，平台的尺寸、形状和重量也不尽相同。通常搭载少量传感器的海床基多用于浅海，结构设计简单、尺寸较小、重量较轻（图1）。而搭载十几种甚至上百种传感器的海床基，结构设计复杂、尺寸较大、重量较重，如“海王星”海底观测网络节点海床基（图2）。

此外，海床基搭载不同传感器或采集器,需根据不同设备的使用要求进行结构设计,如搭载声学多普勒流速剖面仪(ADCP)，海床基平台应设计常平装置,以免海床基因布放在斜坡或水下长期监测局部倾斜,而导致ADCP姿态超出正常工作范围。

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海床基的分类

基于海床基平台布放的水深，可将海床基划分为两种，即浅海型(水深小于200 m)和深海型(水深大于200m)，其中浅海型又可划分为一般型和防拖网型。

1.浅海型

浅海一般型海床基设计简单，不具有防拖网能力,适用于渔业活动较少的海域。由于没有防护外罩,降低了重量便于布放和回收。

如Sea Spider海床基（图3）由玻璃钢材料制成，一体结构设计可保证其强度和负荷，可利用浮球进行非潜水回收，三个支腿设计有压载物可布放在不平的海底。

浅海防拖网型海床基是浅海海床基发展的主要方向，其针对浅海渔业拖网、流网等网具设计,防止网具将海床基移动，避免对仪器设备安全和数据质量产生较大影响。此类海床基平台设计有防拖网罩，其多为棱台设计和曲面设计。

2.深海型

深海型海床基,搭载传感器较多,材料坚固、可抗高压。由于布放深度较大,通常不需要防拖网功能。如INGV设计的GEOSTAR海床基最大布放深度达4000 m,平台尺寸长3.5m.宽3.5m.高3.3 m,空气中重2.5t.水中重1.4t,可承受30 kN的深海压力。

海床基的工作模式

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多个海床基节点在水下可组成无线水声通信网，通过与水上浮标、监测船之间通讯，将数据传送至地面数据中心。

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可制定和开发有自主知识产权的水下组网通讯协议。

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可搭载噪声、ADCP、PH值、电导率、叶绿素、浊度等传感器，建立一个海洋温度、水质、海流、潮汐数据和生态资源监测网络，实现数据的可靠传输.

我国海床基的发展期望

总体上看，近几年我国水下检测平台海床基技术发展较快，但与国际先进水平相比仍有较大的差距。

海床基平台的设计研制是一个系统的工程，需考虑平台实现的功能、使用海域的环境特点、安全保障、加工生产、布放回收、成本和安装等诸多方面。

研究适应于不同海域环境和作业条件的海床基平台，加强平台供电通信保障功能，拓展平台监测功能，提高平台应用的稳定性和可靠性,标准化海床基系统布放回收作业模式,是我国海床基观测平台结构设计和调查应用的发展方向。

我国海床基平台的设计研制将促进我国海洋环境观测方式从低频、瞬时、静态观测向长期连续、动态观测的跨越。随着海床基平台的广泛应用,预计可大幅提高国内海洋环境监测数据的数量和质量,可为我国海洋环境保护、海洋灾害预警预报提供技术手段,进而为我国海洋生态文明建设提供技术支持。

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海底观测网

海底观测网系统针对不同的观测需求，配置固定观测平台、表面锚系、自动升降剖面锚系、移动观测设备（无缆水下机器人、水下滑翔机）等观测平台；通过建设在海底的网络（光电缆）为观测设备/平台提供长期、持续的能源供给和信息传输通道，实现从海底到海面、从厘米级到百公里级、从秒级到年代级的系统观测。

世界各地海底观测网总览

我国海底观测网技术的成果：南海深海海底观测网试验系统、东海浅海海底观测网

南海深海海底观测网试验系统的建成，实现了观测网关键核心技术的自主可控，攻克了海底观测网总体技术、制定了我国首个海底观测网技术规范，突破了水下高电压（10kV级）远程供电与通信（千兆级带宽）、大深度高精度（亚米级）定位布放与回收、深水高电压（10kV级）光电复合缆、深水遥控无人潜水器（ROV）水下湿插拔作业、新型传感器（激光拉曼光谱仪、微颗粒流速仪）等多项关键技术，国产化率达到了90%。

东海浅海海底观测网以舟山为岸基站，布设33km 海底光电复合缆，实现海洋化学、物理海洋学、地球物理等多参数指标的原位、实时和高分辨率监测，积累了适用于东海宽陆架、高混浊、通航密度大等海区特点环境下的海底观测网布设工程以及海底海面设施安全防护的成熟技术与经验。

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中国近海海底有揽在线观测

原理特点：

海底有缆在线观测系统为单节点, 主要包含海底观测、电力信息传输和控制中心人机交互信息管理等三个子系统。海底观测子系统布放于海底, 由海底观测平台、海底观测设备传感器和多元数据采集控制单元等部分组成, 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长期、连续和实时业务化观测。电力信息传输子系统由岸基控制单元和电力信息传输线缆构成, 负责海底观测子系统的能源供给和数据信息的双向传 输。借助于控制中心的人机交互信息管理子系统, 科学研究人员或者业务监测人员在陆地上不但可以实时接收、存储、分析和展示水下观测数据、生物资源高清视频, 还可以实时查看海底观测设备传感器的工作状态, 并发送指令对其进行远程控制, 以更好地满足多学科科学研究、业务监测和突发事件应急的需求。

应用：

1.山东省海洋牧场观测网

（1）仪器配备

所有海洋牧场的海底有缆在线观测系统均集成安装了多参数水质仪、水下高清摄像头和 LED 灯, 部分海洋牧场的观测系统还安装了声学多普勒流速剖面仪, 不但实时在线观测海水温度、盐度、溶解氧、叶绿素、海水剖面流速和流向等环境参数, 同时还可以实时播报水下生物的高清视频。

（2）功能影响

通过观测网的建设, 山东省海洋牧场真正实现了海洋生态环境和生物资源的“可视、可测、可控、可预警、可评估”, 为山东省现代化海洋牧场的生态环境安全保障、灾害预警预报、生物资源评估、生态承载力评估、管理决策等提供高质量数据支撑, 为全国现代化海洋牧场的信息化建设树立了典范。

2.各省近海海洋环境监测

我国从 20 世纪 70 年代开始 开展海洋环境监测, 时至今日, 已从最初的单一海 洋环境污染监测发展为大面布局与功能区环境问 题、防灾减灾、海上安全保障等相结合的监测。目前, 除了构建山东省海洋牧场观测网之外, 海底 有缆在线观测系统还广泛应用于我国其他区域的近海海洋环境监测。

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