陶智

(海裝裝備采購(gòu)中心，北京，100071)

海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與發(fā)展分析

陶智

(海裝裝備采購(gòu)中心，北京，100071)

介紹了國(guó)內(nèi)外各種典型海底觀測(cè)網(wǎng)情況，包括日本ARENA計(jì)劃、DONET計(jì)劃、海溝海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)，美國(guó)和加拿大NEPTUNE計(jì)劃、美國(guó)MARS計(jì)劃和加拿大VENUS計(jì)劃、美國(guó)夏威夷H2O(Hawaii-2 Observatory)計(jì)劃、LEO-15生態(tài)環(huán)境海底觀測(cè)站，歐洲ESONET計(jì)劃，臺(tái)灣地區(qū)媽祖計(jì)劃，以及我國(guó)同濟(jì)大學(xué)東海海底觀測(cè)網(wǎng)、中科院南海所海底觀測(cè)示范系統(tǒng)、浙江大學(xué)摘箬山島海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)、山東省科學(xué)院海儀所青島膠州灣海底觀測(cè)網(wǎng)等。分析了海底觀測(cè)網(wǎng)的主要關(guān)鍵技術(shù)，提出了發(fā)展海底觀測(cè)網(wǎng)的建議。

海底觀測(cè)網(wǎng)；海底環(huán)境監(jiān)測(cè)；關(guān)鍵技術(shù)；綜述

建立海底觀測(cè)系統(tǒng)的想法是冷戰(zhàn)時(shí)期從美國(guó)海軍的水聲監(jiān)視系統(tǒng)中獲得的，該系統(tǒng)由安置在大西洋和太平洋中的水聽(tīng)器陣列組成，用來(lái)監(jiān)聽(tīng)蘇聯(lián)海軍潛艇的動(dòng)向。從1978年日本在御前崎建造了第一個(gè)由海底電纜構(gòu)成的海底地震實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始，海底觀測(cè)系統(tǒng)逐漸步入海底環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。隨著傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和海底光纖電纜技術(shù)等的快速發(fā)展，海底觀測(cè)系統(tǒng)也開(kāi)始向多科學(xué)、多功能的長(zhǎng)期海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變[1]。

1 海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的組成

如圖1所示，海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)一般由岸基站(Shore station)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Network)、光纖光纜(cable)、接駁盒(node)、各種傳感器(sensors)和各種功能觀測(cè)設(shè)備等組成[1]。

圖1 海底觀測(cè)網(wǎng)示意圖

岸基站是整個(gè)海底觀測(cè)網(wǎng)的控制單元，負(fù)責(zé)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，并為海底觀測(cè)設(shè)備輸送高壓電能，也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K點(diǎn)，負(fù)責(zé)接收最終的觀測(cè)數(shù)據(jù)。光纖光纜用于通信，負(fù)責(zé)各設(shè)備之間的聯(lián)接和信號(hào)傳輸。接駁盒是水下的中樞部分，它不僅為信號(hào)處理、控制和管理提供一個(gè)集中的站點(diǎn)，同時(shí)也為觀測(cè)設(shè)備模塊提供接口（可借助水下機(jī)器人ROV在海底接駁盒上直接對(duì)觀測(cè)設(shè)備插座模塊進(jìn)行熱插拔），還為海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)電能的低功耗輸送、轉(zhuǎn)換、分配及管理提供手段。傳感器大多分布在海底各個(gè)觀測(cè)設(shè)備上，是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要獲取途徑。

2 海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀(jì)初，隨著各海洋強(qiáng)國(guó)紛紛制定或調(diào)整海洋發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃和科技政策，以確保在新一輪海洋競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)先機(jī)，相應(yīng)的國(guó)際和區(qū)域海洋監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)逐步實(shí)施，如日本的ARENA、DONET系統(tǒng)，美國(guó)和加拿大的NEPTUNE、MARS、ONC、H2O、LEO-15系統(tǒng)，歐洲的ESONET系統(tǒng)等。

2.1.1 日本海底觀測(cè)網(wǎng)

2.1.1.1 日本ARENA計(jì)劃

ARENA計(jì)劃由日本海底電纜科學(xué)應(yīng)用研究組于2003年1月提出，東京大學(xué)主持，目標(biāo)是沿日本海溝建造跨越板塊邊界的光纜連接觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，如圖2。

圖2 日本ARENA計(jì)劃示意圖

它是一個(gè)低成本、高效率、高抗故障能力、高可靠性的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于地震學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)研究、海洋環(huán)流研究、可燃冰監(jiān)測(cè)、水熱通量研究、生物與漁業(yè)研究、海洋哺乳動(dòng)物研究、深海微生物研究等。ARENA海底觀測(cè)網(wǎng)中使用到的傳感器主要有地球物理傳感器（地震檢波器、海底傳感器、傾斜計(jì)、磁力計(jì)）、光學(xué)儀器（海底照相機(jī)）、CTD、ADCP、溫度傳感器、化學(xué)傳感器（測(cè)量pH、H2S、溶解氧）等。

2.1.1.2 日本DONET計(jì)劃

DONET計(jì)劃是繼ARENA之后日本在伊豆半島東南海附近地震源區(qū)鋪設(shè)的先進(jìn)實(shí)時(shí)海底觀測(cè)系統(tǒng)，如圖3。該系統(tǒng)由20個(gè)觀測(cè)點(diǎn)密集布設(shè)，各觀測(cè)點(diǎn)都設(shè)置有寬頻帶地震儀、強(qiáng)震儀、高精度水壓儀、壓差儀、水中地震檢波器、溫度計(jì)等傳感器群，用以高精度、寬頻帶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)東南海域的地震情況。

圖3 日本DONET計(jì)劃海底觀測(cè)網(wǎng)示意圖

另?yè)?jù)報(bào)道，日本防災(zāi)科學(xué)技術(shù)研究所已經(jīng)開(kāi)始著手在日本海溝及千島海溝沿岸海底建立世界上規(guī)模最大的地震觀測(cè)網(wǎng)：日本海溝海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)。按照計(jì)劃，防災(zāi)科學(xué)技術(shù)研究所將會(huì)在2015年度之前在該海底觀測(cè)網(wǎng)中設(shè)置154個(gè)觀察點(diǎn)。

2.1.2 美洲的海底觀測(cè)網(wǎng)

2.1.2.1 美國(guó)和加拿大的NEPTUNE計(jì)劃

NEPTUNE計(jì)劃也叫“海王星”計(jì)劃，1998年正式啟動(dòng)，加拿大于1999年6月加入該計(jì)劃（如圖4）。海王星計(jì)劃最終目標(biāo)是建立區(qū)域、長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的交互式深海觀測(cè)平臺(tái)，在幾秒到幾十年的不同時(shí)間尺度、幾微米到幾千米的不同空間尺度上進(jìn)行多學(xué)科的測(cè)量和研究。設(shè)立大約33個(gè)觀測(cè)中心，每個(gè)中心都有潛標(biāo)、CTD、ADCP、人工磁場(chǎng)海流計(jì)、波浪傳感器、光源和相機(jī)、營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)量?jī)x、地震儀，以及ROV、AUV、ROVER等。其中ROV用于水下儀器設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的布放、安裝以及維護(hù)，AUV用于數(shù)據(jù)的接駁和能源的補(bǔ)給，ROVER用于各節(jié)點(diǎn)之間空白區(qū)域的觀測(cè)。該計(jì)劃環(huán)繞“胡安.德富卡”板塊，在500 km×1 000 km海域內(nèi)鋪設(shè)3 000 km光纜，進(jìn)行量化海洋學(xué)和板塊相關(guān)過(guò)程間關(guān)系的實(shí)時(shí)觀測(cè)，計(jì)劃可達(dá)到25年。

圖4 美國(guó)和加拿大的NEPTUNE計(jì)劃示意圖

2.1.2.2 美國(guó)MARS計(jì)劃和加拿大VENUS計(jì)劃

美國(guó)MARS計(jì)劃和加拿大VENUS計(jì)劃是海王星計(jì)劃的原型試驗(yàn)，美國(guó)承擔(dān)蒙特雷灣海洋科學(xué)觀測(cè)站MARS建設(shè)（如圖5），加拿大承擔(dān)VENUS觀測(cè)站建設(shè)（如圖6）。VENUS觀測(cè)網(wǎng)與NEPTUNE觀測(cè)網(wǎng)構(gòu)成了加拿大的海底觀測(cè)網(wǎng)ONC（Ocean Networks Canada）。

圖5 美國(guó)MARS計(jì)劃海底觀測(cè)網(wǎng)示意圖

圖6 加拿大VENUS計(jì)劃海底觀測(cè)網(wǎng)示意圖

2.1.2.3 美國(guó)夏威夷H2O(Hawaii-2 Observatory)計(jì)劃

美國(guó)夏威夷-2（H2O）海底觀測(cè)網(wǎng)位于夏威夷和加利福尼亞正中間的海底5 000 m處，如圖7所示。H2O海底觀測(cè)網(wǎng)是世界上第一個(gè)海底地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，它將不間斷工作的地震儀與安裝了海水溫度、化學(xué)成分和海流計(jì)的集裝箱相連接，海底地震記錄數(shù)據(jù)會(huì)不斷地傳給夏威夷州立大學(xué)。

圖7 美國(guó)夏威夷H2O計(jì)劃示意圖

2.1.2.4 美國(guó)LEO-15生態(tài)環(huán)境海底觀測(cè)站

LEO-15生態(tài)環(huán)境海底觀測(cè)站是由美國(guó)著名的伍茲霍爾實(shí)驗(yàn)所海洋系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)、路特葛斯大學(xué)主持建立的一個(gè)長(zhǎng)期海洋生態(tài)系統(tǒng)海底觀測(cè)站，距離新澤西州海岸16 km。該海底觀測(cè)站的目標(biāo)是監(jiān)測(cè)海水溫度和水流數(shù)據(jù)，并同時(shí)將采集視頻影像發(fā)送給岸上實(shí)驗(yàn)室，代表當(dāng)今世界近海觀測(cè)系統(tǒng)的水平。

2.1.3 歐洲海底觀測(cè)網(wǎng)ESONET計(jì)劃

根據(jù)全球環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)計(jì)劃開(kāi)展4D觀測(cè)的需要，英、德、法2004年制定了ESONET歐洲海底觀測(cè)網(wǎng)計(jì)劃（如圖8）。與美國(guó)海底海王星計(jì)劃類(lèi)似，它是為了對(duì)地球物理學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、海洋學(xué)、生物學(xué)和漁業(yè)等提供長(zhǎng)期戰(zhàn)略性監(jiān)測(cè)能力，針對(duì)從北冰洋到黑海不同海域的科學(xué)問(wèn)題，在大西洋與地中海精選10個(gè)海區(qū)建立海底觀測(cè)網(wǎng)，但它不是一個(gè)獨(dú)立完整的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，而是由不同地區(qū)間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的聯(lián)合體。ESONET海底觀測(cè)網(wǎng)使用的海底觀測(cè)化學(xué)傳感器包括DO、CO2、甲烷、H2S、pH、營(yíng)養(yǎng)鹽、碳?xì)浠衔飩鞲衅?；物理傳感器包括溫度?jì)、磁力儀、重力計(jì)、傾斜計(jì)、水聽(tīng)器、地震檢波器、濁度計(jì)、壓力傳感器、熒光計(jì)、CTD、ADCP、視距測(cè)量?jī)x、水中照相機(jī)、分光計(jì)等。

圖8 ESONET計(jì)劃示意圖

臺(tái)灣地震測(cè)報(bào)中心于2013年3月啟動(dòng)“媽祖計(jì)劃”，在臺(tái)灣宜蘭頭城外海布設(shè)一條海底電纜用于監(jiān)控地震與海嘯。第一階段的海底電纜觀測(cè)系統(tǒng)預(yù)計(jì)3年內(nèi)完成，電纜長(zhǎng)度約250 km，電纜途中初步設(shè)置四個(gè)接駁盒，每個(gè)接駁盒可以提供480 V或48 V電壓為外接觀測(cè)儀器使用；第二階段將末端纜線接回岸基站，以完成總長(zhǎng)450 km的環(huán)狀纜線觀測(cè)系統(tǒng)，如圖9所示。

圖9 臺(tái)灣東部海域電纜海底觀測(cè)系統(tǒng)（MACHO）布置圖

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 同濟(jì)大學(xué)東海海底觀測(cè)網(wǎng)

2007年中科院開(kāi)始籌建，2009年4月東海海底觀測(cè)小衢山試驗(yàn)站正式運(yùn)作。該實(shí)驗(yàn)站設(shè)置在洋山國(guó)際深水港東南約20 km的小衢山島附近，其水域平均深度15 m。該試驗(yàn)站包括雙層鎧裝海底光電復(fù)合纜，連接具有不同型號(hào)的水密接插頭，實(shí)現(xiàn)能源自動(dòng)供給和通信傳輸?shù)幕咎胤N接駁盒等。光電復(fù)合纜通過(guò)海洋平臺(tái)登陸，由平臺(tái)上的太陽(yáng)能蓄電池實(shí)施不間斷能源供應(yīng)。現(xiàn)場(chǎng)海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)光電復(fù)合纜傳輸?shù)狡脚_(tái)后，經(jīng)CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器上。2011年，同濟(jì)大學(xué)東海海底觀測(cè)網(wǎng)項(xiàng)目被列為上海市“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃，在小衢山試驗(yàn)站的基礎(chǔ)上，在舟山東部的長(zhǎng)江口區(qū)域布設(shè)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。觀測(cè)系統(tǒng)為環(huán)形布設(shè)，預(yù)計(jì)750 km長(zhǎng)，主要應(yīng)用于科學(xué)研究，以多普勒聲學(xué)海流儀、濁度儀等形成觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)向各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)供應(yīng)能量、收集信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控海洋信息，記錄地震和海嘯等數(shù)據(jù)，監(jiān)控泥沙的走向等[2]。

圖10 東海海底觀測(cè)網(wǎng)示意圖

2.2.2 中科院南海所海底觀測(cè)示范系統(tǒng)

中科院南海海洋所海底觀測(cè)示范系統(tǒng)由南海海洋所牽頭，聯(lián)合沈陽(yáng)自動(dòng)化所和聲學(xué)研究所共同完成建立設(shè)，布設(shè)地址為海南三亞海域，這是我國(guó)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一次先導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)。該示范系統(tǒng)主要由岸基站、2 km長(zhǎng)光電纜、基于自主技術(shù)的1個(gè)主接駁盒和1個(gè)次接駁盒、3套觀測(cè)設(shè)備、1個(gè)聲學(xué)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和3個(gè)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)等構(gòu)成，并具有擴(kuò)展功能，岸基站提供10 kV高壓直流電，接駁盒布放在20 m水深的海底。該系統(tǒng)建設(shè)中取得了高壓直流輸配電技術(shù)、水下可插拔連接器應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸與信息融合技術(shù)、穩(wěn)健網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、水聲通信網(wǎng)與主干網(wǎng)協(xié)同機(jī)制等技術(shù)的突破，于2013年5建成[3]。

2.2.3 中科院聲學(xué)所南海海底觀測(cè)網(wǎng)

中科院聲學(xué)所南海海底觀測(cè)網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)布設(shè)位置為海南陵水附近海域，該系統(tǒng)主要用于對(duì)南海海底的監(jiān)控和探測(cè)，以及水中目標(biāo)的監(jiān)視。2009年4月，南海聲學(xué)與海洋綜合觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站掛牌，2011年，中科院投資建設(shè)“南海海洋技術(shù)與系統(tǒng)試驗(yàn)研究基地”。2012年，科技部依托陵水基地建設(shè)我國(guó)首個(gè)“南海海底觀測(cè)網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)”。目前該海底觀測(cè)網(wǎng)已經(jīng)完成100 km左右的建設(shè)[4]。

例如，筆者在講授《春》時(shí)，考慮到這是一篇文筆優(yōu)美的散文，筆者在閱讀教學(xué)時(shí)先給學(xué)生播放了輕柔的輕音樂(lè)，伴隨著動(dòng)人的音樂(lè)，筆者引導(dǎo)道：“提到春天的時(shí)候，你會(huì)想到什么？有什么樣的感受呢？我們來(lái)看看朱自清筆下的春是什么樣子吧！”在音樂(lè)中，學(xué)生的思緒與情感被帶動(dòng)起來(lái)，很快便進(jìn)入了情境，對(duì)文本也有閱讀的興趣。這種“留白”的情境創(chuàng)設(shè)，可以給學(xué)生更多想象與思考的空間，以更好地開(kāi)展進(jìn)一步的教學(xué)。

2.2.4 浙江大學(xué)摘箬山島海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)

浙江大學(xué)摘箬山島海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)主要定位于海洋地震監(jiān)測(cè)。它的建成，有望成為中國(guó)地震局的一個(gè)業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)臺(tái)站，數(shù)據(jù)并網(wǎng)，發(fā)揮更大的地震監(jiān)測(cè)作用。2013年8月，浙江大學(xué)在島北部海域進(jìn)行了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的一期布放，通電運(yùn)行取得成功。一期布放的主要內(nèi)容有岸基站、科學(xué)儀器插座模塊和葉綠素儀、濁度儀、有色可溶解有機(jī)物探測(cè)儀等傳感器。其中，傳感器和科學(xué)儀器插座模塊固定在特制的觀測(cè)平臺(tái)上。觀測(cè)平臺(tái)布放在海底，通過(guò)光電復(fù)合纜與岸基站連接，實(shí)現(xiàn)電能及信號(hào)的傳輸。岸基站接收和儲(chǔ)存從海底傳回的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線通信將觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回實(shí)驗(yàn)室。

圖11 摘箬山島海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)示意圖

2013年12月，浙江大學(xué)主持建設(shè)的國(guó)內(nèi)首艘浮式海洋試驗(yàn)平臺(tái)“華家池”號(hào)科學(xué)調(diào)查船通過(guò)專(zhuān)家組驗(yàn)收后正式交付使用?！叭A家池”號(hào)外形為小型半潛式平臺(tái)，由甲板模塊、四個(gè)立柱、兩個(gè)浮箱以及系泊、供電、控制、信號(hào)等系統(tǒng)組成。平臺(tái)總長(zhǎng)19 m、寬15 m、高16 m，可浮于30~100 m水深。在平臺(tái)上可進(jìn)行多種海洋工程科研項(xiàng)目試驗(yàn)，主要包括風(fēng)浪流測(cè)定、水下生產(chǎn)系統(tǒng)安裝測(cè)試、海底管道與立管安裝測(cè)試、風(fēng)光互補(bǔ)試驗(yàn)、錨泊系統(tǒng)試驗(yàn)和海洋巖土工程試驗(yàn)等。

2.2.5 山東省科學(xué)院海儀所青島膠州灣海底觀測(cè)網(wǎng)

山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所青島膠州灣海底觀測(cè)網(wǎng)于2009年正式立項(xiàng)建設(shè)，該觀測(cè)網(wǎng)突破了海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、節(jié)點(diǎn)建設(shè)、能源輸送、通訊與控制等關(guān)鍵技術(shù)，并在青島膠州灣附近海域完成建設(shè)，其水下分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)光（電）纜與陸地連接，目前已完成了組網(wǎng)試驗(yàn)。

2.2.6 其他海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

國(guó)家海洋局海洋立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于我國(guó)海洋漁業(yè)資源與海上航運(yùn)交通、海岸工程、海上安全防務(wù)等方面。沿海各省市自2000年以來(lái)，因地制宜地建立了一批海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)和信息服務(wù)系統(tǒng)上海示范區(qū)、臺(tái)灣海峽立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。青島海洋大學(xué)的渤海觀測(cè)系統(tǒng)依托石油鉆井平臺(tái)進(jìn)行海底觀測(cè)，由鉆井平臺(tái)提供系統(tǒng)電源，也具有部分海底系統(tǒng)的特性。

圖12 國(guó)家海洋局海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

3 海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)主要關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 海底接駁盒技術(shù)

海底接駁是海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的重中之重，主要解決海底電能與信號(hào)傳輸、分配與管理等重大技術(shù)問(wèn)題。海底接駁盒是對(duì)電能和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行集中轉(zhuǎn)換和處理的中間環(huán)節(jié)，是海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的重要單元，包括三大功能模塊，一是電能轉(zhuǎn)換、分配模塊，二是信號(hào)處理、存貯和通信模塊，三是觀測(cè)設(shè)備插座模塊。接駁盒一般由高壓轉(zhuǎn)中壓電源腔、中壓轉(zhuǎn)低壓電源腔、控制腔以及光電分離腔組成。

3.2 電能供給技術(shù)（高壓直流輸電）

電能是從岸基站通過(guò)海底電纜輸送到海底的，輸送電纜有一根主電纜與海底接駁盒相連。因?yàn)榻涣麟姷娜菘箤?duì)電能損耗大，所以為了在海底遠(yuǎn)距離傳輸電能，一般采用高壓直流輸電方式，主干纜輸送電壓一般在千伏量級(jí)甚至更高，有利于減少電能的損耗。電能供給技術(shù)也是海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必須重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)。

3.3 海底工程布設(shè)技術(shù)

海底系統(tǒng)的鋪設(shè)和維修被世界各國(guó)公認(rèn)為復(fù)雜的大型工程。如何保障海底鋪設(shè)的工程質(zhì)量以及對(duì)海底網(wǎng)絡(luò)的常態(tài)化維護(hù)，是當(dāng)前海底網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)中的難題，海底工程布設(shè)成為須重點(diǎn)研究解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。水深小于200 m海域的淺海纜線鋪設(shè)一般采用埋設(shè)方式，而在深海則采用直接敷設(shè)。目前水力噴射式埋設(shè)是主要的埋設(shè)方法，埋設(shè)設(shè)備的底部有幾排噴水孔，平行分布于兩側(cè)，作業(yè)時(shí)，每個(gè)孔同時(shí)向海底噴射出高壓水柱，將海底泥沙沖開(kāi)，形成海纜溝；鋪設(shè)設(shè)備上部有一個(gè)導(dǎo)纜孔，用來(lái)引導(dǎo)電纜（光纜）到海纜溝底部后，由海底流將沖溝自動(dòng)填平。敷設(shè)時(shí)敷纜機(jī)一般靠海纜自重敷設(shè)在海底表面。

4 發(fā)展海底觀測(cè)網(wǎng)的建議

4.1 “網(wǎng)格化”布設(shè)海底觀測(cè)網(wǎng)

現(xiàn)有的海底觀測(cè)網(wǎng)中往往都是單條主纜構(gòu)成，這就要求主纜要有極高的可靠性，現(xiàn)在的措施主要是加鎧、掩埋等方式，但無(wú)法從根本上解決“主纜脆弱”的問(wèn)題。如果采用“井”字形網(wǎng)格化主纜，整套系統(tǒng)不是單獨(dú)的一個(gè)主纜，而是由多條主纜形成網(wǎng)格化布設(shè)。這樣，即使其中一條或幾條主纜損傷后，整個(gè)系統(tǒng)仍然可以通過(guò)剩余主纜進(jìn)行通訊和供電，而不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生致命影響，因此可靠性將大大提高。

4.2 海底觀測(cè)網(wǎng)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)接口

我國(guó)有很長(zhǎng)的海岸線，依據(jù)不同的功能需求，將建設(shè)各種各樣的海底觀測(cè)網(wǎng)。因此，在觀測(cè)網(wǎng)建立之初就需要設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口（不管是硬件接口還是軟件接口，海底接口還是水面接口），用于方便后期所有網(wǎng)絡(luò)的接入和數(shù)據(jù)的共享。和平時(shí)期主要用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)，戰(zhàn)時(shí)可水下預(yù)警防御。

4.3 結(jié)合國(guó)情建設(shè)海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)

我國(guó)渤海、黃海、東海海域的大部分屬淺海，水深一般在100 m以下，南海水深大部分超過(guò)100 m。鑒于這種特殊的海底地形，海底觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)需要因地制宜，根據(jù)使命任務(wù)需求和具體實(shí)際，從北到南建立相應(yīng)的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

由于海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程龐大、投入高，因此建設(shè)中應(yīng)考慮軍民結(jié)合、平戰(zhàn)結(jié)合，軍隊(duì)國(guó)防系統(tǒng)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)相關(guān)部門(mén)、科研院所、高校等通力合作，共同攻關(guān)，充分發(fā)揮海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)效益。

[1]上海海洋科技研究中心,海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.上海底觀測(cè):科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合[M].上海: 同濟(jì)大學(xué)出版社,2011.

[2]中國(guó)日照.海洋網(wǎng)絡(luò)世界-神奇的海底觀測(cè)站[N/OL].http://www,rz.gov.cn/kjjy/kxts/20040512153917.htm.2004-5- 12.

[3]梁鋼華.中國(guó)首個(gè)海底觀測(cè)示范系統(tǒng)在三亞海域建成[N/OL].http://news.xinhuanet.com/local/2013-05/31/c_11598 3672.htm.2013-5-31.

[4]王晨緋,鄭千里.在此默默聽(tīng)海：中國(guó)首個(gè)深海海底觀測(cè)網(wǎng)基地探秘[N/OL].http://news.ifeng.com/mil/2/detail_ 2013_03/26/23527801_o.shtml.[2013-3-26]