5.10-5.11号，两年一届的海底观测科学大会在美丽的浙江大学舟山校区召开，深圳市智慧海洋科技作为会议的主赞助商参加了大会，并展示了水声通信和水下无线网络技术及产品。
图1：深圳市智慧海洋科技展厅
图2：深圳市智慧海洋科技演示水下图片传输与水下机器人无线遥控
海底科学，正经历着从水面作短期“考察”到海洋深部做长期“观测”的革命性变化，基于海底对海洋和海底的全方位长期观测系统，正成为国际海洋观测和研究的新形式，国内各部门建设各种海洋观测系统的热情也空前高涨。
本次会议由汪品先院士、苏纪兰院士倡议发起，由国家自然科学基金委员会地球科学部、浙江大学和中国海洋学会联合主办，并由浙江大学海洋学院、中国海洋学会海洋技术装备专业委员会联合承办。
小编参考海装装备采购中心陶智老师的论文——“海底观测网络现状与发展分析”，对海底观测网系统做一个简单的介绍。
一.海底观测网简介
如下图，海底观测网络 一般由岸基 站(Shore station) 、互联网 络 (Network) 、光纤光 缆 (cable)、接驳盒(node)、各种传感器(sensors) 和各种功能观测设备等组成。
图3：海底有线观测网示意图
岸基站是整个海底观测网的控制单元，负责控制整个网络的正常运行，并为海底观测设备输送高压电能，也是数据传输的终点，负责接收最终的观测数据。光纤光缆用于通信，负责各设备之间的连接和信号传输。接驳盒是水下的中枢部分，它不仅为信号处理、控制和管理提供一个集中的站点，同时也为观测设备模块提供接口（可借助水下机器人ROV在海底接驳盒上直接对观测设备插座模块进行热插拔），还为海底观测网络电能的低功耗输送、转换、分配及管理提供手段。传感器大多分布在海底各个观测设备上，是实验数据获取的主要途径。
二.国内海底观测系统发展现状分析
1.浙江大学摘箬山岛海底观测网络试验平台
浙江大学摘箬山岛海底观测网络试验平台主要定位于海洋地震监测。它的建成，有望成为中国地震局的一个业务化监测台站，数据并网，发挥更大的地震监测作用。2013 年8 月，浙江大学在岛北部海域进行了海底观测网络的一期布放，通电运行取得成功。一期布放的主要内容有岸基站、科学仪器插座模块和叶绿素仪、浊度仪、有色可溶解有机物探测仪等传感器。其中，传感器和科学仪器插座模块固定在特制的观测平台上。观测平台布放在海底，通过光电复合缆与岸基站连接，实现电能及信号的传输。岸基站接收和储存从海底传回的观测数据，并通过无线通信将观测数据实时传回实验室。
图4：浙江大学摘箬山岛海底观测网络平台示意图
2.同济大学东海海底观测网
2007 年中科院开始筹建，2009 年4 月东海海底观测小衢山试验站正式运作。该实验站设置在洋山国际深水港东南约20 km 的小衢山岛附近，其水域平均深度15 m。该试验站包括双层铠装海底光电复合缆，连接具有不同型号的水密接插头，实现能源自动供给和通信传输的基站特种接驳盒等。光电复合缆通过海洋平台登陆，由平台上的太阳能蓄电池实施不间断能源供应。现场海洋观测数据通过光电复合缆传输到平台后，经CDMA 无线网络实时发送到实验室服务器上。2011 年，同济大学东海海底观测网项目被列为上海市“十二五”科技发展规划，在小衢山试验站的基础上，在舟山东部的长江口区域布设观测网络系统。观测系统为环形布设，预计750 km 长，主要应用于科学研究，以多普勒声学海流仪、浊度仪等形成观测点，通过光纤网络向各个观测点供应能量、收集信息，实时监控海洋信息，记录地震和海啸等数据，监控泥沙的走向等。
图5：同济大学东海海底观测网示意图
3.中科院南海所海底观测示范系统
中科院南海海洋所海底观测示范系统由南海海洋所牵头，联合沈阳自动化所和声学研究所共同完成建立设，布设地址为海南三亚海域，这是我国海底观测网络建设的一次先导性实验。该示范系统主要由岸基站、2 km 长光电缆、基于自主技术的1个主接驳盒和1 个次接驳盒、3 套观测设备、1 个声学网关节点和3 个观测节点等构成，并具有扩展功能，岸基站提供10 kV 高压直流电，接驳盒布放在20 m 水深的海底。该系统建设中取得了高压直流输配电技术、水下可插拔连接器应用技术、网络传输与信息融合技术、稳健网络协议、水声通信网与主干网协同机制等技术的突破，于2013 年5月 建成。
4.中科院声学所南海海底观测网
中科院声学所南海海底观测网试验系统布设位置为海南陵水附近海域，该系统主要用于对南海海底的监控和探测，以及水中目标的监视。2009年4 月，南海声学与海洋综合观测实验站挂牌，2011 年，中科院投资建设“南海海洋技术与系统试验研究基地”。2012 年，科技部依托陵水基地建设我国首个“南海海底观测网试验系统”。2013年该海底观测网已经完成100 km 左右的建设。
5.山东省科学院海仪所青岛胶州湾海底观测网
山东省科学院海洋仪器仪表研究所青岛胶州湾海底观测网于2009 年正式立项建设，该观测网突破了海底观测网络架构、节点建设、能源输送、通讯与控制等关键技术，并在青岛胶州湾附近海域完成建设，其水下分布式传感网络系统通过光（电）缆与陆地连接，目前已完成了组网试验。
6.海洋环境立体监测系统
国家海洋局海洋立体监测系统主要用于我国海洋渔业资源与海上航运交通、海岸工程、海上安全防务等方面。沿海各省市自2000 年以来，因地制宜地建立了一批海洋环境立体监测系统，主要包括海洋环境立体监测和信息服务系统上海示范区、台湾海峡立体监测系统等。青岛海洋大学的渤海观测系统依托石油钻井平台进行海底观测，由钻井平台提供系统电源，也具有部分海底系统的特性。
图6：国家海洋局海洋环境立体监测系统示意图
三.海底电缆、光缆生存环境及分析
提到海底电缆，小编颇有感触，因本人曾供职于上海某海底电缆安装维护的海上施工船队，对于海缆的埋设及维修、接驳盒上的传感器插拔作业等流程都比较熟悉，先讲一下海缆的埋设环境吧， 我国近海90%以上的海域水深都较浅，都处在200米之内的浅水区（尤其是黄渤海、东海这些大陆架海域水深都只有几十米），浅水区的海缆在安装的时候都需要挖沟埋设，大概流程是：海床预调查——路由设计——埋设犁挖沟埋设——ROV后冲埋、巡查、通信测试
，效果图如下：
图7：海底电缆铺设原理
图8：亚太区域海底通信电缆分布图
浅水区海缆一般都是深埋3-3.25米，至于为什么要挖沟深埋，就是因为这个深度的海缆最容易出现故障，海底电缆虽然有几层铠装保护，但是浅水区的电缆故障率特别高，比如外部绝缘层的故障、内部光纤断裂、传感器故障、甚至于整根电缆拉坏拉断的都有，造成故障的常见原因有：
（1） 70%的故障是人为造成的，比如渔船、货船等抛锚、拖网无意中对海缆的拉伤，或者人为用打捞锚有意的破坏。
（2） 20%的故障是由于海底地震、火山爆发等地质运动引起的海底山石滑坡对海缆的破坏：比如2006年台湾地区地震，造成多条国际海底通信电缆受损甚至断裂，导致国内互联网用户无法访问国外网站；又如2011年日本本州岛海域地震，半数海底通信电缆损坏，造成日本部分通信瘫痪。
（3）.海底高压低温环境下的各种物理化学腐蚀，沿海地区的硫化氢污染导致的海缆腐蚀。
（4）.洋流涌动造成的砂石磨损，甚至鲨鱼等生物的破坏，及质量问题等。
所以每年在休渔期结束之后，就会有几个月的海缆故障维修高峰期。
目前在东海跟南海的有线海底观测网系统正按照国家规划在实施当中，地面基站连接主干线海缆，长距离输送有线通信数据及电力能源，在需要被观测的应用区域，通过接驳盒分散连接到数十条传感器支路海缆上（各个观测系统的传感器支路可能有多有少，形式也不尽相同），那么这其中在某种程度上是有被破坏的风险的，我国东海、南海区域有数以百万计的活跃渔民，百公里级长度的主干路海缆（通信、供电的双回路）及观测海域数十平方公里内树枝状的传感器支路，是很容易被渔船的拖网或者锚所钩到的，尤其是传感器支路，密度大，而且盘根错节，被破坏的概率特别大，而且从海底观测项目近两年反馈的情况来看，各处都有不同程度的破坏，一条支路被拉坏，连带着附近的海缆及传感器也被拉坏，维修一次动辄上百万的损失。
其实海底观测网系统可以理解为一个简易的水下物联网系统，其工作区域内的所有固定传感器节点，以及移动的AUV、ROV、Glider、各类潜航器等都在同一个网络系统里协同作业；应用区域内密集的树枝状海缆容易被破坏，另外固定的有线海缆不适用于各类移动水下机器人，此处小编个人觉得我们应该参考陆地上的通信网络建设：长距离及高速传输用有线的方式，到居住的应用区域可以建立Wifi覆盖（可避免线缆缠绕、人为破坏），充分满足我们各类家电设备（如台式机、笔记本、平板电脑、手机、智能手表、扫地机器人等）的网络需求，同时建立一个完善的物联网体系，后台运算分析收集到的各类数据。 水下比较完美的观测系统也应该是有线加无线的结合方式，主干线百公里级的有线稳定高速传输，应用区域十多平方公里内搭建无线水声通信网络，将各类固定的传感器节点、及移动的各类潜器连接到同一个无线网络里，进行一个立体、多工种的水下观测，同时对于整个海底观测系统的正常运行也提供了更稳定的保障。
THE END
编辑：智慧海豚
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