海底觀測站的兩種發(fā)展模式(編輯修改稿)
2025-07-21 08:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 海底觀測站 世界各地已經(jīng)建立了一些不同規(guī)模和用途的光電纜海底組網(wǎng)觀測站。此處以美國的蒙特利灣加速研究系統(tǒng)（MARS——Monterey Accelerated Research System）為例，簡介光電纜組網(wǎng)式海底觀測站的基本要素[7]。 海底站 MARS 光電纜的末端是一個由防拖網(wǎng)大鋼架保護的觀測設(shè)備。這種防拖網(wǎng)框架為MARS 觀測臺的電子儀器“內(nèi)臟”提供了保護?？蚣艿乃拿娓饔幸粋€門，允許ROV（Remote Operated Vehicle）連接端子進出，如圖1所示。觀測臺成為深海中的電腦網(wǎng)絡(luò)中心和電力變電所，其工作深度900米。 電子儀器“內(nèi)臟”由兩個鈦質(zhì)壓力容器組成，懸接在一塊浮體之下。一個容器內(nèi)部是電子設(shè)備，用于路由數(shù)據(jù)和儀器的電源控制；另一個容器相當(dāng)于變電站，將高壓電轉(zhuǎn)化成適用于科學(xué)儀器的低壓電。 Mars電纜將由岸基站提供的10KV的高壓電輸送到學(xué)科節(jié)點處。在學(xué)科節(jié)點內(nèi)部轉(zhuǎn)換器將電壓降到儀器可接受的375伏交流電和48伏的直流電。 共有學(xué)科節(jié)點8個，利用它們，每個試驗可以發(fā)送高達100 megabits/s的數(shù)據(jù)給陸地科學(xué)家，科學(xué)家也可以反過來發(fā)出修改程序、重裝儀器的指令。圖1. MARS海底站及其鋼框架示意圖 輔助設(shè)備 52公里長的光電纜為系統(tǒng)提供電源和通訊。有了持續(xù)不斷的電力供應(yīng)，MARS 觀測臺上的儀器就可在海底持續(xù)觀測數(shù)月甚至幾年。通過實時通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)獲取/管理以及系統(tǒng)控制。如果某臺觀測儀器出了問題，科學(xué)家就會及時發(fā)現(xiàn)。如果是程序方面的問題，可以由工程師進行遠程修復(fù)或重新設(shè)計程序；而修復(fù)或重新設(shè)定子系統(tǒng)或儀器，則需要水下機器人進行現(xiàn)場作業(yè)。 光電纜 光電纜本身由一個銅質(zhì)電信號傳線和一組光纖組成，比一根普通的軟膠管稍粗。這些光電纜鋪設(shè)時埋在深約3英尺的海底溝槽內(nèi)，以防被船錨、捕魚裝置等鉤掛。銅質(zhì)導(dǎo)線以10kW 的功率將位于加州的陸地站上的電力傳送給海底的設(shè)備，而光纖則以每秒2 千兆比特的速度把這些科學(xué)儀器所采集的數(shù)據(jù)傳送給岸基站上的研究人員。 機器人 有纜機器人Ventana負責(zé)海底站的安裝，負責(zé)在科學(xué)節(jié)點上安裝、回收、修理觀測子系統(tǒng)或儀器。自治機器人Benthic Rover擴大了海底觀測范圍。它有自己的電池系統(tǒng)，可完全獨立行駛，也可用一條長長的延伸線與海底觀測站相連，得到電力補充和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。Benthic Rover的鈦制耐壓球用來保護機器人的核心——電子部分和電池。為了避免機器人太重而陷入海底的柔軟淤泥中，采用抗壓浮力材料，因此，機器人在空氣中重量約1400公斤，在水中的重量僅為45公斤。機器人前端安裝兩把旋轉(zhuǎn)刷子，用于清理履帶上的泥土；機器人行駛過程中會攪起海底沉積物，擾亂視線，影響測量工作，因此，它行動極為緩慢——約1米/分鐘。此外，機器人還能感應(yīng)水流的方向，自動順著水流方向前行，有效避免激起的泥沙影響。4 兩種模式的發(fā)展趨勢 應(yīng)用單框架海底觀測站進行的海底觀測研究 自Geostar歐盟第5框架項目開發(fā)出來后，工作向兩個方向延展。一是單套觀測站特殊應(yīng)用；另一是將Geostar升級為一個海底觀測網(wǎng)的基本節(jié)點。這兩個方向的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了另五種Geostar級的觀測站，形成了歐洲深海底觀測網(wǎng)的雛型[6]。 20002002年，在意大利沿海建立了海下1號觀測網(wǎng)站SN1（Submarine Network 1），主要開展地震、海洋學(xué)和環(huán)境海洋學(xué)方面的監(jiān)測。2005年利用歐洲中微子海底望遠鏡工程，即中微子地中海觀測站NEMO（Neutrino Mediterranean Observatory）的光電纜系統(tǒng)的能源和通訊渠道，為NEMO提供海洋環(huán)境實時監(jiān)測，成為歐洲第一個光電纜式海底觀測站。 2002年2004年期間，甲烷氣監(jiān)測模塊GMM(Gas Monitoring Module)，作為歐洲的能源、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展項目“地質(zhì)災(zāi)害長期海底觀測傳感器陣列”中的子項目，專門長期監(jiān)測海底甲烷。歐洲的ORIONGEOSTAR3 (20022005)項目，以一個位于水下3300米的GEOSTAR為主要節(jié)點
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