海底观测网络技术

1绪论

1.1海底观测概述

1.1.1海底观测的定义

1.1.2海底观测的科学价值

1.2海底观测对象·

1.2.1海洋物理性质观测

1.2.2海洋化学性质观测

1.2.3海洋生物观测

1.2.4海底地质观测

1.2.5水下目标观测

1.3海底观测网技术概述

1.3.1输电系统架构

1.3.2输电方式

1.3.3通信系统

1.3.4故障监测

1.3.5信息融合

参考文献

2岸基系统2.1概述

2.2岸基供电系统

2.2.1岸基供电系统组成

2.2.2不间断电源

2.2.3接地阳极

2.3岸基运行监控与保障系统

2.4数据信息管理及服务平台

2.4.1数据存储

2.4.2数据操作

2.4.3数据发布与交互

参考文献

3组网海缆及附件

3.1概述

3.2海缆结构

3.2.1海底光电复合缆组成

3.2.2海底光电复合缆常见类型

3.3海缆生产与测试

3.3.1生产

3.3.2测试

3.4海工附件

3.4.1弯曲保护类附件

3.4.2防磨保护类附件

3.4.3平台安装类附件

3.4.4海缆接续类附件

3.4.5施工消耗类附件

参考文献

4电能供给

4.1海底电能传输

4.1.1交/直流电能传输

4.1.2直流恒流/恒压方式

4.2高中压电能变换

4.2.1降电压模式

4.2.2多模块堆叠

4.2.32kV@2kW电能变换器设计

4.2.410kV@10kW电能变换器设计

4.3中低压电能变换

4.3.1降电压模式

4.3.2多模块堆叠

4.3.3DC/DC模块

4.3.4 400V@5kW电能变换器设计

4.4电能系统散热

……

9.3.1模拟测试内容

9.3.2模拟测试平台

9.3.3模拟测试系统

参考文献

10海上施工与维护

10.1海缆施工

10.1.1海缆敷设方式

10.1.2施工工艺

10.1.3施工过程

10.2海缆保养、使用及维护措施

10.2.1海缆线路的维护组织

10.2.2海缆施工监测

10.2.3海缆故障点查找

10.2.4海缆线路的维修方案

10.3接驳装备布放与回收

参考文献

11国内外海底观测网工程

11.1概述

11.2国外典型案例

11.2.1美国

11.2.2加拿大

11.2.3日本

11.2.4地中海地区

11.2.5其他地区

11.3国内典型案例

11.3.1摘箬山岛海底观测示范网

11.3.2南海深海试验网

参考文献

1绪论

1.1海底观测概述

1.1.1海底观测的定义

海洋占据了地球表面的三分之二，它对气候变化、地质变迁、生态循环以及人类的活动等方面都产生着重要的影响。人类若能深刻了解海洋，就能更好地预测海洋带来的各种变化，也就既能享受海洋给人类带来的丰富资源，同时也能在一定程度上规避海洋引起的无情灾害，实现与海洋的和谐共处。

从远古时代的木舟到当今的远洋科考船，从500年前达·芬奇设想的穿着潜水服巡游海底世界到当前的载人潜水器(human occupied vehicle,HOV)，人类在不断地尝试着去了解海洋和认识海洋。海洋科技发展到当今时代，已经取得了丰硕成果。科学家和工程师们通过海面科考船、潜水器、坐底式观测仪等工具来不断探索海洋，倾听海底乃至地球更深层次的声音，取得了巨大的研究进展。然而，前期的研究大都基于离散的、离线的海洋信息，人类更迫切地需要全面、实时、连续地获知海洋的各类信息。近30年来，许多海洋科学家将注意力投向了海洋连续观测，通过建设“海底实验室”或者全球海洋观测系统等，以获得实时的海洋信息。

目前，对海洋的连续观测网络中主要有锚系观测网和缆系观测网。锚系观测网是指在海底和海面之间通过浮标、潜标、锚碇、观测器等组成的一个基于海洋剖面观测的系统，该类系统主要用于区域性水体的剖面观测，如赫赫有名的地转海洋学实时观测阵(array for real-time geostrophic oceanography,ARGO),俗称ARGO全球海洋观测网或ARGO计划。锚系观测网的供电和通信依赖于水上浮标的电能供给和无线通信，可独立于陆地系统，具有较为灵活的布放和观测方式，因此，可应用在海洋的任何一个地方。但锚系观测网主要依靠浮标将其他能量(如太阳能、海洋能等)转换为电能实现电能供给，而通信又是基于无线方式，因此，电能供给能力和通信能力有限，同时浮标还易受到海面天气和交通等影响，使用和维护成本较高。缆系观测网是指在海底与陆地之间通过海缆、接驳盒和观测器等组成的一个基于海底的观测系统，因其基础设施布放在海底，不受海面气候和交通等影响，而电能传输和通信又依赖于有线方式，因此具有更高的可靠性和更广的观测区域。

缆系观测网因其强大的电能供给能力和超高的数据传输速率成为近10年来的研究热点，其基本思路为：将海底或者海洋的观测仪器和设备，通过海缆连接起来，并与陆地上的电网和信息网有机结合，从而实现将陆地观测延伸到海洋深处。图1-1所示为Howe等(2004)提出的缆系海底观测网的结构概念图。光电复合缆连接岸基站和海底的多个接驳盒，接驳盒可提供多个标准水下插拔接口，依靠无人遥控潜水器（remote op-erated vehicle，ROV)水下作业，海底或者海洋的各类观测仪器、作业机器可直接连接到接驳盒的标准端口上，以获取电能和通信通道，从而组成一个与岸基站相连的有机网络。电能通过光电复合缆传输到每一个用电设备，而通信则通过光电复合缆的光纤传输。通过有机介质线路，可实现大功率的电能输送和数据交互。

《海底观测网络技术》书是“十三五”国家重点出版物出版规划项目及国家出版基金资助项目图书，全书旨在对海底观测网的技术内涵展开研究，分别探讨了海底观测定义、技术概述等。讨论了岸基系统、组网海缆及附件这些重要组成部分，同时对海底观测网络的电能供给、电能管理、通信与对时、故障诊断与隔离、终端传感与监测、系统集成与测试、海上施工与维护、海缆保养与维护等定义和技术原理进行了介绍。最后，还介绍了国内外海底观测网的应用技术和现状，列举了多个典型案例。