海底观测网

摘要： “海马”号的探测设备包括高清摄像机和照相机的摄影设备、声呐以及各种传感器的观测设备、机械手和采集篮的采集设备等。丰富多样的科研设备使得“海马”号拥有超强的科研勘探能力,可进行海底地形测绘、岩石与生物取样、物理海洋测量、海底现场作业等工作,并具有海底观测网与仪器设备布设和回收、海底管线维护、深海打捞等功能,可广泛应用于海洋地质、资源、环境、救捞、考古等领域。“海马”号具备4500米的深海作业能力,行动范围能够覆盖我国98%的海域,可以满足绝大部分深海作业的要求。

摘要： 文章为莱州湾海洋牧场海底观测网络开发了自适应可扩展的远程监控系统实现对海洋牧场环境的长期连续在线监测。针对观测网络的需求,文章建立了远程监控系统的控制模型,创新地设计出了针对海底观测网络数据海量、异构、多源和多维度等特点的通信机制以及通信协议,便于实现海底观测网络大量设备即插即用的动态管理算法,并改良了数据质量控制算法。莱州湾海洋牧场应用示范数据显示,数据丢包率低至1%,指令执行成功率达到98%,海底设备增删改时,系统可以在2 min内完成映射解析数据,同时,数据质量控制算法能有效剔除异常值,将错误率降低至0.00081%。莱州湾海洋牧场成功应用的示范证明了该系统的性能和适用性,同时说明文章所提相关算法也可用于其他类似有自适应要求的系统中。

摘要： 水下海洋观测仪器位于海底深处开放海域中,正常工作时处于无人值守状态,拥有功耗受限导致的休眠/激活模式,容易遭受假冒、侧信道分析攻击.针对休眠模式下仪器的不同唤醒方式,提出了基于PUF和伪随机序列的双向身份认证方案:外部唤醒时,认证服务器主动唤醒仪器进行认证;自主苏醒时,仪器主动通知认证服务器进行认证.该方案基于终端PUF,并使用序列号和轻量级哈希函数对其加密,完成双向身份认证.此外,通信中使用伪随机序列加密链路层数据,改变信息中"0"和"1"的分布规律.该方案无需仪器预先存储私密密钥,且只在特定时间窗口发送数据.安全性分析表明,该方案能抵抗多种常见攻击,适用于水下海洋观测仪器的双向身份认证.

摘要： 基于DONET海底观测网的直达S波地震记录,采用波形旋转互相关方法和最小特征值最小化方法求得了日本南海海域俯冲带横波分裂快轴方向和分裂时间,获得了该俯冲带地震波的各向异性结果.结果显示:该俯冲带地震波的各向异性快轴方向基本平行于南海海槽走向,分裂时间为0.1—0.96 s.这表明:日本南海海域俯冲带各向异性来源于太平洋俯冲板块上覆地幔楔和菲律宾海俯冲板块;地幔楔各向异性产生于二维地幔楔拐角流所导致的各向异性矿物晶体的定向排列;菲律宾海俯冲板块的各向异性则产生于板块扩张时期形成的"化石各向异性"和俯冲过程中板块挠曲产生的断层;日本南海海域俯冲带大范围变化的分裂时间反映了该地区各向异性介质的强度和(或)厚度的不均匀性.

摘要： 海洋具有广阔的空间并蕴含丰富的能源和资源,其对气候变化、生态平衡、自然灾害的产生发挥重要作用.利用海底观测网络和接驳盒等设备对海洋进行长期、连续、实时观测是研究海洋科学的重要技术手段.针对现有后台服务软件多基于Windows平台从而导致的漏洞多、不稳定且操作系统需要付费等弊端,综合考虑基于Linux系统、C++语言以及Qt框架,采用Qt在CentOS发行版上设计实现一种后台服务软件.接驳盒及外接传感器通过物联网技术与软件实现通信交互,软件可对海底观测网络各设备进行实时监测控制,采集的数据保存于MySQL数据库中,也可通过前端界面展示输出.软件运行时的日志文件保存于服务器上.陆上和水池的连续实验验证了软件的稳定可靠性和指标可达性.

摘要： “南海深海海底观测网试验系统”是我国在南海海域重点建设的一个对深海环境进行实时监测的缆系海底观测网试验系统,而激光拉曼光谱仪器节点(OUC-Raman节点)则是该海底观测网中进行化学环境观测的科学仪器节点之一,目前已有两套OUC-Raman节点成功接入海底观测网.本文将对OUC-Raman节点为搭载海底观测网进行长期观测所进行的设计结构和功能进行描述,并对其近两年来在海底观测网上运行的数据进行了处理和分析.研究表明,OUC-Raman节点在海底观测网上运行状态基本良好,但同时也暴露了其海洋光谱传感器在深海长期运行的问题,主要表现在:(1)舱内温度的起伏变化对激光器和光谱仪等关键器件的影响,导致获得的拉曼光谱的谱峰漂移,后期将完善温控模块;(2)测量水体环境的变化与实验室标定环境的差异使得测量结果产生误差,解决方案是在实验室构建模拟海洋环境,并在此环境下进行标定;(3)激光能量的衰减决定了该类仪器节点运行时长极限.

摘要： 海底观测网因其实时长期连续高精度时钟同步及原位等优势而逐渐成为人类研究海洋的新型平台,建设规模和应用水深都在不断扩大.海底观测网系统建设中,深水设备的精准定点布放及湿插拔作业是施工的难点.针对国内海底观测网精准定位布放作业存在的困难和问题,结合国内现有施工条件,提出一种大深度海底设备精准定点布放安装方法,实现南海深海海底观测网试验系统深水设备精准定位布放与ROV湿插拔作业,对未来大规模海底观测网及其它深水工程中设备的精准定点布放和安装,具有参考和借鉴意义.

摘要： 海底观测网电力系统供电海缆易发生绝缘故障,由于其在海底极端环境下运行,实现高精度的电缆故障定位,对于降低其维修成本至关重要.基于海底观测网电能监控系统实时采集的电气测量参数,本文提出了基于主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)和长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的供电海缆高阻故障定位方法,先使用PCA进行数据降维,再将处理后的数据输入LSTM网络进行训练,捕获多源数据的时间特征,挖掘电力系统故障特征与电气参数之间的对应关系,实现海缆故障精确定位.通过在海底观测网原型系统上的实验证明,该方法经K折交叉验证方法(K-fold Cross Validation,K-CV)验证,准确率可达91％左右,故障定位误差约为0.4 km.

摘要： 获取高质量海洋观测数据是维护国家安全和权益、保障人类生存与可持续发展、应对全球气候变化、开发利用海洋资源、防灾减灾等的重要基础.随着海底观测技术的发展, 海底有缆观测已成为地球观测的第三个平台.通过借鉴国内外海底观测网的成熟技术, 设计研发单节点海底有缆在线观测系统, 主要包含海底观测、电力信息传输和陆上人机交互信息管理等三个子系统, 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原位、长期、连续、稳定的在线观测.研发的海底有缆在线观测系统构造简单、扩展性强、经济成本低, 已广泛应用于山东省海洋牧场观测网的海洋生态环境和渔业资源、辽东湾的冬季海冰、海洋牧场与海上风电的融合效应、河流入海口水质、海上溢油等不同领域的业务化监测中, 为我国海洋生态环境保护与修复、海洋资源开发利用、海洋防灾减灾等提供了高质量的科学数据支撑.海底有缆在线观测系统是业务化海洋在线观测技术领域里的创新研究, 具有重要科学意义和广泛应用前景.

摘要： 海底观测网无线拓展是实现海底观测网与主干网信息交互的水声通信与组网技术。海底观测网无线拓展采用水声通信无缆传输，锚系式、座底式无线观测节点与无线网关节点的距离尺度从数百米到数百公里，拓展了海底观测网实时观测距离和空间;观测节点与主干网之间不需要连接缆，具有更加灵活的接入方式。此外，移动观测节点搭载水声通信机，完成与无线网的通信与位置获取，通过无线网关节点完成与主干网的准实时信息交互。

摘要： 海底观测网是一种大型的海底系统工程,接驳盒作为海底观测网的核心部件,其可靠性极大地影响了整个系统的全局可靠性.本文介绍了海底接驳盒的基本结构,进而针对常规海底接驳盒的可靠性分析方法,包括基本可靠性、任务可靠性和故障树建模等,并介绍了一种用于接驳盒的基于MATLAB的可靠性仿真方法,对4种不同供电方式的次接驳盒进行了仿真分析.

摘要： 本文介绍了海底观测网的基本组成和3种拓扑结构,分析了海底观测网的时间同步方案,阐述了IEEE1588v2协议的相关原理,讨论了网络结构和链路对称性对时间同步精度的影响,分析了3种时间同步模型在海底观测网拓扑结构上的应用和相应对时间同步精度的提高效果.

摘要： 本文分析了海底观测网对时间同步的需求,阐述了PTP协议的基本原理,提出了PTP协议在海底观测网中实现时间同步的方法,指出精确时间同步协议在海底观测网中的应用前景和发展方向.

摘要： 本文在总结我国海底观测网发展现状的基础上，通过分析上海的基础和优势，探讨东海海底观测网系统工程建设与上海地方经济发展关系，并建议尽快制定、完善建立我国海洋观测系统的国家计划，加大投资并进行有效的监督管理，组织整合力量，重点攻关关键技术，同时提高国民对海底观测网的认识。

摘要： 作为地球系统的第三个观测平台,海底观测网彻底改变了人类研究海洋的途径,开创了海洋科学研究的新纪元.在以海底观测网为平台的科学、技术和国防安全的国际竞争日渐激烈的大背景下,我国也迈开了海底观测的脚步.本文在总结我国海底观测网发展现状的基础上,通过分析上海的基础和优势,探讨东海海底观测网系统工程建设与上海地方经济发展关系,提出今后我国海底观测网系统发展的相关建议.

摘要： 近年来,网络节点定位技术成为海底观测网组网的研究热点.与测距定位方法相比,非测距定位方法凭借低开销、低成本、易实现等优点,得到广泛的应用.DV-Hop是非测距方法中的一类主流算法,但其过分依赖于节点的分布情况,因此在节点分布不均匀的网络中,存在较大的误差.本文提出一种锚节点筛选算法AFDV-Hop,通过筛选合格的锚节点对未知节点定位.算法通过计算未知节点到各个锚节点的平均跳距信息,对平均跳距较大和较小的锚节点进行过滤.仿真结果表明,与传统DV-Hop算法相比较,本文提出的AFDV-Hop算法在网络分布不均匀度为20％的情况下,定位误差改善约30％,且随着网络不均匀度的增加,算法对节点定位精度的改善越明显.

摘要： 海底观测网位于海底,一旦发生故障,诊断维修都极为不便,因此在设计初期就需要考虑网络的故障应对策略问题.通信系统的故障定位与恢复技术成熟先进,供电系统的可靠性提升策略才是网络规划设计的难点.通过总结现有海底观测网的供电系统故障应对方法,对于我国规划建设自己的海底观测网具有一定的借鉴意义.

摘要： 本文提出一种锚节点筛选算法AFDV-Hop,通过筛选合格的锚节点对未知节点定位。算法通过计算未知节点到各个锚节点的平均跳距信息，对平均跳距较大和较小的锚节点进行过滤.仿真结果表明,与传统DV-Hop算法相比较，本文提出的AFDV-Hop算法在网络分布不均匀度为20％的情况下，定位误差改善约30％,且随着网络不均匀度的增加,算法对节点定位精度的改善越明显.

摘要： 本文介绍了布拉格光纤光栅传感器的温压传感特性以及温压同时存在时产生的交叉敏感问题，通过采用双波长法建立了两个光纤光栅传感器与温差和压差的函数关系。同时介绍了光纤光栅传感网络的基于检测融合的两种部署策略。在此基础上讨论了海底观测网中如何应用光纤光栅传感器实时测量温差的一种方法。

摘要： 本发明公开了一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，包括：恒压电源；多个电压转换模块，与恒压电源连接，受控制模块控制将高电压转换为低电压输出至各输出支路；多个功率重构电路，每个功率重构电路并联于每2条功率输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条功率输出支路的每组功率输出支路输出不同规格的功率；多个电压重构电路，每个电压重构电路串联于每2条电压输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条电压输出支路的每组电压输出支路输出不同规格的电压；控制模块，由多个I/O模块组成，单个I/O模块分别用于模拟信号的采集、功率重构电路和电压重构电路的控制信号的输出、以及串口数据的传输。

摘要： 本发明提供了一种海底观测网观测设备的模拟接入系统及检测方法，所述系统包括：设备接口模块、接口监测模块、控制模块和数据交换模块；所述设备接口模块用于对上位机通过数据交换模块发送的控制指令进行转化后发送至观测设备，还用于将观测设备发送的数据进行转换后发送至数据交换模块；所述接口监测模块用于采集观测设备的工作状态并发送至控制模块；所述控制模块用于接收上位机下发的控制指令并控制系统的工作状态，接收接口监测模块发送的数据并转发至数据交换模块；所述数据交换模块用于将控制模块和设备接口模块发送的数据上传至上位机，将上位机发送的控制指令和数据发送至控制模块，将上位机发送的观测设备的控制指令发送至设备接口模块。

摘要： 本发明公开了一种用于网型拓扑海底观测网的供配电系统及方法，涉及海洋观测技术领域，包括调控中心、数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块以及供配电调整模块，通过将若干个数据采集点进行相关联，且关联的数据采集单元之间能够进行数据共享，同时相邻的数据采集点所获取到的海底观测数据进行周期性互相备份，从而能够使得当某个数据采集点的供电出现异常时，通过供配电调整模块调整与出现异常的数据采集点的关联的数据采集点对其进行供电，使得即使某个数据采集点出现供电异常时，依旧能够保证数据采集点正常获取海底观测数据，且能够及时发送预警信息至调控中心，使得调控中心能够进行快速反应。

摘要： 本发明公开了一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，包括：恒压电源；多个电压转换模块，与恒压电源连接，受控制模块控制将高电压转换为低电压输出至各输出支路；多个功率重构电路，每个功率重构电路并联于每2条功率输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条功率输出支路的每组功率输出支路输出不同规格的功率；多个电压重构电路，每个电压重构电路串联于每2条电压输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条电压输出支路的每组电压输出支路输出不同规格的电压；控制模块，由多个I/O模块组成，单个I/O模块分别用于模拟信号的采集、功率重构电路和电压重构电路的控制信号的输出、以及串口数据的传输。

摘要： 本发明公开了应用于海底观测网的海底光电复合缆外力入侵监测系统，用于和海底光电复合缆的光纤在光电复合缆接头盒内对接，系统包括：窄线宽激光光源、分光器、同步时钟模块、背向瑞利散射模块、光电平衡探测器、采集模块和计算处理模块；通过向光纤中注入周期性探测脉冲光，利用海底光电复合缆中光纤的背向瑞利散射效应得到背向瑞利散射光，和本振信号进行相干叠加后输入采集模块进行采集；计算处理模块根据采集信号判定有无外力入侵，如果有，计算外力入侵位置，基于预先训练好的的外力入侵识别模型，得到外力入侵事件类型。本发明具有灵敏度高、传感动态范围大、故障定位精度高、全天候实时监测以及维护和升级效率高的特点。

摘要： 本发明提供了一种海底观测网观测设备的模拟接入系统及检测方法，所述系统包括：设备接口模块、接口监测模块、控制模块和数据交换模块；所述设备接口模块用于对上位机通过数据交换模块发送的控制指令进行转化后发送至观测设备，还用于将观测设备发送的数据进行转换后发送至数据交换模块；所述接口监测模块用于采集观测设备的工作状态并发送至控制模块；所述控制模块用于接收上位机下发的控制指令并控制系统的工作状态，接收接口监测模块发送的数据并转发至数据交换模块；所述数据交换模块用于将控制模块和设备接口模块发送的数据上传至上位机，将上位机发送的控制指令和数据发送至控制模块，将上位机发送的观测设备的控制指令发送至设备接口模块。

摘要： 本发明公开的海底观测网观测仪器的时间同步方法，是基于NTP和PTP技术的同步方法。主接驳盒的PTN设备输出的NTP同步信号和PTP同步信号输入至次接驳盒的二层交换机；二层交换机输出的PTP同步信号被PTP从时钟接收并解码输出PPS信号；PPS信号由PPS分配放大器进行数量分配和功率放大；分配放大后的PPS信号、NTP同步信号和PTP同步信号一同经由电缆传输至观测仪器；观测仪器内部电路对PPS信号进行隔离和放大以提高其驱动能力，与此同时也可以对NTP同步信号或PTP同步信号进行解码实现时间同步。本发明的海底观测网观测仪器时间同步方法对观测仪器如地震仪等实现精确时间同步有着重大的意义。

摘要： 本发明公开了一种用于网型拓扑海底观测网的供配电系统及方法，涉及海洋观测技术领域，包括调控中心、数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块以及供配电调整模块，通过将若干个数据采集点进行相关联，且关联的数据采集单元之间能够进行数据共享，同时相邻的数据采集点所获取到的海底观测数据进行周期性互相备份，从而能够使得当某个数据采集点的供电出现异常时，通过供配电调整模块调整与出现异常的数据采集点的关联的数据采集点对其进行供电，使得即使某个数据采集点出现供电异常时，依旧能够保证数据采集点正常获取海底观测数据，且能够及时发送预警信息至调控中心，使得调控中心能够进行快速反应。

摘要： 本发明涉及一种用于网型拓扑海底观测网的恒流供电系统及方法，该系统包括岸基馈电设备、主分支单元、分支器和观测仪器平台，多个岸基馈电设备分别连接多条主级海缆，串接在主级海缆中的多个主分支单元将电能分支到多条次级海缆，串接在海缆中的分支器与观测仪器平台相连，为观测仪器平台供电，系统的网型拓扑结构与具备双向电能流动功能的主分支单元可为观测仪器平台提供冗余的馈电设备与输电路径，在系统发生海缆故障时维持海底观测平台的正常运行。与现有技术相比，本发明具有灵活供电，系统结构简单等优点。

摘要： 本实用新型公开的一种海底观测网观测仪器的时间同步装置包括主接驳盒PTN设备、次接驳盒和P个海底观测仪器；主接驳盒PTN设备输出的NTP同步信号和PTP同步信号输入至次接驳盒的二层交换机，二层交换机将输入信号分为N+1路输出，一路PTP同步信号经PTP从时钟和PPS分配放大器被分配放大为M路PPS信号输出，M路PPS信号分别与二层交换机输出的N路NTP同步信号和PTP同步信号一一对应输入至P个观测仪器，其中的PPS信号经观测仪器中的隔离电路和放大电路与观测仪器主控单元的一个输入端相连，NTP同步信号和PTP同步信号直接与观测仪器主控单元的另一个输入端相连，P=M=N。该装置可对接入海底观测网的观测仪器实现时间同步。