《海洋環(huán)境檢測》課件-項(xiàng)目五 未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

海洋環(huán)境監(jiān)測

知識點(diǎn)5-1-1什么是無人機(jī)05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)1、什么是無人機(jī)無人機(jī)是近年發(fā)展起來的一種海洋環(huán)境監(jiān)測空基平臺,可搭載多種海洋環(huán)境監(jiān)測任務(wù)載荷,實(shí)施海洋動力環(huán)境和其他海洋環(huán)境要素的探測。具有機(jī)動性強(qiáng)、時(shí)效性高、成本低等優(yōu)勢,可有效彌補(bǔ)天基、?；偷鼗綔y能力的不足,是海洋環(huán)境監(jiān)測不可或缺的平臺。1、什么是無人機(jī)隨著無人機(jī)研發(fā)技術(shù)的進(jìn)步和優(yōu)勢的突顯,世界各國越來越重視無人機(jī)在海洋探測中的應(yīng)用,以美國為首的許多國家正在積極研制各種新型的海上無人機(jī),俄羅斯、英國、德國等國都加大了對本國發(fā)展無人機(jī)的支持力度。我國也十分注重?zé)o人機(jī)的海洋環(huán)境監(jiān)測,在技術(shù)上緊跟發(fā)達(dá)國家先進(jìn)水平,如中測新圖公司自主研制的無人機(jī)續(xù)航時(shí)間達(dá)到了30h、拍攝分辨率達(dá)到了0.05～0.20dm。未來該方向?qū)⒃诳栈吞旎钶d的各類傳感器技術(shù)以及持續(xù)能力更強(qiáng)的平臺研發(fā)等方面進(jìn)一步開展。1、什么是無人機(jī)隨著“海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略的實(shí)施，藍(lán)色國土成為緩解國民經(jīng)濟(jì)的重要保障，海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加劇了海域的空間信息的應(yīng)用，急需新的技術(shù)對海洋的現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測。常規(guī)的人工測量難以完成復(fù)雜的海域地理空間采集的任務(wù)，無人機(jī)遙感技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，其高時(shí)效性、低成本、高自動化的專業(yè)處理軟件，可以獲取海洋方面獲取地理空間信息的要求，滿足海洋動態(tài)監(jiān)測的需求。1、什么是無人機(jī)無人機(jī)遙感技術(shù)是集無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)于一體的一種新興技術(shù)。無人機(jī)遙感憑借其影像獲取快速、覆蓋面積大、應(yīng)用周期短、影像清晰度高(精度可達(dá)cm級)、便于解析、受自然環(huán)境約束小、成本低、操作易行、運(yùn)行和維護(hù)成本低等特點(diǎn)充分彌補(bǔ)了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感和普通航空遙感的不足。1、什么是無人機(jī)無人機(jī)是一種由動力驅(qū)動、機(jī)上無人駕駛、依靠空氣提供升力、可重復(fù)使用航空器的簡稱。無人機(jī)是通過無線電遙控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器。按照系統(tǒng)組成和飛行特點(diǎn)，無人機(jī)可分為固定翼型無人機(jī)和無人駕駛直升機(jī)。無人機(jī)的構(gòu)成主要包括飛行器機(jī)體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、發(fā)射回收裝置和電源裝置。無人機(jī)在環(huán)境保護(hù)管理、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境應(yīng)急、環(huán)境監(jiān)察、生態(tài)保護(hù)等方面都有應(yīng)用。知識點(diǎn)5-1-2無人機(jī)遙感的優(yōu)勢05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)2、無人機(jī)遙感的優(yōu)勢無人機(jī)遙感是利用無人機(jī)技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，自動化、智能化、專業(yè)化地快速獲取地理資源環(huán)境等空間遙感信息，完成遙感數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用分析的技術(shù)。無人機(jī)遙感系統(tǒng)是在無人機(jī)等相關(guān)技術(shù)發(fā)展成熟之后形成的一種新型的航空遙感系統(tǒng)。它利用無人機(jī)作為遙感平臺，集成小型高性能的遙感傳感器和其他輔助設(shè)備，形成靈活機(jī)動、續(xù)航時(shí)間長、全天候作業(yè)遙感數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)。2、無人機(jī)遙感的優(yōu)勢2、無人機(jī)遙感的優(yōu)勢無人機(jī)測繪技術(shù)是通過無人機(jī)搭載多種遙感設(shè)備，如高分辨CCD數(shù)碼相機(jī)、激光掃描儀、輕型輕型光學(xué)相機(jī)等獲取信息，并通過相應(yīng)的軟件對所獲取的圖像信息進(jìn)行處理，按照一定精度要求制作成圖像的一種技術(shù)手段。該技術(shù)對空間的要求較低，操作方使，成本低，不會受到環(huán)境的影響，適應(yīng)能力非常強(qiáng)，適合危險(xiǎn)系數(shù)高的任務(wù)。與衛(wèi)星遙感技術(shù)相比，不會受到惡劣天氣的影響，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)衛(wèi)星遠(yuǎn)距離采集的弊端。2、無人機(jī)遙感的優(yōu)勢運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)對海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，不但可以彌補(bǔ)衛(wèi)星、航空遙感經(jīng)常因云層遮擋獲取不到影像的缺點(diǎn)，同時(shí)解決了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感重訪周期過長，應(yīng)急不及時(shí)等問題；而且在拓展了固定觀測站、專業(yè)調(diào)查船監(jiān)測區(qū)域的同時(shí)，還有效解決了固定監(jiān)測站點(diǎn)、專業(yè)調(diào)查船的工作效率與數(shù)據(jù)采集周期的瓶頸問題。無人機(jī)遙感技術(shù)是兩項(xiàng)新興技術(shù)的優(yōu)勢組合，不但拓展了無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，更是為海洋環(huán)境監(jiān)測提供了新的手段。2、無人機(jī)遙感的優(yōu)勢/hdjl/ywzsk/ggfwl/content/post_2026745.html2、無人機(jī)遙感的優(yōu)勢無人機(jī)會成為未來海洋氣象觀測的主力軍嗎？2021年11月30日知識點(diǎn)5-1-3無人機(jī)遙感的特點(diǎn)與發(fā)展05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)3、無人機(jī)遙感的特點(diǎn)操作簡單：飛行操縱自動化，智能化程度高，操作簡單，并有故障自動診斷及顯示功能，便于掌握和培訓(xùn)；無人機(jī)還具有輕小，滑翔保護(hù)，傘降保護(hù)等功能，可在很大程度上規(guī)避重大事故的發(fā)生。適應(yīng)性好：無人機(jī)遙感系統(tǒng)能夠根據(jù)不同應(yīng)用需求配置不同的遙感載荷和軟件處理模塊，可滿足多種行業(yè)，不同類型的遙感監(jiān)測任務(wù)需求。使用成本低：無人機(jī)遙感系統(tǒng)的飛行操作相對簡單，培訓(xùn)時(shí)間較短，設(shè)備存放，維護(hù)比較簡單，可節(jié)省調(diào)機(jī)、停機(jī)等費(fèi)用。系統(tǒng)集成性強(qiáng)：無人機(jī)遙感系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)快速集成，系統(tǒng)中的各個(gè)集成子系統(tǒng)可相互作用，相互關(guān)聯(lián)，共同完成各種遙感應(yīng)用任務(wù)。3、無人機(jī)遙感的特點(diǎn)響應(yīng)快速：無人機(jī)系統(tǒng)體積小，重量輕，運(yùn)輸便利，升空準(zhǔn)備時(shí)間短，操作簡單，可快速到達(dá)監(jiān)測區(qū)域，機(jī)載高精度遙感載荷可以在1~2小時(shí)內(nèi)快速獲取遙感監(jiān)測結(jié)果。圖像分辨率高：無人機(jī)可進(jìn)行近地表飛行，遙感獲取圖像的空間分辨率達(dá)到分米級，適于1：1萬或更大比例尺遙感應(yīng)用的需求。無人機(jī)搭載的高精度數(shù)碼成像設(shè)備，還具有大面積覆蓋，垂直或傾斜成像的能力。自主性、靈活性強(qiáng)：無人機(jī)可按預(yù)定飛行航線自主飛行，拍攝，航線控制精度高。飛行高度可從50m至4000m，高度控制精度一般優(yōu)于10m，速度在70~160km/h范圍均可平穩(wěn)飛行，適應(yīng)不同的遙感任務(wù)。4、中國無人機(jī)發(fā)展20世紀(jì)50年代中國正式開始研制無人機(jī)，60年代生產(chǎn)出了低速遙控靶機(jī)，70到80年代發(fā)展成功了“長虹”以及“長空1號”無人機(jī)。21世紀(jì)以后，中國的無人機(jī)工業(yè)才進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段，北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、西安愛生技術(shù)集團(tuán)、南京模擬技術(shù)研究所等科研院所和公司研制了各種類型的無人機(jī)，但其主要用途仍以軍事偵察為主。20世紀(jì)90年代，中國測繪科學(xué)研究院開始民用無人機(jī)的研制，較早應(yīng)用于測繪領(lǐng)域。21世紀(jì)起，無人機(jī)遙感技術(shù)在中國起步并快速發(fā)展起來。2012年開始，國內(nèi)消費(fèi)級無人機(jī)市場出現(xiàn)了爆炸性增長，深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司將多旋翼的無人機(jī)飛機(jī)平臺推向消費(fèi)級市場。中國無人機(jī)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步晚，在技術(shù)水平等各個(gè)方面跟發(fā)達(dá)國家相比有明顯差距，但發(fā)展迅速。知識點(diǎn)5-2-1無人船技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)2018年6月12日，習(xí)近平總書記視察青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室）時(shí)指出，“建設(shè)海洋強(qiáng)國，我一直有這樣一個(gè)信念。發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、海洋科研是推動我們強(qiáng)國戰(zhàn)略很重要的一個(gè)方面，一定要抓好。關(guān)鍵的技術(shù)要靠我們自主來研發(fā)，海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展前途無量?！辈⒚銊?lì)全體工作人員，“再接再厲，創(chuàng)造輝煌，為祖國為民族立新功?！苯ㄔO(shè)海洋強(qiáng)國，必須大力發(fā)展海洋科技。因此，快速發(fā)展我國無人船技術(shù)，推動海洋關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)海洋科技創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，為推動海洋強(qiáng)國建設(shè)提供強(qiáng)大的科技支撐。一、無人船技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展普東東,歐陽永忠,馬曉宇.無人船監(jiān)測與測量技術(shù)進(jìn)展[J].海洋測繪,2021,41(01):8-12+16.無人船技術(shù)的應(yīng)用最早始于二戰(zhàn)時(shí)期。由于受到導(dǎo)航控制與信息技術(shù)發(fā)展的制約，其真正大規(guī)模的應(yīng)用與發(fā)展卻是在20世紀(jì)90年代，代表性成果是美國研制的遙控獵雷作戰(zhàn)原型艇，在1997年成功實(shí)現(xiàn)了海上獵雷行動演練。最近20年來，隨著信息技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)以及人工智能的發(fā)展，無人船技術(shù)展現(xiàn)了前所未有的生機(jī)。美國海軍水下作戰(zhàn)中心、以色列EIbit公司以及新加坡等相繼研究出了用于軍事偵察、反潛和精準(zhǔn)打擊的無人船艇。一、無人船技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展普東東,歐陽永忠,馬曉宇.無人船監(jiān)測與測量技術(shù)進(jìn)展[J].海洋測繪,2021,41(01):8-12+16.在民用領(lǐng)域，2000年美國MIT開發(fā)出了用于勘測作業(yè)的雙體無人船“AutoCat”;此后，雅馬哈公司、英國普利茅斯大學(xué)、意大利熱那亞CNＲ－ISSIA研究機(jī)構(gòu)等相繼開發(fā)出了用于監(jiān)控環(huán)境和航道測量的無人艇，其續(xù)航能力也大幅提升。我國的無人船起步較晚，國內(nèi)主要從事無人船研究的機(jī)構(gòu)有沈陽自動化研究所、哈爾濱工程大學(xué)、上海大學(xué)、上海海事大學(xué)、中國航天科工集團(tuán)沈陽新光公司、珠海云州智能科技有限公司等。一、無人船技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展普東東,歐陽永忠,馬曉宇.無人船監(jiān)測與測量技術(shù)進(jìn)展[J].海洋測繪,2021,41(01):8-12+16.近十幾年來，無人船總體發(fā)展趨勢表現(xiàn)為由軍用為主向民用發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域呈多樣化，應(yīng)用范圍由海洋向內(nèi)陸江河湖泊拓展、由近海向遠(yuǎn)海、極地拓展，并在空天地一體化測量中發(fā)揮重要作用;無人船的體積也由小型向中型、大型全系列發(fā)展，同時(shí)其自主導(dǎo)航、數(shù)據(jù)處理以及遠(yuǎn)程控制等智能化水平逐步提高。在海洋監(jiān)測與調(diào)查測量領(lǐng)域，國內(nèi)外相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)與企業(yè)，針對應(yīng)用無人船技術(shù)開展海洋與江河湖泊水質(zhì)測量、水文測量、水上氣象探測、水下地形測量和地球物理要素測量等諸多測量任務(wù)，進(jìn)行了大量的研發(fā)、測試與應(yīng)用。知識點(diǎn)5-2-2無人船主要性能05項(xiàng)目五

未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)3.1智能避障和路徑規(guī)劃3無人船主要性能其過程可以分為環(huán)境檢測、識別目標(biāo)、智能避障、重新規(guī)劃路徑等。通常，無人船智能避障是基于感知信息融合的原理，感知信息融合主要是利用信息融合的算法，將包括雷達(dá)、慣性、視覺、GNSS與紅外等在內(nèi)的不同傳感器信息進(jìn)行融合。船只在遭遇障礙物前后，都要迅速地重新規(guī)劃路徑。無人船智能避障是指其在航行的過程中能夠通過智能傳感器感知航路上障礙物的信息，并自動規(guī)避水上以及水下的障礙物而保護(hù)自身的能力。3.2穩(wěn)定性與耐力3無人船主要性能在風(fēng)浪沖擊的海洋環(huán)境中，無人船穩(wěn)定性首先表現(xiàn)為抗顛覆的能力。船只可以根據(jù)控制算法對航行中實(shí)時(shí)環(huán)境下的速度、航向等作出調(diào)整。提高對船身制作材料的要求，可以提高船只抵抗惡劣環(huán)境的能力。在遠(yuǎn)海的測量任務(wù)中，無人船通常需要具備相應(yīng)的耐力。這就需要無人船具備持久航行的動力系統(tǒng)，以保證其完成負(fù)擔(dān)的任務(wù)并安全返航。3.3全自動與高精度導(dǎo)航3無人船主要性能無人船無需局限于固定的位置上，不用人工進(jìn)行測量，并能夠根據(jù)水環(huán)境對自身的航行與測量作出相應(yīng)的調(diào)整。這種全自動的測量方式避免了人員的涉水風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也避免了由人工操作所帶來的失誤。GNSS和INS為測量無人船提供高精度的導(dǎo)航定位，使得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性大大提高，保證船只航行的安全性。知識點(diǎn)5-2-3無人船典型應(yīng)用進(jìn)展05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)4無人船典型應(yīng)用進(jìn)展近年來，無人船應(yīng)用發(fā)展速度日新月異，其應(yīng)用得到了極大地拓展，從軍事領(lǐng)域拓展到資源探測、應(yīng)急救援、環(huán)境保護(hù)和海洋測繪等諸多民用領(lǐng)域。無人船技術(shù)在建設(shè)智慧航道、數(shù)字海洋、智慧海洋和透明海洋的進(jìn)程中發(fā)揮著越來越強(qiáng)的作用。4.1水質(zhì)監(jiān)測水質(zhì)監(jiān)測面臨監(jiān)測成本高、監(jiān)測點(diǎn)少、不足以反映整體水質(zhì)狀態(tài)和缺乏應(yīng)急監(jiān)測手段等諸多挑戰(zhàn)。此外受地形和天氣的限制，監(jiān)測活動常無法在視野范圍內(nèi)完成。傳統(tǒng)的人工監(jiān)測包括利用斷面、自動站、浮標(biāo)站進(jìn)行監(jiān)測，各自都有著顯著的缺點(diǎn)。新興的遙感監(jiān)測水質(zhì)技術(shù)精度較低。無人船作為一種新型水質(zhì)監(jiān)測平臺，可自動化地完成指定區(qū)域的水質(zhì)監(jiān)測。對于應(yīng)急性水質(zhì)監(jiān)測而言，無人船可以迅速入水、快速獲取水質(zhì)數(shù)據(jù)。在面臨水污染突發(fā)事件的時(shí)候，無人船通過監(jiān)測繪制全面水質(zhì)分布圖，深入污染區(qū)采樣取證，探測水下暗管圖像等，可以有效完成對突發(fā)污染的數(shù)據(jù)采集，為決策提供技術(shù)支持。4.1水質(zhì)監(jiān)測用于水質(zhì)監(jiān)測的無人船搭載水質(zhì)在線監(jiān)測儀、ADCP以及測深儀等。水質(zhì)在線監(jiān)測儀參數(shù)主要包括PH、溶解氧、溫度、濁度、電導(dǎo)率、COD、葉綠素以及總氮、氯離子、總磷、氟化物等。此類無人船通常采用雙體船設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，船體材料為玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料，最高航速和航行時(shí)間都得到了快速的提高，能夠?qū)崿F(xiàn)自主航行、自動返航、智能避障和實(shí)時(shí)傳輸，并且能夠自動生成水質(zhì)監(jiān)測報(bào)告和自動繪制水質(zhì)分布圖。比如使用搭載定點(diǎn)浮標(biāo)和溢油傳感器的無人船，可以實(shí)現(xiàn)海域海洋油污是否異常的監(jiān)測。4.2水文測量以海洋調(diào)查無人船為例，采用鋁合金材質(zhì)制作的雙體船身，可有效提抵抗風(fēng)浪的能力，最高可抵抗3級風(fēng)。該類無人船最高航速可達(dá)到12kn，續(xù)航里程可達(dá)200nmile，智能避障傳感器最大傳感距離可達(dá)50m，可有效完成近海淺灘水域的水文要素觀測和保障航行安全。無人船和岸基水文監(jiān)測中心組成智能水文監(jiān)測系統(tǒng)，無人船平臺集成搭載溫度傳感器、水壓驗(yàn)潮儀、測深儀、氣象觀測系統(tǒng)、多參數(shù)剖面測量系統(tǒng)、ADCP聲學(xué)多普勒流速剖面儀等測量載荷，將采集的數(shù)據(jù)如流速、流向、溫度、鹽度等，通過無線電通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)動態(tài)地傳輸?shù)桨痘刂葡到y(tǒng)，極大地提高了數(shù)據(jù)采集的時(shí)效性，顯著縮短了作業(yè)周期。4.3水下地形測量水下地形的不可見和水體流動所帶來的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致測量精度受到水環(huán)境的動態(tài)影響，與陸地測量相比，數(shù)據(jù)處理更復(fù)雜。在一些特殊水域比如近岸、淺灘、港口等，人工涉水作業(yè)船只由于體積大、吃水深的原因，往往無法獲取這些區(qū)域的數(shù)據(jù)，從而無法保證數(shù)據(jù)覆蓋的完整性。該類無人船一般采用雙體或者三體船身，船身可用納米碳纖維復(fù)合材料制作而成。由于無人船測量要避免淺水?dāng)R淺，須滿足吃水淺的特點(diǎn)。用于水下地形測量的無人船一般搭載有多波束測深儀、單波束測深儀、ADCP、側(cè)掃聲納以及水質(zhì)儀等測量載荷。4.4其他應(yīng)用無人船能夠快速準(zhǔn)確地到達(dá)岸基控制子系統(tǒng)設(shè)置的救援位置進(jìn)行海上救援工作在綜合海洋調(diào)查應(yīng)用上，無人船搭載單/多波束測深儀、水質(zhì)探測儀、側(cè)掃聲納、激光掃描儀以及水文測量儀等如今無人船測量與監(jiān)測技術(shù)聯(lián)合北斗和5G技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更為智能化的作業(yè)，如利用其進(jìn)行海上油污監(jiān)測等。除了以上典型的應(yīng)用外，無人船測量技術(shù)在其他方面也發(fā)揮著十分重要的作用。知識點(diǎn)5-3-1國外載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)深海是國際海洋科學(xué)技術(shù)的熱點(diǎn)領(lǐng)域，也是人類解決資源短缺、拓展生存發(fā)展空間的戰(zhàn)略必爭之地。無論是探索深?？茖W(xué)奧秘，還是開發(fā)海洋戰(zhàn)略資源，都離不開海洋高技術(shù)的支撐。近幾年，在國家海洋局的組織安排下，中國大洋協(xié)會、上海海洋大學(xué)深淵科技中心等科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合完成了多項(xiàng)深海潛水器的開發(fā)與研制。從1964年“阿爾文”號載人潛水器（美國）研制以來，全球發(fā)達(dá)國家開始致力于載人潛水器的研究，目前已經(jīng)取得了重大成果。我國對載人潛水器的研究雖然起步較晚，但近年來所取得的突破和成就卻舉世矚目。在長期遭遇技術(shù)封鎖的情況下，我國先后開展“蛟龍”號、“深海勇士”號到如今的“奮斗者”號載人潛水器的研制，使得我國載人深潛技術(shù)逐步達(dá)到了世界一流水平。參考文獻(xiàn)：楊波;劉燁瑤;廖佳偉.載人潛水器——面向深?？瓶己秃Ｑ筚Y源開發(fā)利用的“國之重器”[J].中國科學(xué)院院刊,2021,36(05):622-631.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.202104080041載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀深海運(yùn)載器是可以方便攜帶各種聲吶設(shè)備、機(jī)械采集裝置、潛航員及科學(xué)家，并且能夠快速、準(zhǔn)確地到達(dá)各種深海環(huán)境進(jìn)行精確科考和科學(xué)研究的裝備平臺。深海運(yùn)載器主要分為載人型潛水器（HOV）和無人型潛水器（UUV）2個(gè)大類；其中，無人型潛水器又可分為遙控式水下航行器（ROV）、自主式水下航行器（AUV）和最新出現(xiàn)的混合型遙控潛水器（ARV/HROV），以及無動力潛水器等多種類型。作為使用綜合性的水下機(jī)動平臺，深海運(yùn)載器自身可以搭載設(shè)備用于開展各種精細(xì)化作業(yè)，從而成為深海科考領(lǐng)域的“集大成者”。1.1國外載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀世界上第一艘載人型深海潛水器——“曲斯特I”號于1960年研制成功，在挑戰(zhàn)者深淵下潛最大深度達(dá)到10916m，成為世界下潛最深的載人潛水器。從20世紀(jì)60年代開始，潛水器的配置也在進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善，并且大都安裝有操作機(jī)械手、科學(xué)儀器設(shè)備，并擴(kuò)大了觀察窗口等。1964年以美國“阿爾文”號[6]為代表的現(xiàn)代載人潛水器真正開始了人類在海底科考的活動。此時(shí)，“阿爾文”號已經(jīng)具備了觀察窗、高清攝像機(jī)和聲學(xué)掃描等先進(jìn)探測設(shè)備（圖1a）?！鞍栁摹碧栐趹?yīng)用型航次中進(jìn)行了多次重要且有重大影響的作業(yè)，從而奠定了美國在世界現(xiàn)代型載人潛水器領(lǐng)域的霸主地位。1.1國外載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀在“阿爾文”號巨大價(jià)值的影響下，許多國家開始陸續(xù)研發(fā)自己的載人潛水器，日本“深海6500”號載人潛水器于1989年建造完成并進(jìn)行了一系列載人潛水試驗(yàn)，下潛深度最大到6527m，是日本下潛深度最大、作業(yè)能力最強(qiáng)的載人深潛器。1.1國外載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀俄羅斯比較著名的載人潛水器是1987年建成的6000m級的MIR-1號（圖1b）和MIR-2號，其可以搭載3人，帶有12套可以檢測深海環(huán)境參數(shù)和海底地形地貌的探測設(shè)備；其最突出的特點(diǎn)就是動力能源比較充足，工作能源是美國“海涯”號和法國“鸚鵡螺”號的2倍，可以在水下待17—20h。近年來，MIR系列載人深潛器在深?？碧街锌傋咴谑澜缜傲?。自1987年投入使用以來，MIR系列載人潛水器在印度洋、太平洋、大西洋和北冰洋一直從事各種各樣的科研任務(wù)及國際探險(xiǎn)活動，特別是成功完成了“共青團(tuán)”號核彈潛艇的核輻射探測。同時(shí)，MIR系列載人潛水器被多次用于探查和記錄第二次世界大戰(zhàn)中沉沒的戰(zhàn)船，以及執(zhí)行“北極-2007”海洋調(diào)查等任務(wù)，充分體現(xiàn)了其卓越的技術(shù)能力。1.1國外載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀歐洲在載人潛水器的研制方面也具備雄厚的基礎(chǔ)和能力，其中主要核心國家為法國、德國和英國。比較典型的是，1985年法國研制的“鸚鵡螺”號6000m級潛水器。其活動范圍可以遍及全球海域的97%，目前已累計(jì)下潛1700多次。“鸚鵡螺”號可實(shí)現(xiàn)深海海底生態(tài)等相關(guān)調(diào)查，以及沉船、有害廢料等相關(guān)搜索任務(wù)，而且在軍事領(lǐng)域應(yīng)用最為頻繁?！胞W鵡螺”號具有眾多技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，如相對于其他潛水器重量輕、升沉速度快、水下移動高、本體配置小型水下機(jī)器人系統(tǒng)等，因此可實(shí)現(xiàn)多維度的深?？瓶?。知識點(diǎn)5-3-2我國載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)1.2我國載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀我國于20世紀(jì)80年代就開展了載人潛水器的相關(guān)研究工作，并于1986年研制成功了首艘載人潛水器——“7103”救生艇。該救生艇的研制成功，填補(bǔ)了我國深潛技術(shù)的空白，是一項(xiàng)重大的科研成果。在前期潛水器研制技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，為推動中國深海運(yùn)載技術(shù)發(fā)展，加快建成海洋強(qiáng)國。在國家“863計(jì)劃”重大專項(xiàng)支持下，中船重工集團(tuán)公司七〇二所、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所和中國科學(xué)院沈陽自動化研究所等約100家國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，開始了7000m級載人潛水器[10]的自行設(shè)計(jì)、自主集成研制工作，攻克了中國在深海技術(shù)領(lǐng)域的一系列技術(shù)難關(guān)。2012年6月，“蛟龍”號在馬里亞納海溝創(chuàng)造了7062m的中國載人深潛紀(jì)錄（圖2a），也打破了現(xiàn)代載人潛水器——日本“深海6500”號保持了長達(dá)23年的作業(yè)型深海載人潛水器的世界下潛紀(jì)錄。1.2我國載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀1.2我國載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀2013年起，“蛟龍”號正式進(jìn)入試驗(yàn)性應(yīng)用階段，取得了舉世矚目的成果：先后在中國南海、東太平洋多金屬結(jié)核勘探區(qū)、西太平洋海山結(jié)殼勘探區(qū)、西南印度洋脊多金屬硫化物勘探區(qū)、西北印度洋脊多金屬硫化物調(diào)查區(qū)、西太平洋雅浦海溝區(qū)、西太平洋馬里亞納海溝區(qū)七大海區(qū)進(jìn)行科考作業(yè)任務(wù)；在海試任務(wù)過程中，其優(yōu)異的技術(shù)指標(biāo)和性能得到了良好的驗(yàn)證。截至2018年11月，“蛟龍”號已成功下潛158次：主要在各種復(fù)雜海底執(zhí)行海洋地質(zhì)、海洋地球物理、海洋地球化學(xué)和海洋生物等科學(xué)考察，并獲得了海量高精度定位調(diào)查數(shù)據(jù)和高質(zhì)量的珍貴地質(zhì)與生物樣品，極大地推動了我國深海相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究。通過利用前期積累的技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)，大幅提升了中國載人深潛核心技術(shù)及關(guān)鍵部件自主創(chuàng)新能力，降低了運(yùn)維成本，攻克了以固體浮力材料、深海鋰離子電池、作業(yè)機(jī)械手為代表的深海核心技術(shù)及關(guān)鍵部件自主研發(fā)，為后續(xù)我國載人潛水器的功能化、譜系化建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2我國載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀在前兩個(gè)載人潛水器的研制基礎(chǔ)上，我國向全海深載人潛水器發(fā)起了挑戰(zhàn)。2016年，在“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)支持下，我國啟動了全海深載人潛水器及其關(guān)鍵技術(shù)的研制工作。以“蛟龍”號和“深海勇士”號載人潛水器的研發(fā)力量為主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)5年艱苦攻關(guān)，在耐壓結(jié)構(gòu)、鈦合金材料、浮力材料、聲學(xué)系統(tǒng)、智能控制技術(shù)、鋰離子電池、海水泵、作業(yè)機(jī)械手等方面實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)重大技術(shù)突破。2020年11月10日，“奮斗者”號成功下潛10909m（圖2b），創(chuàng)造了我國載人深潛的新紀(jì)錄，這標(biāo)志著我國在大深度載人深潛領(lǐng)域達(dá)到了世界領(lǐng)先水平?！皧^斗者”號配備有高清攝像機(jī)及水下電動觀測云臺、高分辨率測深側(cè)掃聲吶、組合導(dǎo)航系統(tǒng)、高速水聲通信系統(tǒng)和作業(yè)機(jī)械手，采用了安全穩(wěn)定、動力強(qiáng)勁的能源系統(tǒng)，擁有先進(jìn)的控制系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，以及耐壓的載人球艙和固體浮力材料。知識點(diǎn)5-3-3載人潛水器工作性能和關(guān)鍵技術(shù)05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)2載人潛水器工作性能和關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代載人潛水器都配備了完善且充足的動力和便攜的操作系統(tǒng)，推進(jìn)器可實(shí)現(xiàn)潛水器在水下自由航行；駕駛員可根據(jù)事先給定的坐標(biāo)，駕駛潛水器到達(dá)預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行科考作業(yè)?？蓴y帶大量的采樣裝置進(jìn)入深海環(huán)境進(jìn)行作業(yè)取樣，配備機(jī)械手的靈活操作可實(shí)現(xiàn)在萬米海底的實(shí)時(shí)采樣與裝置的回收?？纱钶d多名科學(xué)家進(jìn)入深海環(huán)境。通過觀察窗，科學(xué)家可以近距離觀測真實(shí)的深海環(huán)境，對海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)、生物目標(biāo)等進(jìn)行長時(shí)間、連續(xù)觀測。潛航員與科學(xué)家相互配合，可實(shí)現(xiàn)駕駛操作與觀察同步進(jìn)行，靈活自如的執(zhí)行海底作業(yè)任務(wù)。搭載有先進(jìn)的地形地貌探測設(shè)備，可對未知區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行精細(xì)測量。相比其他深海科學(xué)考察裝備，載人型潛水器有諸多的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢：2.1我國萬米載人潛水器的關(guān)鍵核心技術(shù)新型鈦合金材料載人球艙。“奮斗者”號的載人艙呈球形，可搭載3名潛航員。中國科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合國內(nèi)多家企業(yè)和研究所，經(jīng)過一系列技術(shù)論證及相關(guān)試驗(yàn)，攻克了載人艙從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到材料選擇及研制、加工成型和焊接工藝等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸和難題。精準(zhǔn)操控的控制系統(tǒng)。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所針對深淵復(fù)雜環(huán)境下“奮斗者”號的可靠運(yùn)行進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，讓“奮斗者”號的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能化控制。此外，還為“奮斗者”號量身打造了一雙高度靈活且有力的“手”。在萬米海底，“奮斗者”號憑借這雙“手”，順利完成了巖石、生物抓取及沉積物取樣器操作等各種精細(xì)化作業(yè)任務(wù)，顯著提高了載人潛水器的水下作業(yè)能力。2016年，自全海深載人潛水器立項(xiàng)以來，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過艱苦攻關(guān)，在多個(gè)核心部件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了多項(xiàng)重大技術(shù)突破，核心部件國產(chǎn)化率超過96.5%。2.1我國萬米載人潛水器的關(guān)鍵核心技術(shù)“耳聰目明”——水聲通信系統(tǒng)助力萬米海底信息實(shí)時(shí)傳輸。由中國科學(xué)院聲學(xué)研究所牽頭研制的聲學(xué)系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了“奮斗者”號從遙遠(yuǎn)的萬米海底至海面母船“探索一號”的文字、語音和圖像的實(shí)時(shí)傳輸。浮力強(qiáng)——固體浮力材料保障潛水器安全返回水面。固體浮力材料是深海中最普遍應(yīng)用的一種材料，深海固體浮力材料制備技術(shù)長期以來被少數(shù)發(fā)達(dá)國家壟斷。在前期多年技術(shù)積累基礎(chǔ)上，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所牽頭采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的制備技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)就研制出了核心原材料，突破了我國浮力材料研究的關(guān)鍵技術(shù)。（5）高效組織管理能力——“大管家”。中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所作為“奮斗者”號的業(yè)主單位負(fù)責(zé)牽頭執(zhí)行海試任務(wù)。2.2潛水器關(guān)鍵技術(shù)及后續(xù)的發(fā)展方向?qū)⒁劳猩詈］d人潛水器的技術(shù)裝備優(yōu)勢和高效的組織管理模式去探索更多海洋的奧秘。主要體現(xiàn)在4個(gè)方面。深海生物及其基因資源的研究與應(yīng)用。依托深海載人潛水器，獲取足夠的深海生物科研樣本對于進(jìn)一步的科學(xué)研究至關(guān)重要。挺進(jìn)深海和極地。黨的十八大提出“建設(shè)海洋強(qiáng)國”，十九大提出“陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國”的戰(zhàn)略部署?！笆濉逼陂g，隨著萬米載人潛水器的試驗(yàn)和驗(yàn)收順利完成，我國已經(jīng)具備了進(jìn)入世界海洋最深處進(jìn)行科考和作業(yè)的能力。深海礦產(chǎn)資源的勘探開發(fā)。萬米載人潛水器的研制成功，極大提高了我國深海資源勘探的能力。由于大深度下海洋環(huán)境高壓、無光等特征，一般的科考設(shè)備無法進(jìn)入，而全海深載人潛水器解決了深海進(jìn)入的難題。2.2潛水器關(guān)鍵技術(shù)及后續(xù)的發(fā)展方向形成完備的全球海洋大數(shù)據(jù)體系。對于約占地表總面積71%的海洋來說，21世紀(jì)全球已經(jīng)進(jìn)入海洋大數(shù)據(jù)時(shí)代。目前，全球已具備近海岸測繪、海島的可視化監(jiān)視、海洋漁業(yè)資源檢測、海洋浮標(biāo)監(jiān)測、海洋科考、油氣平臺環(huán)境監(jiān)測、衛(wèi)星遙感監(jiān)測等多種海洋觀測和調(diào)查手段，已經(jīng)建立了非常龐大的海洋觀測、監(jiān)測體系，積累了海量的海洋自然科學(xué)數(shù)據(jù)。利用載人潛水器進(jìn)入深海，可彌補(bǔ)海洋大數(shù)據(jù)中深海環(huán)境的生物資源、礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)。知識點(diǎn)5-3-4我國載人潛水器的發(fā)展前景05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)3對我國載人潛水器未來發(fā)展建議制定中長期的深?？瓶己秃Ｑ筚Y源開發(fā)利用目標(biāo)。充分發(fā)揮好已有的3個(gè)載人潛水器的優(yōu)勢，制定整體性和系統(tǒng)性的規(guī)劃，按照不同深度、由近海到遠(yuǎn)海的分層管理，形成多元化的管理機(jī)制。推動潛水器向全海深譜系化、功能化方向發(fā)展，可以根據(jù)不同的任務(wù)和目的，分時(shí)間、分階段選用不同下潛深度的潛水器，為海底豐富的資源、海洋地質(zhì)和深海生物基因資源調(diào)查，以及科學(xué)研究、水下工程、打撈救援和深?？脊诺忍峁┲С?。2018年6月12日，習(xí)近平總書記在山東考察時(shí)說：“建設(shè)海洋強(qiáng)國，我一直有這樣一個(gè)信念。發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、海洋科研是推動我們強(qiáng)國戰(zhàn)略很重要的一個(gè)方面，一定要抓好。關(guān)鍵的技術(shù)要靠我們自主來研發(fā)，海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展前途無量?！陛d人潛水器在面向深?？瓶己秃Ｑ筚Y源開發(fā)利用方面應(yīng)該如何發(fā)展？3對我國載人潛水器未來發(fā)展建議加快推動科技成果的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化?！皧^斗者”號核心部件的國產(chǎn)化率超過了96.5%，這離不開基礎(chǔ)研究的布局。如何讓這些基礎(chǔ)研究發(fā)揮更好和更大的優(yōu)勢？要進(jìn)一步推動科技成果的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)民用設(shè)備的發(fā)展。鼓勵(lì)社會力量積極向海洋進(jìn)軍，形成多元化科技成果產(chǎn)出機(jī)制。已有的科研成果上由數(shù)字化向智能化方向轉(zhuǎn)變。打造開放、協(xié)同的數(shù)據(jù)共享平臺。建立數(shù)據(jù)共享平臺，將獲取科研樣本及各種資料進(jìn)行統(tǒng)一管理。以深海資源開發(fā)、科考設(shè)施有效利用及數(shù)據(jù)的開放共享為手段，引導(dǎo)跨部門、地域、行業(yè)之間的創(chuàng)新協(xié)同發(fā)展，建立高效的海洋資源開發(fā)利用渠道，引導(dǎo)高校、科研機(jī)構(gòu)廣泛參與，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，構(gòu)建多主體協(xié)同互動的新發(fā)展模式。科考也需要合理開發(fā)和保護(hù)海洋資源。深海科學(xué)考察就是要探索生命起源和地球演化等重大的科學(xué)問題，所以我們要更加注重保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境及生態(tài)資源，合理開發(fā)和有效利用海洋，著力推動海洋科考方式向循環(huán)利用型轉(zhuǎn)變。3對我國載人潛水器未來發(fā)展建議繼續(xù)大力投入基礎(chǔ)研發(fā)與創(chuàng)新。雖然核心部件的國產(chǎn)化率有明顯的提高，但是也應(yīng)注意到我國載人潛水器裝備性能與國際頂尖水平相比仍有較大差距。要在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上優(yōu)化提升各個(gè)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和性能，在非核心部件上也要加大研發(fā)力度，突破國外的技術(shù)壟斷和制約?？瓶即芭涮自O(shè)施需要不斷完善?，F(xiàn)有的作業(yè)母船條件基本具備，但潛水器對母船硬件設(shè)備依賴度較高。因此，應(yīng)結(jié)合深?？瓶嫉闹虚L期發(fā)展目標(biāo)，分層次考慮和推進(jìn)科考船舶的可切換性，硬件條件的兼容性，不斷完善科考船舶的配套設(shè)施。知識點(diǎn)5-4-1水下機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)在廣袤浩渺的深海中，一個(gè)全新的探索者正以無人駕駛的形態(tài)嶄露頭角——水下機(jī)器人。它們通過技術(shù)的飛速進(jìn)步，正在引領(lǐng)著深海探測領(lǐng)域的革命。這些機(jī)器人不僅僅是簡單的機(jī)械設(shè)備，它們承載著科學(xué)家們的期望和探索的意義。如今，水下機(jī)器人的突破性進(jìn)展正以驚人的速度不斷推動著人類對深海奧秘的解鎖。無論是探索極地的冰塘與氣候變化，還是觀測珍稀海洋生物與保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，這些探索者都以其高效的自主導(dǎo)航、無畏的耐壓性能和精確的成像技術(shù)，將我們帶入了一個(gè)前所未有的深海之旅。參考資料/s?id=1773588216715093092&wfr=spider&for=pc水下機(jī)器人工作場景1水下機(jī)器人工作場景21、水下機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展水下機(jī)器人是一種能夠在水下環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的智能機(jī)器人，具備自主導(dǎo)航、采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行成像和執(zhí)行任務(wù)的能力，是現(xiàn)代科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重要成果，對于深海探測、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域都具有重要的意義。它的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)60年代，最初主要用于海洋科學(xué)研究和海底資源開發(fā)。由于技術(shù)和工程上的限制，早期的水下機(jī)器人體積龐大、操作復(fù)雜，對人類干預(yù)的需求較高。隨著科技的進(jìn)步以及對深海探測需求的增加，水下機(jī)器人經(jīng)歷了許多關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新和突破。1、水下機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展通過不斷的研究與發(fā)展，水下機(jī)器人的體積不斷減小，操作性得到了極大改善?，F(xiàn)代水下機(jī)器人不僅具備高效的能量系統(tǒng)，還搭載了各種傳感器、相機(jī)和機(jī)械臂等設(shè)備，導(dǎo)航和自主控制能力得到了大幅提升，能夠在無人作業(yè)的情況下成功完成任務(wù)。過去，水下機(jī)器人通常依賴蓄電池供能，導(dǎo)致任務(wù)時(shí)間有限；現(xiàn)在，高效節(jié)能的動力系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，如燃料電池和先進(jìn)電池技術(shù)。這些創(chuàng)新使得水下機(jī)器人的續(xù)航能力大幅提升，能夠在深海中持續(xù)執(zhí)行長時(shí)間的任務(wù)。1、水下機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展深海環(huán)境中存在著高壓和低溫等極端條件，對機(jī)器人的材料要求很高。現(xiàn)代水下機(jī)器人使用的材料能夠在高壓環(huán)境下保持穩(wěn)定，同時(shí)也減輕了機(jī)器人的重量，提高了機(jī)動性和操控性。高分辨率的成像和傳感器技術(shù)的改進(jìn)也為水下機(jī)器人帶來了巨大的進(jìn)步，機(jī)器人能夠獲取更多類型的數(shù)據(jù)，如水質(zhì)、地質(zhì)和生物信息等，提供清晰、細(xì)致的圖像和視頻，幫助科學(xué)家深入了解深海環(huán)境。光學(xué)成像、聲納技術(shù)和聲學(xué)測距儀等先進(jìn)傳感器的應(yīng)用，使得水下機(jī)器人具備了更廣泛的數(shù)據(jù)采集與分析能力。1、水下機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展除了硬件創(chuàng)新，水下機(jī)器人的智能化控制系統(tǒng)也得到了重要的發(fā)展。自主導(dǎo)航、避障和路徑規(guī)劃等技術(shù)使機(jī)器人能夠在無人操作的情況下進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行和探測工作，大大提高了水下機(jī)器人的效率和安全性。由于深海環(huán)境的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的無線通信往往受到限制，通過聲納通信和光纖通信等技術(shù)的應(yīng)用，水下機(jī)器人能夠在水下傳輸數(shù)據(jù)和與遠(yuǎn)程操作中心進(jìn)行有效的通信，使得水下機(jī)器人能夠與人類操作員實(shí)時(shí)交互并接收指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。1、水下機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展在軟件方面，人工智能技術(shù)的發(fā)展為水下機(jī)器人的智能決策和任務(wù)執(zhí)行提供了支持。機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用，使機(jī)器人能夠通過分析和學(xué)習(xí)大量的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自主決策和優(yōu)化任務(wù)執(zhí)行，有效提高了水下機(jī)器人的適應(yīng)性和靈活性，更好地適應(yīng)各種復(fù)雜任務(wù)和環(huán)境。知識點(diǎn)5-4-2水下機(jī)器人的應(yīng)用05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)2、水下機(jī)器人在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用海洋監(jiān)測和保護(hù)：水下機(jī)器人可以用于海洋環(huán)境和生態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域。它們可以監(jiān)測海洋污染、海底生態(tài)變化等情況，為環(huán)境保護(hù)和資源利用提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，水下機(jī)器人還可以為生態(tài)修復(fù)、海洋漁業(yè)等領(lǐng)域提供技術(shù)支持和保障。水下作業(yè)：水下機(jī)器人可以用于水下作業(yè)領(lǐng)域，包括海底管道檢測、海上風(fēng)電場維護(hù)、水下考古和探險(xiǎn)等。它們可以搭載各種工具和設(shè)備，完成各種復(fù)雜的水下作業(yè)任務(wù)，提高作業(yè)效率和安全性。2、水下機(jī)器人在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用海洋勘探：水下機(jī)器人可以用于海洋地質(zhì)勘探、海底資源調(diào)查等領(lǐng)域。它們可以搭載各種傳感器和設(shè)備，對海底地形、地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)資源等進(jìn)行高精度探測和分析，為人類深入了解海洋資源和環(huán)境提供重要信息。海洋科考：水下機(jī)器人可以用于海洋科學(xué)研究領(lǐng)域。它們可以潛入水下，觀察和記錄海洋生物、海洋現(xiàn)象和過程，為科學(xué)家提供大量寶貴的數(shù)據(jù)和信息。同時(shí)，水下機(jī)器人還可以為海洋工程、海洋環(huán)保等領(lǐng)域的科學(xué)研究提供技術(shù)支持和保障。3、水下機(jī)器人在深海探測中的應(yīng)用深海是地球上最為神秘和未被完全探索的領(lǐng)域之一。水下機(jī)器人可以攜帶各種傳感器和設(shè)備對深海環(huán)境進(jìn)行全面的監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，通過高分辨率的成像技術(shù)捕捉深海生物群落、海底地貌和地?zé)峄顒拥汝P(guān)鍵信息，使科學(xué)家能夠更深入地了解深海的生物、地理和地質(zhì)特征。3、水下機(jī)器人在深海探測中的應(yīng)用深海蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源、石油和天然氣等能源資源。然而，深海環(huán)境的高壓、低溫和惡劣條件對人類的探測和開發(fā)構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。水下機(jī)器人可以代替人類進(jìn)行深海礦產(chǎn)勘探、石油鉆探和海底管道敷設(shè)等任務(wù)，不僅提高了工作效率，減少了人身安全風(fēng)險(xiǎn)，還減少了對環(huán)境的干擾。隨著人類活動的增加，海洋環(huán)境面臨著日益嚴(yán)重的污染和生態(tài)破壞，水下機(jī)器人可以用于監(jiān)測海洋污染物、監(jiān)測溫度、鹽度、pH值等關(guān)鍵指標(biāo)，幫助科學(xué)家及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境問題，還可以進(jìn)行海底垃圾清理、珊瑚礁保護(hù)和海洋生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測與修復(fù)工作，為海洋環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。3、水下機(jī)器人在深海探測中的應(yīng)用深海蘊(yùn)藏著無數(shù)珍貴的考古遺跡和文化遺產(chǎn)，然而，深海環(huán)境的特殊性和保護(hù)需求使得人類難以直接進(jìn)行考古和保護(hù)工作。水下機(jī)器人可以通過高清晰度成像和精確操作，在深海中搜尋并記錄歷史悠久的沉船、遺址和文物，不僅有助于歷史研究和文化保護(hù)工作，還能夠激發(fā)公眾對深海文化遺產(chǎn)的興趣和保護(hù)意識。地震、海嘯和颶風(fēng)等自然災(zāi)害常常給海洋沿岸地區(qū)帶來巨大的破壞和人員傷亡，水下機(jī)器人可以在災(zāi)害發(fā)生后迅速部署，通過搜尋和救援行動，幫助尋找被困的人員、評估災(zāi)害損失和監(jiān)測災(zāi)后環(huán)境。水下機(jī)器人的自主導(dǎo)航和救援能力使得救援行動更加高效和安全，有助于減少人員傷亡和損失。知識點(diǎn)5-5-1國外海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀（上）05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)傳統(tǒng)的海洋觀測主要是以調(diào)查船、潛浮標(biāo)為主的?；^測或以衛(wèi)星遙感、航空觀測為基礎(chǔ)的天基觀測。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性和獨(dú)特性，已有海洋觀測數(shù)據(jù)存在的短暫、不連續(xù)等問題一直制約著海洋科學(xué)的發(fā)展。源自冷戰(zhàn)時(shí)期美國海軍水聲監(jiān)視系統(tǒng)的海底觀測網(wǎng)是人類建立的第三種海洋科學(xué)觀測平臺。在現(xiàn)代傳感器、水下機(jī)器人、海底光纖電纜、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)的推動下，海底觀測網(wǎng)融合物理海洋、海洋化學(xué)、海洋地球物理、海洋生態(tài)等學(xué)科，解決深海、極端環(huán)境下高分辨率和實(shí)時(shí)獲取海洋觀測數(shù)據(jù)的技術(shù)難題，可以深入到海洋內(nèi)部觀測和認(rèn)識海洋，實(shí)現(xiàn)從海底到海面全天候、長期、連續(xù)、綜合、實(shí)時(shí)、原位觀測。參考文獻(xiàn)[1]李風(fēng)華,路艷國,王海斌等.海底觀測網(wǎng)的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢[J].中國科學(xué)院院刊,2019,34(03):321-330.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.2019.03.010[2]呂楓,翦知湣.海底觀測網(wǎng)技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].前瞻科技,2022,1(02):79-91.1.1美國海底觀測網(wǎng)1海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀美國國家科學(xué)基金會在2016年宣布，歷時(shí)10年、耗資3.86億美元的“海洋觀測網(wǎng)”（OOI）計(jì)劃正式啟動運(yùn)行。OOI是一個(gè)長期的科學(xué)觀測系統(tǒng)，由區(qū)域網(wǎng)（RSN）、近岸網(wǎng)（CSN）和全球網(wǎng)（GSN）三大部分構(gòu)成（圖1）。850個(gè)觀測儀器分布式布放在大西洋和太平洋的觀測系統(tǒng)中，包括1個(gè)由880km海纜連接7個(gè)海底主節(jié)點(diǎn)（每個(gè)節(jié)點(diǎn)可提供8kW能量和10Gb帶寬雙向通訊）的區(qū)域觀測系統(tǒng)、2個(gè)近岸觀測陣列以及4個(gè)全球觀測陣列（由錨系、深海實(shí)驗(yàn)平臺和移動觀測平臺構(gòu)成）。1海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀1.1美國海底觀測網(wǎng)1海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀OOI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)海洋的觀測范圍從陸地延伸到深海，從海底到海面的全方位立體觀測；實(shí)現(xiàn)從厘米級到百公里級，從秒級到年代級尺度過程的系統(tǒng)測量。OOI觀測數(shù)據(jù)有效推動了海洋科學(xué)研究的進(jìn)步，提升科學(xué)家對海洋科學(xué)的認(rèn)識；同時(shí)，一系列海洋觀測數(shù)據(jù)可視化與視頻推廣也提高了公眾對海洋的認(rèn)識。1.2加拿大海底觀測網(wǎng)加拿大海底觀測網(wǎng)（ONC）是由東北太平洋的NEPTUECanada觀測網(wǎng)（2009年建成）和VENUS海底實(shí)驗(yàn)站（2006年建成）在2013年合并組建而成（圖2）。目前，ONC由維多利亞大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營和管理。ONC的戰(zhàn)略目標(biāo)是：①滿足日益增長的用戶需求；②提供可靠的海洋觀測技術(shù)與設(shè)備；③通過商業(yè)化運(yùn)作和新技術(shù)研發(fā)，推動海洋觀測技術(shù)不斷革新。NEPTUNECanada觀測網(wǎng)由5個(gè)海底主節(jié)點(diǎn)（單個(gè)節(jié)點(diǎn)具有10kW供電能力和2.5Gb帶寬數(shù)據(jù)傳輸能力）構(gòu)成的800km環(huán)形主干網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了離岸300km范圍內(nèi)從20—2660m不同水深的典型海洋環(huán)境。1.2加拿大海底觀測網(wǎng)1.2加拿大海底觀測網(wǎng)ONC主要利用海底光電纜構(gòu)建的具備觀測和數(shù)據(jù)采集、能源供給和數(shù)據(jù)傳輸、交互式遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)管理和分析等功能的軟硬件集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對不同深度的海底、地殼板塊運(yùn)動、生態(tài)環(huán)境變化、海洋生物群落長期、實(shí)時(shí)、連續(xù)觀測，并可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)直播。ONC不僅為加拿大和世界各地的科研人員提供創(chuàng)新型研究平臺，同時(shí)在諸如海洋和氣候變化、地震和海嘯、海洋污染、港口安全和海上運(yùn)輸、資源開發(fā)、國家主權(quán)與安全、海洋技術(shù)創(chuàng)新等方面發(fā)揮了重要作用。知識點(diǎn)5-5-2國外海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀（下）05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)1.3歐洲海底觀測網(wǎng)絡(luò)歐洲海底觀測系統(tǒng)全稱為歐洲多學(xué)科海底及水體觀測系統(tǒng)（EuropeanMultidisciplinarySeafloorandWater-ColumnObservatory，EMSO)，是一個(gè)分布在歐洲的大范圍、分散式科研觀測設(shè)施（圖3）。EMSO由一系列具有特定科學(xué)目標(biāo)的海底及水體觀測設(shè)施組成，主要用來實(shí)時(shí)、長期觀測海洋巖石圈、生物圈、水圈的環(huán)境過程及其相互關(guān)系，服務(wù)于自然災(zāi)害、氣候變化和海洋生態(tài)系統(tǒng)等研究領(lǐng)域。EMSO由歐洲13個(gè)成員國共同承擔(dān)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署覆蓋歐洲主要水域——從北冰洋穿過大西洋和地中海，一直到黑海，包含11個(gè)深海節(jié)點(diǎn)和4個(gè)淺海試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。1.3歐洲海底觀測網(wǎng)絡(luò)1.3歐洲海底觀測網(wǎng)絡(luò)從技術(shù)角度來看，EMSO最引人注目的特色是對海洋多學(xué)科、多目標(biāo)、多時(shí)空尺度的觀測研究。觀測目標(biāo)從海底、底棲生物、水柱和海洋表面。根據(jù)應(yīng)用需求，海底原位觀測設(shè)備和儀器通過連接光電復(fù)合纜，實(shí)現(xiàn)為海底儀器設(shè)備、固定觀測平臺和移動觀測平臺持續(xù)供電。目前，EMSO受限于經(jīng)費(fèi)、環(huán)境許可等因素的影響，項(xiàng)目尚未全部完成，但部分測試點(diǎn)已在運(yùn)行過程中，并獲得了大量科研數(shù)據(jù)。1.4日本海底觀測網(wǎng)絡(luò)DONET系統(tǒng)（地震和海嘯海底觀測密集網(wǎng)絡(luò)）通過以15—20km為間隔布設(shè)的22個(gè)密集觀測點(diǎn)和以有線方式連接的部分綜合大洋鉆探計(jì)劃（IODP）海底鉆孔觀測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳；DONET2系統(tǒng)由450km光電復(fù)合纜、2個(gè)登陸站，7個(gè)科學(xué)節(jié)點(diǎn)和29個(gè)觀測平臺組成（圖4）。這兩個(gè)系統(tǒng)覆蓋了從近岸到海溝的廣大海域，為日本南邊海域的地震和海嘯提供了海底預(yù)警裝置，實(shí)現(xiàn)對日本東部海域地震情況的高精度、寬頻帶實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且和綜合大洋鉆探計(jì)劃（IODP）相結(jié)合，為研究板塊俯沖帶的地震機(jī)制提供科學(xué)設(shè)施。1.4日本海底觀測網(wǎng)絡(luò)1.4日本海底觀測網(wǎng)絡(luò)2015年建成的S-net觀測網(wǎng)（日本海溝海底地震海嘯觀測網(wǎng)）沿日本海溝布設(shè)，纜線總長5700km，覆蓋了從海岸到海溝總計(jì)250000km2的廣大區(qū)域（圖5）。該網(wǎng)由6個(gè)系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)包括800km纜線和25個(gè)觀測站，觀測站之間南北相距約50km，東西相距約30km，做到每個(gè)里氏（M）7.5級的地震源區(qū)有1個(gè)觀測站。1.4日本海底觀測網(wǎng)絡(luò)以日本學(xué)者為主體的研究團(tuán)隊(duì)基于觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)開展了扎實(shí)的研究工作，通過對海底信號長期監(jiān)測結(jié)果的研究分析，揭示了日本南部海槽板塊構(gòu)造的次級結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動規(guī)律，暗示了孕震機(jī)制的新線索，推動了區(qū)域精細(xì)結(jié)構(gòu)和地震機(jī)制的科學(xué)研究。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)值模擬研究揭示出海底水壓變化與海嘯波高的關(guān)聯(lián)，提高了海嘯預(yù)警的實(shí)效性和精確度，使地震預(yù)警有望提前30s，海嘯預(yù)警提前20min。知識點(diǎn)5-5-3我國海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)1.5我國海底觀測網(wǎng)技術(shù)發(fā)展近十幾年來，我國在國家“863”等計(jì)劃和地方科技計(jì)劃的推動下，開展了海底觀測網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)研究，為我國海底長期觀測網(wǎng)的建設(shè)提供了重要的技術(shù)儲備和經(jīng)驗(yàn)積累?！笆晃濉逼陂g，在科技部“863”計(jì)劃的資助下，同濟(jì)大學(xué)等高校承擔(dān)了“海底長期觀測網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，研制完成的科學(xué)觀測節(jié)點(diǎn)在美國蒙特里加速研究系統(tǒng)（MARS）系統(tǒng)開展了半年的海試。1.5我國海底觀測網(wǎng)技術(shù)發(fā)展“十二五”期間，中國科學(xué)院南海海洋研究所、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所聯(lián)合研制的“南海海底觀測實(shí)驗(yàn)示范網(wǎng)”在海南三亞海域建設(shè)完成。三亞海底觀測示范系統(tǒng)由岸基站、海底光電纜（2km）、水下節(jié)點(diǎn)（直流10kV）、3套觀測設(shè)備、含聲學(xué)網(wǎng)關(guān)在內(nèi)的4個(gè)觀測節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，接駁盒布放水深20m。系統(tǒng)研制過程中在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)健的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、水聲通信網(wǎng)與主干網(wǎng)協(xié)同機(jī)制等方面取得了重要突破。1.5我國海底觀測網(wǎng)技術(shù)發(fā)展“十二五”期間，在科技部“863”計(jì)劃的支持下，2012年正式啟動重大項(xiàng)目“海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)”。南海深海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)以海南為岸基站，通過150km海底光電復(fù)合纜連接的多套海洋化學(xué)、地球物理和海底動力觀測平臺布放在水深1800m處（圖6）。該系統(tǒng)自2016年9月建成運(yùn)行以來，獲取了近9TB的海底視頻、地球物理、海底動力及深?；瘜W(xué)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行以來觀測到國際上多個(gè)地震信息，獲取了相關(guān)海域溫、鹽、流的年度變化、地磁、硫酸根離子濃度以及深海生物視頻。1.5我國海底觀測網(wǎng)技術(shù)發(fā)展1.5我國海底觀測網(wǎng)技術(shù)發(fā)展南海深海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的建成，實(shí)現(xiàn)了觀測網(wǎng)關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控，攻克了海底觀測網(wǎng)總體技術(shù)、制定了我國首個(gè)海底觀測網(wǎng)技術(shù)規(guī)范，突破了水下高電壓（10kV級）遠(yuǎn)程供電與通信（千兆級帶寬）、大深度高精度（亞米級）定位布放與回收、深水高電壓（10kV級）光電復(fù)合纜、深水遙控?zé)o人潛水器（ROV）水下濕插拔作業(yè)、新型傳感器（激光拉曼光譜儀、微顆粒流速儀）等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，國產(chǎn)化率達(dá)到了90%。東海淺海海底觀測網(wǎng)以舟山為岸基站，布設(shè)33km海底光電復(fù)合纜，實(shí)現(xiàn)海洋化學(xué)、物理海洋學(xué)、地球物理等多參數(shù)指標(biāo)的原位、實(shí)時(shí)和高分辨率監(jiān)測，積累了適用于東海寬陸架、高混濁、通航密度大等海區(qū)特點(diǎn)環(huán)境下的海底觀測網(wǎng)布設(shè)工程以及海底海面設(shè)施安全防護(hù)的成熟技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。知識點(diǎn)5-5-4海底觀測網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)2、海底觀測網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)海底觀測網(wǎng)主要包括岸基站、海底供電系統(tǒng)、海底通信系統(tǒng)和儀器設(shè)備，具有供電、通信、監(jiān)控和授時(shí)4大基礎(chǔ)功能。供電和通信兩大系統(tǒng)將陸上岸基站和海底觀測設(shè)備連接起來，構(gòu)成海陸之間雙向高速的“數(shù)據(jù)傳送帶”和持續(xù)的“能量傳輸帶”，緊密耦合在海底主基站（主接駁盒）、海底設(shè)備適配器（SIIM，次接駁盒）、光電復(fù)合通信海纜、海底中繼器和分支器等物理載體中。海底觀測網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)如圖7所示。大規(guī)模海底廣域觀測網(wǎng)通常超過500km，具有多個(gè)海底主基站、海底中繼器和分支器；150km以內(nèi)的小規(guī)模海底觀測網(wǎng)一般采用無中繼通信系統(tǒng)。2、海底觀測網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7海底觀測網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)2、海底觀測網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)海底觀測網(wǎng)岸基站是陸地基礎(chǔ)設(shè)施與海底基礎(chǔ)設(shè)施之間的樞紐。岸基站通常有兩路獨(dú)立的電力輸入、后備發(fā)電機(jī)組和不間斷電源提供可靠供電，安裝有高壓饋電設(shè)備（PFE）、光通信端站設(shè)備（SLTE）、海底線路監(jiān)視器（SLM）、精確授時(shí)設(shè)備、數(shù)據(jù)緩存服務(wù)器、電能監(jiān)控程序（PMACS）和網(wǎng)絡(luò)管理程序（NMS）等軟硬件。海底觀測網(wǎng)采用跨洋通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)海纜，其在25年使用壽命內(nèi)的安全耐電壓典型值為DC10kV，具有多種鎧裝保護(hù)結(jié)構(gòu)。海底觀測網(wǎng)通常采用單極直流輸電，其岸基站、海底主基站和分支器安裝接地/海電極，通過海水形成供電回路，而海底中繼器則用于放大光信號。2、海底觀測網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)海底主基站是海底觀測網(wǎng)中最核心、最復(fù)雜的組網(wǎng)裝備，負(fù)責(zé)接入若干海底觀測平臺，實(shí)現(xiàn)高壓直流電能降壓變換和分配、高速光電信號轉(zhuǎn)換傳送、數(shù)據(jù)匯聚交換和時(shí)間同步，監(jiān)控所有內(nèi)部和外部負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，通過故障診斷和隔離實(shí)現(xiàn)自動保護(hù)。目前典型海底主基站的最高工作電壓為10kV、最大處理功率為10kW，線路側(cè)總通信帶寬為10Gb/s，具備8個(gè)海底設(shè)備適配器接口。海底主基站一般布放在沉積和沖刷緩慢、平坦穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)上。知識點(diǎn)5-5-5海底觀測網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與展望（上）05項(xiàng)目五未來海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)3.1海底供電系統(tǒng)3、海底觀測網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)海底供電系統(tǒng)是海底觀測網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，主要有直流恒壓和直流恒流2種饋電模式。核心電力裝置主要是岸基站PFE、海底主基站的高壓變換器、海底分支器的電切換模塊、海底中繼器和分支器的供電模塊。與小功率、封閉型的跨洋通信系統(tǒng)等專用海底網(wǎng)不同，海底觀測網(wǎng)需接入盡可能多的各類儀器設(shè)備，需要采用大空間尺度的電力電子化高壓直流供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高壓直流電能變換和故障直流電流斷路。由于海纜對地電容大，因此海底觀測網(wǎng)不適合采用交流輸電。3.1海底供電系統(tǒng)3、海底觀測網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)目前海底供電系統(tǒng)常用的簡單拓?fù)錇殒準(zhǔn)胶蛢啥斯╇娛?。其中，鏈?zhǔn)綖闊o備用結(jié)線，兩端供電式為有備用結(jié)線。國際上綜合性中大功率的海底觀測網(wǎng)及試驗(yàn)網(wǎng)均優(yōu)選直流恒壓饋電，個(gè)別小功率的地震海嘯觀測網(wǎng)和試驗(yàn)網(wǎng)采用直流恒流饋電。在恒壓饋電模式中，PFE輸出為可調(diào)恒定電壓，海底供電系統(tǒng)采用單極負(fù)高壓直流輸電，海底主基站、中繼器和分支器適應(yīng)寬電壓、大電流輸入，海底主基站通過接海陰極與岸灘接海陽極構(gòu)成海水供電回路。在恒流饋電模式中，PFE輸出為恒定電流，海底供電系統(tǒng)一般采用雙端供電，海底主基站、中繼器和分支器采用串聯(lián)方式以恒定電流取電。3.2海底通信系統(tǒng)3、海底觀測網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)海底觀測網(wǎng)高速雙向數(shù)據(jù)傳輸主要采用陸地傳送網(wǎng)、接入網(wǎng)和跨洋通信等成熟技術(shù)。對于多節(jié)點(diǎn)海底廣域觀測網(wǎng)，海底通信系統(tǒng)采用有中繼波分復(fù)用系統(tǒng)（DWDM或CWDM），每個(gè)海底主基站與岸基站之間通過不同的光信號波長來傳輸數(shù)據(jù)。3.2海底通信系統(tǒng)3、海