首个环状“海底无人空间站”入海,海底大数据“一网打尽”!

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所属分类:物理海洋

近日,我国首套海底环状生态监测观测网在山东蓬莱成功布放。

注意哦,这是我国首套海底环状生态监测观测网。

你大概还不太清楚这套观测网的意义——

据国家海洋技术中心研究员罗续业介绍,这套设备的示范应用,开启了我国从海底“看”海、获取海底“大数据”的新阶段

为什么说这套观测网开启了新阶段?它是怎么布放的?还有哪些作用和意义?观观的同事前两天到山东蓬莱找到了答案——

“海底无人空间站”入海

进入夏季,山东蓬莱仙境迎来了又一个旅游热季。站上蓬莱阁远眺海面,能看到一条颜色分明的界线,一边色暖,一边色冷,这就是著名的黄渤海分界线。其形成原因,至今没有定论。

6月22日~24日,蓬莱最高气温34℃,海风徐来,水波不兴,是海上作业不可多得的海况。

国家海洋公益性行业科研专项“海洋水下长期在线生态环境定量监测技术研究与应用示范”项目研发人员终于等来了设备布放的窗口期

两根1000多米长的海底光电缆,一端连接着陆上光电缆,另一端各由一艘船拖向海上,在离岸800米处汇合。

在海流的影响下,两根海底光缆在海面形成一个环状,竟然与设计模型上的形状一致,不再需要人为调整。现场人员直呼“好运”

环状的海底光缆上,连接着15个海洋观测监测仪器,如测动力的温盐深仪、海流仪、潮位仪、地震仪,测生态的pH、溶解氧、硝酸盐,以及水下摄像机,等等。

首个环状“海底无人空间站”入海,海底大数据“一网打尽”!

连接、安装、布放……人与船协调有序,将总重约12吨,由一个网络节点、两个仪器节点组成的“海底环状生态监测观测网”放入了指定海底。

首个环状“海底无人空间站”入海,海底大数据“一网打尽”!

戳视频看布放过程↓↓↓

再近点,看设备下水过程↓↓↓

6月24日13时22分,我国首套海底环状生态监测观测网的第一组数据从海底传来。两台水下摄像机传来清晰的画面,在岸基站里,数据采集系统的终端显示屏上,除了记录仪器设备等情况,不时有大大小小的鱼游进视野。

戳视频看水下摄像机传回的海底画面↓

“它们会不会把设备当成家啊?!”项目技术负责人李彦难掩激动,拍下了最开始传来的视频,保留在手机里。

罗续业是这个项目的总负责人。他介绍,这套海底观测网是海洋立体观测网的重要部分,将为“智慧海洋”建设提供连续持久的海底观测数据,有如无人的“海底空间站”。

“它的作用只有你想不到”

 支撑海洋预报数据

“我们终于有了实时、连续的海底数据了。之前海面的、海中的、空中的数据都实现了实时监测,唯独缺少来自海底的。”国家海洋环境监测烟台中心站预报室预报员武双看到海底数据后高兴地说,这将为海洋环境预报提供前所未有的数据,预报的准确性、及时性,都将有大的提升。

除了对海洋预报的数据有支撑作用,平台的用处还有很多。用李彦的话说,“只有你想不到的”。

 ✔ 防灾减灾

加拿大的“海王星”海底观测网,是世界上第一套区域性海底观测网。它布放在深远海,其地震仪测到地震波并传回岸基的时间,比各国广泛使用的近岸地震台要早30~90秒

“有研究表明,人们如果能在地震发生时提前3秒收到警报,伤亡人数可降低14%;提前10秒获得警报,伤亡人数可减少39%;提前20秒,伤亡人数可降低63%。”李彦说,“海底观测还可以得到压力变化的数据,通过数学计算,可以提前预知风暴潮,并及时预警。

 ✔ 避免海水养殖损失

海底观测平台可预测上升流。上升流通常发生在近岸,是一种垂直向上逆向运动的洋流。因为上升流是由风引发形成的,所以极为常见。但传统方式无法获得实时数据

“如果恰好这片海底养殖了贝类,那么上升流带走了贝类所需养分,会造成其生长缓慢或死亡。”李彦说,“在美国,海底观测提供了这样的数据,可以保障养殖者及时采取措施,避免损失。而且,上升流将养分带至海水上层,还会引来大量鱼类,因此这部分数据对渔业捕捞也有价值。

 ✔ 帮助警察破案

令人想不到的是,海底观测平台还可以帮助警察破案。命案发生时,确定死亡时间,是破案的重要依据之一。如果作案者将尸体抛进河里,法医是有办法得出死亡时间的。然而,如果作案者将尸体抛进海中,法医却无法确定。

 “这是因为海洋环境比淡水环境要复杂得多。因此,美国生物学家为了得到生物体在海水中的变化数据,依托海底观测网平台,做了一个长达9年的试验。”李彦介绍,“他们将刚刚死去的小猪放入海底,通过连续的数据变化,形态变化,从而得到生物体在海水环境中的变化过程。

罗续业介绍,项目的实施可实现对目标海域水质的全程监控、对突发性水质风险的准确预警,为我国近海生态灾害的频繁发生、生态环境的持续恶化等管理需求提供监测预警的技术手段支撑,推动海底观测网业务应用,提升我国海洋整体立体监测能力。

首个环状“海底无人空间站”入海,海底大数据“一网打尽”!

步步精心,四年磨一剑

2015年项目立项至今,项目组成员4年磨一剑,从论证调查、设计研发、调试试验、岸基改造,一直到如今布放运行,海底环状生态监测观测网建设可以说步步精心。

 ✔ 选址蓬莱

选址是第一步。“之所以选择蓬莱,是因为这里不仅让游客感受到自然之美,也让我们海洋人发现了蓬莱的科学之美。”李彦说,“从最初的4个备选地址来看,蓬莱位于黄渤海交界,水环境研究价值无可比拟。

“同时,蓬莱海洋环境监测站也建在这里,不仅可以用来改造成为岸基站,还可以依托监测站,进行海底监测数据和传统监测数据的比对,对实现业务化运行尤为重要。”罗续业解释。

首个环状“海底无人空间站”入海,海底大数据“一网打尽”!

 ✔ 环状设计

技术设计是项目的重中之重。海底监测平台要建成什么样?项目组苦心孤诣,最终将其设计为环状

据介绍,在我国南海和东海,各建有一条线状的海底监测网设备。这些设备是由海底光电缆连接,并为设备提供电力和通讯的。而线状的问题就在于,一旦海缆断裂或故障,数据就中断了。那么,获取连续、实时海底数据的目的就无法达到。

“如果仅从技术试验和成本等因素考虑,线状设计也是可以完成试验任务的。”罗续业说,“我们这个项目,具有研发和示范应用两大内容,我们确定的目标是要实现业务化运行,因此我们必须要从海洋观测业务化要求考虑整个系统设计。”

环状可以保证当海缆某一处断裂或出现故障时,其连接的设备可以通过另一端获得电力、传输数据,在系统不中断的同时可以修复出现故障的海缆。海底环状网络双向智能供电与通信技术,是该项目的难点,也是创新点之一。

“这是我国成功布放的第一套双向供电与通信的海底生态监测观测网。”罗续业说。

 ✔ 国内研发

2016年,与技术设计同时进行的,是设备的研发。海底平台连接什么样的传感器,传感器的准确度和稳定性如何,与国外同类设备相比有什么不同……都是该项目的研发内容。

压力自动补偿的pH,自动清洁的浊度、叶绿素,光学法硝酸盐传感器,在线温盐深传感器工艺改进,紫外线防生物附着装置……一项项技术攻关取得成功。目前,该项目已获发明1项、实用新型3项、软件著作权1项

每一类功能仪器连接在海缆上,被称之为一个节点。现在,整个“海底环状生态监测观测网”上连接的传感器,实现了自主知识产权,代表了国内先进水平。

“我们放置的海底地震仪,是国家海洋局第二海洋研究所刚刚研制完成的。放置的两台温盐深仪,一台国产,一台进口,用来比对和试验。”李彦介绍,“克服我国海洋生态环境监测传感器在水下长期可靠性设计与工艺制造方面的短板、推进国产生态监测技术装备产业化进程,也是项目重要成果。

直面“观测地球的第三个平台”

“假如把地面与海面看作地球科学的第一个观测平台,把空中的遥测遥感看做第二个观测平台,那么海底建立的就是第三个观测平台。”致力于深海科学研究的汪品先院士最早提出“人类观测地球的第三平台”概念。

汪品先的名字,你一定不陌生——近日,82岁的中国工程院院士汪品先搭乘载人深潜器,3次潜至南海1400米海底,每次进行8小时的考察,是真正的“深海勇士”。

他所说的这个“第三平台”,在科学、军事、权益上具有重要价值,围绕它的建设,国际间的竞争正在来临

2004年,欧洲海底观测网计划制定完成。

2006年,美国通过了由近海、区域、全球三大海底观测系统组成的“海洋观测计划”,并得到欧洲和日本的响应。

2007年,美国、加拿大共同开启东北太平洋的“海王星”计划。

……

近年来,在海洋“863”计划和地方建设的推动下,我国已在沿海周边地区初步建立起航天、航空、船体、浮标等监测体系,提高了海洋环境观测监测和预报能力。海底观测技术也相继开展了关键技术研究和试验系统研发,但海底观测系统还未进入国家立体观测业务体系。

我国首套海底环状生态监测观测网成功布放,将使我国从海底‘看’海进入业务化新阶段。下一步,我们要开展数据比对和业务化应用、系统优化改进、制定推广方案等任务。”罗续业指出,“保护海洋生态环境,建设海洋强国,长期、持续的海洋生态环境监测数据是基础。海底观测系统的全面建设还有很长的路要走,在世界上也是处于初步阶段,我们要在新的机遇中主动作为,提升核心竞争力。”

(中国海洋报记者 安海燕

始发于微信公众号: 观沧海

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