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2018/11/19 17:22

海底观测网:海基网络发展推动海洋强国建设

中国通信院  王文跃 刘泰

海基网络ICT技术在海洋领域的应用和外延,是发展海洋经济、维护国家海洋权益的基础,在各国政治、经济、科技、军事等领域的战略地位不断提升。海底观测网作为海基网络建设的主要内容,是国家信息通信基础设施的重要组成部分。国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》在重大任务和重点工程“陆海空天一体化信息网络工程”中明确要发展海基网络设施建设,提出“推动海洋综合观测网络由水面向水下和海底延伸”。当前,我国海底观测网已开始规模化建设。

一、 海底观测网应用广泛

海底观测网可进行海洋综合信息的大数据采集、传输和分析,应用广泛。

海洋资源开发。通过布放在各处的水下仪器设备探寻海洋资源,促进海洋渔业、海底能源勘探等行业发展。

海洋防灾减灾。对海底地震进行评级、定位,对海啸、台风等灾害进行实时监测并预警,有效减少沿海地区的受灾经济损失。

水下通信保障。为海底水声通信提供基础设施,对海底光缆等通信设施进行运行状况监测。

海洋生态环境保护。对海水或水中样本进行长期、连续、实时地原位观测,保护海洋生态环境。

海洋科学研究。对海洋温度、盐度、深度、海流、跃层、磁场、背景噪声等海洋环境信息进行大区域、长时间、实时在线监测,解决海洋生物学、海洋化学和海洋地质学等海洋科学的基本分析需求。

国家安全。海底观测网是典型的军民融合应用设施,可为我国筑牢水下安全屏障,制衡外来势力干预,确保国家海洋权益不受侵犯。

二、世界海洋强国海底观测网战略布局竞争激烈,国际海洋强国抢得先机

为占据海洋战略制高点,当前世界各国对发展海基网络、建立海洋观测体系高度重视。美国、加拿大、欧洲等国家或地区已建设较大规模的海底观测网。

加拿大建成了全球首个大区域尺度、多节点、多传感器的海底观测网NEPTUNE。该网海底光缆长约840km,连接超过50个观测平台,140个观测仪器以及9000余个传感器。2009年运行至今已向太平洋海啸预警中心、加拿大国家地震仪网等提供了超过100TB的观测数据。

欧洲计划建设全球规模最大的多学科海底观测网ESONET/EMSO。该网络由14个国家联合建设,覆盖环绕欧洲的13个不同海域,主要用于防灾减灾、科学研究和军事目的。网络最大水深超过5000m,初步估计海缆总长达5000km以上。

美国拥有目前全球技术最成熟的海底观测网OOI。该网络于2016年建成运营,由2个近海阵列、1个海缆阵列及位于整个美洲大陆周围的4个全球阵列构成,主要完成海面、水体、海底的多数据监测。同时,美国还运维着国际深海观测网组网设备的主要试验场MARS,于2009年开始运行,具有8个可扩展科学仪器端口为各种海底观测网新技术提供试验环境。

  三、我国海底观测网开始规模化建设,发展特点明显

我国的海底观测网相关研究起始于2006年,至今已历经关键技术验证阶段、小范围建设试验阶段,开始进入规模化建设阶段。

关键技术验证阶段。2006年-2009年期间,依托 “海底观测网组网技术的试验与初步应用”重大科技攻关课题和 “海底长期观测网络试验节点关键技术”、 “岸基光纤线列阵水声综合探测系统” 等国家863 项目,完成了海底监测网关键技术验证。

小范围建设试验阶段。2009年-2016年期间,先后完成东海海底观测小衢山试验站建设、MARS试验等工作,以及部署南海“岸基光纤线列阵水声综合探测系统”和建设“南海海洋技术与系统试验研究基地”。

规模化建设阶段。2017年,我国完成南海海底军民两用观测网的建设和扩容。同年,国家发展改革委员会正式批复“国家海底长期科学观测系统”大科学工程,这是我国海洋领域第一个国家重大科技基础设施项目,建设周期5年,总投资21亿元,将在东海和南海建设海底综合科学观测网,在上海临港建设监测与数据中心。该网络将服务于国防安全与国家权益、海洋资源开发、海洋灾害预测等的综合需求。

经过十余年的发展,我国海底观测领域的发展特点明显:

一是产学研高度融合。海底观测网装备技术突破需要理论研究、计算仿真、生产加工、试验验证等过程的反复迭代。目前已初步形成高等院校、科研机构和生产企业高度合作的良性机制。同济大学和亨通光电、浙江大学和中天科技已分别合资成立了专注于海底观测网装备的研发制造的公司。

二是跨行业合作明显。我国海底观测网由海洋工程行业、信息通信行业、高端装备制造业等跨行业协作建设;海底观测网的应用由科学研究、能源、渔业、气象、环境监测、国家安全等多个领域的需求共同驱动。

三是自主技术产品应用比例上升。我国海底观测技术在实践中不断发展,自主技术产品在实际项目的应用比例上升,在海底光缆、中继器、海底接驳盒及部分传感器等关键装备方面已实现自主研发生产。

四、我国取得了一定成绩,三方面仍需发力

当前,我国海底观测领域已在关键技术和产品研发、小范围试验观测网建设以及市场推广应用等方面取得了较大的进步和成效。但与欧美等海洋强国相比,仍需在以下三个方面继续发力:

一是需改善部分技术受制于人情况。我国已研制出海底接驳盒、水下光通信设备、水下连接器与部分海底传感器等海底观测设备的试验样机,受制于人的局面已得到改善,但与同其他国家类似,我国还需要适当引进欧美等海洋强国的部分技术与设备,如在水下光通信设备研发方面,创新主要出自于美国、欧洲、日本和加拿大等研究团队,我国主要以创新跟进为主,自主创新有所欠缺。又如在湿插拔水下连接器方面,当前国际在建海底观测网所使用设备大多来自于美国和德国。需进一步改善部分技术受制于人情况。

二是需进一步完善试用场景。我国前期所建设的小范围试验观测网在一定程度上为我国的海底观测技术产品提供了试验验证环境,部分技术产品已经从“没有”过渡到“有”,从“不可用”过渡到“可用”阶段。目前存在的主要问题是我国应用市场层面对自主研发技术产品信心不足,海底观测关键技术产品的试用场景规模较小,需进一步扩大完善。

三是需深挖需求培育市场。我国海底观测网已在海洋生态环境保护、内陆淡水环境监测、海洋资源开发等领域中的应用已取得了较好的成效,但与欧美海底观测网实际应用相比,在海洋科学研究、水下通信保障、防灾减灾、国家安全等领域还存在需求较大而应用较小的情况,需进一步深挖需求培育市场。

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