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基于集成式接驳盒的海底观测网络系统

专利类型	发明授权	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN202011363886.8	申请日	2020-11-27
公开(公告)号	CN112543058B	公开(公告)日	2022-06-21
申请人	上海亨通海洋装备有限公司;	申请人类型	企业
发明人	薛凤兰; 季佳男; 徐林;	第一发明人	薛凤兰
权利人	上海亨通海洋装备有限公司	权利人类型	企业
当前权利人	上海亨通海洋装备有限公司	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：上海市	城市	当前专利权人所在城市：上海市浦东新区
具体地址	当前专利权人所在详细地址：上海市浦东新区海基六路218弄35号	邮编	当前专利权人邮编：201306
主IPC国际分类	H04B10/25	所有IPC国际分类	H04B10/25 ; H04B10/291 ; G01D21/02
专利引用数量	2	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	6	专利文献类型	B
专利代理机构	苏州市中南伟业知识产权代理事务所	专利代理人	朱振德;
摘要	本发明公开了一种基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，包括第一岸基站和第二岸基站，第一岸基站和第二岸基站之间通过海缆相连接，海缆由多段海底光缆连接构成，相邻两段海底光缆之间通过集成式接驳盒相连接，每个集成式接驳盒上均连接有传感器，集成式接驳盒用于控制传感器采集海底信息数据，并将采集到的海底信息数据传输至与集成式接驳盒连接的海底光缆上，且由海底光缆传输至相邻的集成式接驳盒中，海底信息数据通过相邻的集成式接驳盒继续转发给下一个集成式接驳盒，最终传输至所述第一岸基站或第二岸基站。本发明能够方便有效地对海洋信息数据进行实时采集和通信，且降低了传输时延和提高了数据传输可靠性。
权利要求	1.一种基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，其特征在于，包括第一岸基站和第二岸基站，所述第一岸基站和第二岸基站之间通过海缆相连接，所述海缆由多段海底光缆连接构成，相邻两段海底光缆之间通过所述集成式接驳盒相连接，每个所述集成式接驳盒上均连接有传感器，所述集成式接驳盒用于控制传感器采集海底信息数据，并将采集到的海底信息数据传输至与集成式接驳盒连接的海底光缆上，且由海底光缆传输至相邻的集成式接驳盒中，或者由海底光缆直接传输至所述第一岸基站或第二岸基站；每个所述集成式接驳盒均包括密封腔体，所述密封腔体上设置有第一接口和第二接口，所述第一接口用于和一段所述海底光缆相连接，第二接口用于和另一段所述海底光缆相连接，所述密封腔体上连接有所述传感器，所述密封腔体内部设置有交换机和控制采集板；所述交换机上设置有SFP光模块，所述SFP光模块用于光信号和电信号之间的转换；所述传感器，用于采集海底信息数据，并将所述海底信息数据传输给所述控制采集板；所述控制采集板，用于根据所述交换机发送的控制指令控制所述传感器采集海底信息数据，并接收所述传感器发送的海底信息数据，并将接收到的海底信息数据传输给所述交换机；所述交换机，用于接收所述第一岸基站或第二岸基站的控制指令并传输给控制采集板；以及用于接收所述控制采集板发送的海底数据信息，并将所述海底信息数据传输至第一接口或第二接口中的海底光缆上，并由第一接口或第二接口中的海底光缆传输给相邻的集成式接驳盒中的交换机上；或者由第一接口或第二接口中的海底光缆直接传输至所述第一岸基站或第二岸基站；所述密封腔体内还设置有光放大器，所述光放大器的一端和所述第一接口中的海底光缆相连接，另一端和所述第二接口中的海底光缆相连接；所述控制采集板还用于监控所述光放大器的工作状态；所述密封腔体内还设置有恒流转恒压电源，所述恒流转恒压电源串联在所述第一接口和第二接口之间，所述恒流转恒压电源用于给所述控制采集板、交换机、传感器和光放大器供电。 2.如权利要求1所述的基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，其特征在于，所述控制采集板包括DC‑DC转换器，所述恒流转恒压电源用于直接给所述交换机供电，以及经DC‑DC转换器进行降压后给所述控制采集板、传感器和光放大器供电。 3.如权利要求1所述的基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，其特征在于，所述第一岸基站和第二岸基站之间还连接有VPN专线。 4.如权利要求1所述的基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、压力传感器和加速度传感器中的一种或多种。 5.如权利要求1所述的基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，其特征在于，所述第一岸基站和/或第二岸基站分别与预警中心通信连接，所述预警中心包括国家地震中心和海啸预警中心。 6.如权利要求1所述的基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，其特征在于，所述第一岸基站和/或第二岸基站分别与数据存储库通信连接。
说明书全文	基于集成式接驳盒的海底观测网络系统技术领域 [0001] 本发明涉及海底观测技术领域，具体涉及一种基于集成式接驳盒的海底观测网络系统。背景技术 [0002] 海底观测网络系统是用于对海洋数据信息进行监测的系统，以通过海洋数据信息的监测来分析气候变化、海平面上升、海洋变暖、海啸和地震等问题。现有的海底观测网通常采用以下两种方式采集数据，一种方式是通过调查船/调查飞机进行数据采集，该方式人工成本高，不能进行长期实时数据采集和数据通信；另一种方式是使用固定浮标进行数据采集，该方式需要通过卫星、蜂窝通信或微波通信进行数据通信，传输时延较大，传输可靠性低，且每隔3‑6个月就需要定期维护一次，维护成本较高。 [0003] 因此，现有的海底监测网络系统不能够方便有效地进行海底数据的实时采集和通信，无法满足使用需求。发明内容 [0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，能够方便有效地对海洋信息数据进行实时采集和通信，且利于降低传输时延和提高数据传输可靠性。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下： [0006] 一种基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，包括第一岸基站和第二岸基站，所述第一岸基站和第二岸基站之间通过海缆相连接，所述海缆由多段海底光缆连接构成，相邻两段海底光缆之间通过所述集成式接驳盒相连接，每个所述集成式接驳盒上均连接有传感器，所述集成式接驳盒用于控制传感器采集海底信息数据，并将采集到的海底信息数据传输至与集成式接驳盒连接的海底光缆上，且由海底光缆传输至相邻的集成式接驳盒中，或者由海底光缆直接传输至所述第一岸基站或第二岸基站。 [0007] 在其中一个实施方式中，每个所述集成式接驳盒均包括密封腔体，所述密封腔体上设置有第一接口和第一二接口，所述第一接口用于和一段所述海底光缆相连接，第二接口用于和另一段所述海底光缆相连接，所述密封腔体上连接有所述传感器，所述密封腔体内部设置有交换机和控制采集板；所述交换机上设置有SFP光模块，所述SFP光模块用于光信号和电信号之间的转换； [0008] 所述传感器，用于采集海底信息数据，并将所述海底信息数据传输给所述控制采集板； [0009] 所述控制采集板，用于根据所述交换机发送的控制指令控制所述传感器采集海底信息数据，并接收所述传感器发送的海底信息数据，并将接收到的海底信息数据传输给所述交换机； [0010] 所述交换机，用于接收所述第一岸基站或第二岸基站的控制指令并传输给控制采集板；以及用于接收第一所述控制采集板发送的海底数据信息，并将所述海底信息数据传输至第一接口或第二接口中的海底光缆上，并由第一接口或第二接口中的海底光缆传输给相邻的集成式接驳盒中的交换机上；或者由第一接口或第二接口中的海底光缆直接传输至所述第一岸基站或第二岸基站。 [0011] 在其中一个实施方式中，所述密封腔体内还设置有光放大器，所述光放大器的一端和所述第一接口中的海底光缆相连接，另一端和所述第二接口中的海底光缆相相连接。 [0012] 在其中一个实施方式中，所述控制采集板还用于监控所述光放大器的工作状态。 [0013] 在其中一个实施方式中，所述密封腔体内还设置有恒流转恒压电源，所述恒流转恒压电源串联在所述第一接口和第二接口之间，所述恒流转恒压电源用于给所述控制采集板、交换机、传感器和光放大器供电。 [0014] 在其中一个实施方式中，所述控制采集板包括DC‑DC转换器，所述恒流转恒压电源用于直接给所述交换机供电，以及经DC‑DC转换器进行降压后给所述控制采集板、传感器和光放大器供电。 [0015] 在其中一个实施方式中，所述第一岸基站和第二岸基站之间还连接有VPN专线。 [0016] 在其中一个实施方式中，所述传感器包括温度传感器、压力传感器和加速度传感器中的一种或多种。 [0017] 在其中一个实施方式中，所述第一岸基站和/或第二岸基站分别与预警中心通信连接，所述预警中心包括国家地震中心和海啸预警中心。 [0018] 在其中一个实施方式中，所述第一岸基站和/或第二岸基站分别与数据存储库通信连接。 [0019] 本发明具有以下有益效果：本发明的基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，能够方便有效地对海缆沿线的海洋信息进行长期、实时、全天候地在线监测，且降低了传输时延，并提高了传输可靠性，实现了高效传输。附图说明 [0020] 图1是本发明的基于集成式接驳盒的海底观测网络系统示意图； [0021] 图2是图1中集成式接驳盒的内部电力系统示意图； [0022] 图3是图1中海底观测网络系统的通信结构示意图；具体实施方式 [0023] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。 [0024] 如图1所示，本实施例公开了一种基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，包括第一岸基站和第二岸基站，第一岸基站和第二岸基站之间通过海缆相连接，海缆由多段海底光缆连接构成，相邻两段海底光缆之间通过集成式接驳盒相连接，每个集成式接驳盒上均连接有传感器，集成式接驳盒用于控制传感器采集海底信息数据，并将采集到的海底信息数据传输至与集成式接驳盒连接的海底光缆上，且由海底光缆传输至相邻的集成式接驳盒中，或者由海底光缆直接传输至所述第一岸基站或第二岸基站。 [0025] 可以理解地，在海底信息数据的传输过程中，海底信息数据通过相邻接驳盒进行中继转发，并最终由直接与第一岸基站(或第二岸基站)的接驳盒传输给第一岸基站(或第二岸基站)。 [0026] 其中，接驳盒是用于连接两段海底光缆以实现光缆长度的延长的装置，本实施例对传统接驳盒进行了改进，将传感器集成安装在接驳盒，使得每个接驳盒均能够进行海底信息数据的采集和通信传输，使得每个接驳盒构成一个传输节点。 [0027] 上述系统利用多个接驳盒获取海底信息数据并最终通过海底光缆传输给第一岸基站或第二岸基站，实现了海底信息数据的全天候、实时采集和传输，且由于直接通过光缆传输数据，降低了传输时延、且具有通信容量大、保密性好、抗电磁干扰等优点，能够及时地将各节点获取的海底信息数据可靠地传输到岸基站,同时也大大降低了人工采集成本和维护成本。 [0028] 另外，由于海底光缆布放在海洋底部边界层，因此光缆接驳盒上的传感器能够获取更全面的空间采样数据。 [0029] 在其中一个实施方式中，海底数据信息包括压力、温度和/或地震加速度。 [0030] 在其中一个实施方式中，如图2所示，每个集成式接驳盒均包括密封腔体，密封腔体上设置有第一接口(输入接口/输出接口)和第二接口(输出接口/输入接口)，第一接口用于和一段海底光缆相连接，第二接口用于和另一段海底光缆相连接，密封腔体上连接有传感器，其中温度传感器和压力传感器通过螺纹连接，锁附在密封腔体表面，裸露在外侧，精确监测海底信息，密封腔体内部设置有交换机和控制采集板； [0031] 交换机上设置有SFP光模块，SFP光模块用于光信号和电信号之间的转换，可以将光纤中传输的光信号转换为双绞线中的电信号，也可以进行逆向转换。 [0032] 传感器，用于根据控制采集板发送的控制指令采集海底信息数据，并将海底信息数据传输给所述控制采集板； [0033] 控制采集板，用于根据交换机发送的控制指令控制所述传感器采集海底信息数据，并接收传感器发送的海底信息数据，并将接收到的海底信息数据传输给所述交换机； [0034] 可以理解地，控制采集板接收传感器发送的海底信息数据后，会将传感器发送的海底信息数据转换为网络信号，再将网络信号上传给交换机。 [0035] 交换机，用于接收第一岸基站或第二岸基站的控制指令并传输给控制采集板；以及用于接收第一控制采集板发送的海底数据信息，并将海底信息数据传输至第一接口或第二接口中的海底光缆上，并由第一接口或第二接口中的海底光缆传输给相邻的集成式接驳盒中的交换机上；或者由第一接口或第二接口中的海底光缆直接传输至第一岸基站或第二岸基站，也即，若集成式接驳盒是直接和第一岸基站或第二岸基站相连，则此时，该集成式接驳盒则将海底数据信息通过海底光缆直接传输至第一岸基站或第二岸基站。 [0036] 可以理解地，在海底信息数据的传输过程中，海底信息数据通过相邻接驳盒中的交换机进行中继转发，并最终由直接与第一岸基站(或第二岸基站)的接驳盒中的交换机传输给第一岸基站(或第二岸基站)。 [0037] 上述结构，将交换机和控制采集板集成安装在接驳盒的密封腔体内部，能够有效保护腔体内部的电子设备不受海水的侵蚀。 [0038] 在其中一个实施方式中，密封腔体内还设置有光放大器(LA)，光放大器的一端和第一接口中的海底光缆相连接，另一端和第二接口中的海底光缆相相连接。光放大器的作用是对光信号进行功率放大，从而实现对岸基站传输设备信号的中继放大，延长岸基站传输设备信号的传输距离，满足客户业务的远距离通信需求。 [0039] 其中，光放大器可以是一对或多对，根据客户需求而定。 [0040] 进一步地，控制采集板还用于监控光放大器的工作状态。 [0041] 控制采集板能够同时将对传感器和光放的工作状态进行监控，带有过流短路保护功能。 [0042] 在其中一个实施方式中，密封腔体内还设置有恒流转恒压电源，恒流转恒压电源串联在第一接口和第二接口之间，恒流转恒压电源用于给控制采集板、交换机、传感器和光放大器供电。恒流转恒压电源的作用是将海底光缆上输送的恒定电流变换为恒定电压，以给接驳盒内部的交换机、光放大器、传感器等设备提供电能。 [0043] 上述结构在集成式接驳盒中内置恒流转恒压电源，通过单线取电技术，把恒流转恒压电源串联到海底光缆中，可以直接对接驳盒内部设备进行供电，无需在再借助外部供电设备，供电更加方便可靠。 [0044] 进一步地，控制采集板包括DC‑DC转换器，恒流转恒压电源用于直接给交换机供电；以及经DC‑DC转换器进行降压后给控制采集板、传感器和光放大器这些低压装置供电。 [0045] 可以理解的，现有的海底光缆内部设置有铜导体和光纤，铜导体用于电力传输，光纤用于光信号传输，因此，如图2所示，需要进行供电的部件和海底光缆之间通过电力线连接，需要进行光信号传输的则和海底光缆通过光纤相连接，例如，恒流转恒压电源的一端和第一接口中的海底光缆通过电力线相连接，另一端和第二接口中的海底光缆通过电力线相连接，光放大器(LA)的两端则分别通过光纤和两端相应的海底光缆相连接；恒流转恒压电源和交换机之间通过电力线相连接；交换机和第一、第二接口中的海底光缆通过光纤相连接；传感器和控制采集板通过电力线相连接等。 [0046] 在其中一个实施方式中，第一岸基站和第二岸基站之间还连接有VPN专线，用于将第一岸基站的数据传输给第二岸基站，为集成式接驳盒节点与岸基站之间的通信提供备份传输路径，保障海底观测网络的高可靠性。 [0047] 在其中一个实施方式中，传感器包括温度传感器、压力传感器和加速度传感器中的一种或多种。例如，控制采集板会将加速度传感器采集的海底信息数据的模拟信号、温度/压力传感器采集的海底信息数据的TTL电平信号均转换为网络信号，再将网络信号上传给交换机。 [0048] 其中，加速度传感器用于采集地震加速度信号，温度传感器用于采集深海温度信号，压力传感器用于采集深海压力信号。深海温度和压力测量可以提高对海洋环流和热含量的估计，压力和地震加速度测量可以改善海啸预警时间和提高地震参数准确性。 [0049] 可以理解地，传感器除了采用温度传感器、压力传感器和加速度传感器之外，还可以采用其他类型传感器，以采集不同类型的海底信息数据。 [0050] 在其中一个实施方式中，第一岸基站和/或第二岸基站分别与预警中心通信连接，预警中心包括国家地震中心和海啸预警中心，国家地震中心用于对接收到的海底信息数据进行建模分析，以进行地震预警；海啸预警中心于对接收到的海底信息数据进行分析，以进行海啸预警。 [0051] 在其中一个实施方式中，第一岸基站和/或第二岸基站分别与数据存储库通信连接，以对岸基站传输来的数据进行存储，以便于获取足够多的数据样本。 [0052] 如图3所示，下面以包含两个岸基站和具有三个接驳盒节点的海底观测网络系统来具体说明该系统的通信过程： [0053] 以B节点为例，B节点处的集成式接驳盒中的传感器将采集到海底信息数据(温度、压力、地震加速度等信号)转发给该接驳盒内的交换机，由B节点处的该交换机将海底信息数据转发给A节点处的集成式接驳盒中的交换机，A节点处的该交换机再海底信息数据转发给第一岸基站中的交换机，第一岸基站中的交换机可以接入数据服务器和计算机，对数据进行储存和计算处理。如果A、B节点之间发生链路故障，B节点处的集成式接驳盒中的交换机则可以将传感器将采集到海底信息数据传输给通过C节点处的交换机，并由C节点处的交换机传输到第二岸基站，由于第二岸基站和第一岸基站之间开通VPN专线业务，所以B节点的信息可以通过冗余备份链路(B节点‑C节点‑第二岸基站‑第一岸基站)传输再传回到第一岸基站。其中，交换机中的SFP光模块可以对信号进行光电转换，因此信号传输到下一个节点时，会经过光‑电‑光转换，不会积累噪声，所以不会影响信号的远距离传输。依照同样的传输方式，还可以通过各节点的接驳盒传递其他业务信号至第一或第二岸基站。该通信系统链路目前最多可串联250个交换机，两个节点之间的距离可以在6～50km范围内。 [0054] 本实施例的基于集成式接驳盒的海底观测网络系统，与调查船、调查飞机和固定浮标等传统监测方案相比，采用光纤通信技术，具有传输时延低、通信容量大、保密性好、传输可靠性高等优点，能够可靠的进行远距离通信；且能够方便地对海缆沿线的海洋信息进行长期、实时、全天候地在线监测，从而能够获取大量的数据样本，便于技术人员能够根据这些数据样本及时进行海洋气候的分析，以及进行全球海啸或地震的预警；另外，也大大节约了人工采集和维护成本。 [0055] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

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