海底监测网行业深度研究

2019年2月2日10:01:06海底监测网行业深度研究已关闭评论 167 views

摘要

1、海底监测网是指铺设于海底的、以有线的方式连接成网的、对海洋水体和海底环境及资源进行实时、长期、持续的监测的网络系统,主要由岸上基站、光电复合缆、接驳盒、以及各种末端观测、传感设备组成。海底监测网与岸基监测平台、水面监测平台、遥感监测平台共同组成了复杂的现代海洋监测系统。

2、现代海洋监测系统主要由遥感监测、岸基监测、水面监测和水下监测4种监测方式组成。海底监测网虽然发展起步较晚、技术难度较高,但由于其能够连续地、长时间地、实时地监测海底及水下环境,现在已成为水下监测系统中的一种重要方式。

3、海底监测网主要由岸上基站(Shore Station)、光电复合缆(Cable)、接驳盒(包括主接驳盒Node Pod和次接驳盒Junction Box)、以及各种末端观测、传感设备(Instrument)组成。岸基站是整个海底观测网的控制单元,负责信息汇总和处理,并为海底观测设备提供电力;光电复合缆负责各设备之间的电力输送和信号传输;接驳盒是水下的中枢部分,它不仅为信号、电力传输提供一个节点,同时也为观测设备模块提供接口;传感器是数据的主要获取途径。

4、20世纪末,各大海洋强国(以美国、加拿大、日本、欧洲各国为主)纷纷利用自己的技术优势,以及海洋探测先发优势,投入巨资研发并建立海底监测网,并以此作为科学研究试验、海洋资源开发、国土防御的平台。其中NEPTUNE-Canada、日本DONET、欧洲ESONET等海底监测网最具有代表性。

5、据新华网2017年7月报道,由同济大学牵头、与中科院声学研究所共建的国家“十二五”重大科技基础设施建设项目—“国家海底科学观测网”正式被批复建立,项目建设周期为5年,总投资逾21亿元。届时我国将在东海和南海分别建立主要基于光电复合通信海缆连接的海底科学观测网,实现东海和南海从海底向海面的全方位、综合性、实时的高分辨率立体观测;并在上海临港建设监测与数据中心,对整个海底科学观测系统进行监测与数据存储和管理。目前,我国已在东海、南海、台湾岛附近海域设立海底监测网相关项目。

6、发展海底监测网,是海上国防的必然需求、能为海底通信安全提供保障、是防范自然灾害有效手段、能监测海洋环境,维护航行安全、能维护海洋经济权益,同时也是理想的海底实验室平台,以及综合国力的体现。

7、我国海底监测网产业链相关公司及单位有:中天科技、通光集团、长城电子、金信诺、海兰信、长城信息、中船重工集团下属715所、726所、705所、中国电科23所、中科院沈阳自动化研究所、中科院声学研究所、东方电缆、亨通光电、同济大学、浙江大学、中国海洋大学、哈尔滨工程大学、西北工业大学等。

风险提示:行业发展不及预期;行业竞争加剧

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海底监测网历史

海底监测网是指铺设于海底的、以有线的方式连接成网的、对海洋水体和海底环境及资源进行实时、长期、持续的监测的网络系统,主要由岸上基站、光电复合缆、接驳盒、以及各种末端观测、传感设备组成。海底监测网与岸基监测平台、水面监测平台、遥感监测平台共同组成了复杂的现代海洋监测系统。

海底电缆打开海底通信大门

1850年,盎格鲁-法国电报公司(Anglo-French Telegraph Company)开始在英法之间铺设了世界第一条海底电缆。虽然这条由铜缆构成的“廉价”电缆只能以电信号发送由摩尔斯电码编码的电报电文,但这是人类首次实现水下远距离通信。1858年,首次架设横跨大西洋的海底电缆(Trans-Atlantic cable)尝试以失败告终。1866年,连接欧洲与北美洲的跨大西洋海底电缆在经历了4次失败尝试后铺设成功,并实现了欧美大陆之间跨大西洋的电报通讯。

由于当时海底电缆的功能仅限于电报通讯,海底电缆的建设未得到各国的重视。1876年,贝尔获得电话发明专利,从此人类进入了语音通信时代。自此,地面、海底通信电缆铺设需求暴增。截至1880年,英国已在本土与其世界各地殖民地、及主要国家和地区(如印度、美国、加拿大、澳大利亚、非洲、中国等)之间铺设了海底通信电缆,总长度达到156万公里。一份电报隔日便可由印度发至英国,且价格低廉。

然而,海底电缆的通信容量十分有限,无法进行实时、大量的数据传输,尚不具备建立海底监测网的客观条件。

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声呐为水下监测提供基本手段

一般用于空间探测与通信的电磁波在水中衰减现象严重,短波几乎无法在水中传播,长波在水中传播数十米后衰减非常明显,因此都无法用于水中探测。可见光在海水中的衰减也十分明显,在有水下光源的情况下一般也难以传输上百米。然而声波可以在水下传播上百公里,许多海洋生物如鲸鱼、海豚等都是通过声波进行水下交流。

声呐(Sound Navigation And Ranging,声波导航与测距)由英国海军的刘易斯·尼克森于1906年发明,设计之初用于水面舰艇探测冰川。当时的声呐只能被动听音,属于被动声呐,亦称作“水听器”。第一次世界大战德国多次展开“无限制潜艇战”,使同盟国商船、军舰损失惨重,仅商船就损失1300万吨。这也倒逼英国将声呐应用到战场上,用来侦测潜藏在水底的潜水艇。同时,同盟国各国也开始研制主动式声呐,并由英国人在1920年首次将其装备给皇家海军“HMS Antrim”号。

在随后的二战、冷战期间,水下声呐探测技术伴随着潜艇的静音技术不断发展,声呐探测以成为水下探测领域十分重要的技术之一,为海底监测网的形成提供了一种重要的监测手段。

冷战时期水下声呐网——海底监测网的雏形

冷战期间,美国海军在大西洋和太平洋水域布置了水声监听系统,用于监听苏联海军潜艇的动向。这是一种沿着海床、海底岩石和大陆架全面铺设的声学传感器阵列,传感器之间相互链接构成一个完整的体系。自此,海底监测网的雏形已经基本形成。

然而由于当时水声监听网络覆盖范围有限,监测能力不足,监测手段单一,无法满足美军反潜的需求,美国海军还装备了拖曳着大孔径线列阵声纳的水声监听舰来补充海底监听网络。“坚定”级水声监听舰首舰“USNS Stalwart”于1984年服役,满载排量2500吨,船后拖曳着一条长2600米的大孔径线列阵声纳,线列阵声纳潜水深度为150-460米。由于拖曳声纳技术尚处于起步阶段,操作体系和探测能力尚未成熟。

1983年,一艘前苏联的Victor-III型核潜艇K-324在西大西洋海域跟踪正在进行拖曳声呐训练的美军护卫舰USS McCloy,并在美军不知情的情况下将拖曳声纳搅入了潜艇螺旋桨,拖曳声纳完全损毁,潜艇也失去动力,被迫紧急上浮。

冷战后期,为了弥补水下声呐网的不足,美国还设计了装备先进声呐系统、造价30亿美元的“海狼”级攻击型核潜艇,用于搜捕苏联战略型核潜艇潜艇。由于苏联的解体,加之“海狼”级潜艇造价高昂,该级潜艇只建造了3艘。

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海底光电复合缆提供了海底信息传输途径

电缆传输的信息容量有限、信号衰减明显、且容易产生电磁干扰,不适于长距离的传输大量信息。1970年,美国康宁公司研制出了世界上第一根衰减小于20dB/km的石英玻璃光纤;同年,半导体激光器首次实现了室温下正常工作。自此,光纤通信的传输介质和光源得到了解决,光纤的研制以及光纤通信的相关研究进入了发展的快车道。

为了解决光缆终端供电问题,日本住友公司在1978年发明了光电复合缆。光电复合缆的输电线芯间设有光纤线芯,可以同时实现光信号和电力传输,且不会相互干扰。1985年,意大利比瑞利公司在地中海成功铺设了10kV海底光电复合缆,为海底监测网中海底大容量信息和电力传输提供了有效途径。

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水下探测技术发展迅速,呈现出多元化趋势

自有记录以来,人类的水下探测始于对水深的测量,探测手段最初是用竹竿来测量, 后来发展为用一端拴有重锤的绳索,随后演变为压力测深器,再到如今的声呐测量,探测的方式变的更加便捷、更加广泛、更加精准。

随着技术的发展,广角多波束回声探测、深水摄像机、深水潜器、水质取样等多元化水下探测技术的出现,使得海底监测网的功能愈发多样,促使了海底网络功能的复合化,从而导致以监测潜艇和船只为目的的军用海底监测网、以观测海上石油与天然气井口装置为目的的商用海底观测网、以测量海洋磁力为目的的研究用海底探测网等不同类型海底网络系统相互整合,之间的界限越发模糊,在此我们将其统称为海底监测网。

海底监测网组成部分、工作原理和作用

现代海洋监测系统主要由遥感监测、岸基监测、水面监测和水下监测4种监测方式组成。海底监测网虽然发展起步较晚、技术难度较高,但由于其能够连续地、长时间地、实时地监测海底及水下环境,现在已成为水下监测系统中的一种重要方式。

2.1 海底监测网组成部分、工作原理

海底监测网主要由岸上基站(Shore Station)、光电复合缆(Cable)、接驳盒(包括主接驳盒Node Pod和次接驳盒Junction Box)、以及各种末端观测、传感设备(Instrument)组成。岸基站是整个海底观测网的控制单元,负责信息汇总和处理,并为海底观测设备提供电力;光电复合缆负责各设备之间的电力输送和信号传输;接驳盒是水下的中枢部分,它不仅为信号、电力传输提供一个节点,同时也为观测设备模块提供接口;传感器是数据的主要获取途径。

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2.1.1、岸基站

一般情况下每个海底监测网都有独立的岸基站。岸基站负责海底监测网中所有设备运行、光学信号多路复用、时间同步、各类末端监测设备原始数据汇总、数据处理等工作,并将处理后的数据发往相关高校实验室、企业、研究所进行进一步分析。涉及周围海域监控的数据,还会上传军方。

由于采用交流电供电时,需要考虑线路阻抗、电压变换、电压稳定、过流、过压、干扰磁场和浪涌等因素,所以为简化电压变换、减小体积,海底光缆远程供电系统一般采用直流恒流供电方式。同时考虑到海底光缆传输系统中继的间隔较大,一般在几百公里到数千公里,在传输线路上会产生较大压降,故一般采用高压、小电流供电。因此,岸基站还装备有变电设备,将电网中的交流电按照需求转变为1.2kV~10kV的直流电,通过光电复合缆向监测网中各设备供电。

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中国科学院近海海洋观测研究网络(OMORN),包括黄海、东海、西沙、南沙等9个院级野外台站和1个数据中心,分别依托于中科院海洋研究所、南海海洋研究所和海岸带研究所。网络中拥有多个岸基站负责研究、试验和数据处理工作。

同济大学、浙江大学、中国海洋大学也牵头或参与了我国多个海底监测网的数据分析。

2.1.2、光电复合缆

海底光电复合缆是在海底电力电缆的基础上整合了光纤单元,从而满足电力和通信同时传输的要求。海底光电复合缆为海底监测网提供了实时传递大量数据的方式,同时解决了终端供电问题,是当代多功能、大面积海底监测网的基础。

典型的海底光电复合缆主要由保护套、抗拉钢丝、供电导体、光纤组成。保护套可以抵御海水腐蚀和潮气入侵;钢丝主要用于提高光电复合缆的机械抗拉性能,防止线缆断裂;供电导体多为铜管,它与海水形成供电回路向末端设备输送电能;光纤用于信息传输。

光电复合缆在构建海底监测网时可以选择串联或并联方式,串联供电适用于分支较少的线路,并联供电方式可以较容易地解决对分支的供电问题,而且供电效率更高,在有较多分支的海底光缆网络中有较大的应用价值。

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我国有超过1.8万公里的海岸线,300万平方公里的管辖海域,大小岛屿6000多个,海洋资源极其丰富。在我国广阔的领海中,在建和拟建石油平台多达数百座,同时风力发电机组建设、岛屿建设等对电力和通讯的需求也不断增强。海底光电复合缆除了可以用于海底监测网的建设,还可以用在海上石油钻井平台、海上风电机组、海岛设施等同时需要电力和信息传输的海上平台,用途广泛。由于海底光电复合缆核心技术和生产工艺较为复杂,我国的海底光电复合缆市场长期被国外企业垄断,直到21世纪初期,陆续有国内企业攻克技术难关,进军海底光电复合缆市场:

江苏中天科技股份有限公司(中天科技600522.SH)旗下控股子公司中天科技海缆有限公司主营产品为海底光缆、海底光电复合缆、海洋脐带缆产品及其配套附件。公司于2009年成功研制出高电压级海底光电复合缆,并通过中国电力企业联合会专家鉴定。目前中天科技海底光电复合缆产品已在中海油及国防通信等领域广泛使用,同时还间接出口到越南、印尼、中东等国家和地区。公司在南通的海缆生产基地拥有国际先进的生产和检测设备,并拥有5000吨级海缆专用码头,形成年5000公里海底光(电)缆的产、储、运的能力。经过多年的发展建设及市场积累,在海底光电复合缆领域公司已经成为国内领军企业。

宁波东方电缆股份有限公司(东方电缆603606.SH)主导产品为海缆、电力电缆和电气装备用电线电缆,其中以海底电缆、海底光电复合缆、高压电力电缆为公司业务发展重点。于2009年自主研发出国内首根220kV光电复合海底电缆,打破了国外企业在此领域的垄断。

通光集团下属成员企业通光海洋光电科技股份有限公司是专业从事各种海底光缆电缆的研制、生产和施工维护的公司。公司投资15亿元打造的集科研、办公、生产为一体的海底光电缆产业基地已于2014年建成,项目占地288亩,其中包括8万平方米的厂房及2万吨级的专用码头,全部投产后预计实现年销售20亿元以上。

2.1.3、接驳盒

接驳盒是海底监测网的关键设备之一,是观测网干线与水下传感器系统的能源及数据信息通道的重要关口。接驳盒在海底监测网中的作用主要有以下三点:1)由于不同末端观测设备所需的电能情况不同,无法用干线光电复合缆直接供电,需要接驳盒对相关末端设备的电能进行统一的分配;2)接驳盒可以对来自不同末端设备的数据信息进行集中处理和调度;3)接驳盒为末端设备的扩展提供了接口,使海底监测网的水下拼接成为可能,同时有助于实现监测网的模块化设计,从而降低成本。

海底接驳盒主要包括三大功能模块组成,一是电能转换、分配模块,二是信号处理、存贮和通信模块,三是观测设备插座模块,它们一般是装入接驳盒的密封耐压腔里。接驳盒的构成主要包括高压转中压电源腔、中压转低压电源腔、控制腔以及光电分离腔。

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以OceanWorks International公司为NEPTUNE海底监测网提供的接驳盒为例,其主接驳盒可以提供8个接口,盒体安装在预先放置好的海底基座上;次接驳盒为钛合金圆筒状密封器件,一端与主接驳盒接口相连,另一端有10个接口,最多可以连接10个末端设备,并向其提供12V-48V的直流电。

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主接驳盒属于海底监测网的核心器件,功能复杂,使用寿命为20年,且寿命期间一直处于上千米的海底,需要承受高压和海水侵蚀,因此相关核心技术繁多:

防水密封技术:防水密封是接驳盒运用在海底的首要条件,因此接驳盒的壳体需要是耐压密封的,钛合金因其强度高、耐腐蚀,是壳体的理想材料。

水下热插拔接口技术:接驳盒一旦投放在海里,其维修以及相关设备的接入和移除就需要在深海进行,因此需要水下热插拔技术。水下热插拔技术是指末端设备能够在不影响接驳盒正常工作的情况下在海底与接驳盒连接,同时能防止海水的浸入。

电能转换分配技术:海底光电复合缆中的直流电电压高,不能直接用于末端设备,需要接驳盒将电能进行降压和分配。

通信技术:末端观测设备将测到的数据实时发送到接驳盒中,通过接驳盒中转,将各种数据进行处理再上传到岸基站。同时岸基站还可以通过接驳盒给末端设备下达指令。这些信息交互的实现需要相关通信协议和时间同步等技术作为保障。

密封舱体中电子芯片散热技术:接驳盒的功能繁多,内部电子器件布置紧密,且舱体密封,不利于散热。因此,需要相关密封舱体散热技术,以保证仪器正常工作。

小型化设计技术:小型化不仅能节省耗材、便于运输,同时可以降低能耗。

海底接驳盒设计制造难度高,国内相关参与方较少:

江苏中天科技股份有限公司(中天科技600522.SH)、中天科技海缆有限公司与浙江大学于2015年12月合资设立中天海洋系统有限公司,注册资本1亿元人民币。中天海洋系统有限公司主要从事海底接驳盒、水下观测节点、海缆接头盒、水密连接器及组件、海洋传感器等水下设备的研制、生产和销售。公司研制的生产干(湿)插拔、光(电)水密连接器及组件是海底接驳盒的重要部件。公司在海底接驳盒领域实力强劲。

·根据研究所官网介绍,中国科学院沈阳自动化研究所成立于1958年11月,现拥有关于主、次接驳盒的十余项专利。研究所负责了我国三亚海底观测示范系统水下(主、次)接驳盒首次全面检修和维护工作,因此关于接驳盒的相关技术多为接驳盒的结构、接口设计,使其能够满足海底长期观测及升级维护需求、便于布放及维护。

2.1.4、末端探测设备

随着技术的发展,水下探测技术不仅在军事领域被广泛使用,其在海洋经济、海洋科学研究领域也受到了广泛的关注。对测量精度更高要求使得末端探测设备呈现出专业化的趋势,对海底监测网的更广泛的应用使得末端设备呈现出多元化的趋势。

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末端探测设备种类众多,各类设备专业化程度高,因此参与方专业化程度也较高,其中比较有代表性的有:

·哈尔滨工程大学在“远程、矢量、全双工水声通信技术”和条带测深仪技术方面实力强劲。

·中国科学院声学研究所是从事声学和信息处理技术研究的综合性研究所,在水声通信领域承担了许多军方项目。

·中船重工集团下属715所、726所等科研院所是超声设备、水声传感器领域的国家队。

·中船重工集团北京长城电子装备有限责任公司是水声通信设备的研制企业,现拟注入集团旗下上市公司中电广通。

·长城信息是中国电子集团下属上市公司,现已并入长城电脑(000066.SZ)。长城信息旗下的湘计海盾有能力研发水下光纤探测、水听器系统、水下远程定位等系列产品。

·中国电科23所研制的海洋地震海啸监测用光纤传感器可以对海底地震海啸等情况进行实时监测,据《军民两用技术与产品》2014(12)报道,现已在我国东海海域海底监测网通入使用。

·西北工业大学拥有国家级的水下信息与控制重点实验室,以及省部级的海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室。

·金信诺(300252.SZ)。据公司公告,公司在2017年7月投资者说明会上透露,公司现在研发的水下防御系统中声纳探测子系统与指挥控制子系统,该子系统为海洋防御系统的核心子系统,已在预研中分别进行了数值仿真分析及实验室半实物仿真,重要部件研制了样机并通过实验室、湖试和海试验证。

·海兰信(300065.SZ)参股边界电子公司,从而将业务延伸至水道与海洋测量软件、单/多波束声纳、海洋磁力仪等领域。

2.1.5、ROV

Remote Operated Vehicle(ROV)在海底监测网中即指远程遥控水下机器人。虽然ROV并非海底监测网本身的组成部分,但是由于其可以十分便捷的进行水下维修及设备更换(使用载人潜器或潜水员的成本和风险都较高),ROV已经成为了现代海底监测网建设和维护过程中不和或缺的设备之一。

岸上人员可借助ROV在海底接驳盒上直接对观测设备插座模块进行热插拔(即在不断电、不影响其他设备运行的情况下,移除或接入目标设备),以完成对故障设备的更换或将新设备接入接驳盒。ROV还可以对海底光电复合缆等设备进行巡查,以便及时发现并修复系统故障。

·中国科学院沈阳自动化研究所成立于1958年11月,是中国机器人事业的摇篮,在中国机器人事业发展历史上创造了二十多个第一,引领着中国机器人技术的研究发展。根据研究所官网介绍,研究所下设有水下机器人研究室,专门从事水下机器人相关研究,拥有专利474项,各类论文600余篇,技术实力强劲。研究所于2014年完成了我国三亚海底观测示范系统水下(主、次)接驳盒首次全面检修和维护工作。

·中船重工集团705所专业从事水下航行体研究,其研制的远程控制水下机器人功能强大,可用于海洋资源勘探、管线铺设、设备安装维护、水下考古、海洋搜救等。

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2.2 现代海洋监测系统

现代海洋监测系统主要由4种监测方式组成,除了上述的海底监测外,还有遥感监测、岸基监测和水面监测。每种监测方式各有利弊,因此4种监测方式通常同时存在,互为补助。

航空航天遥感监测

遥感监测是指利用航空或航天遥感的手段对海水温度、海底深度、泥沙含量、海水污染、洋流等海洋参数进行监测,目前常用的监测器具有微波辐射计、微波高度计、微波散射计、合成孔径雷达、可见红外辐射计、高分辩率多光谱扫描仪等。

早在1950年,美国就利用航空遥感完成了大规模的湾流考察以及近海水深探测。70年代开始,NASA陆续发射了Seasat-A、TIROS-N、Nimbus-7等多颗卫星,实现了对海洋可见光、红外、微波等信息的收集,充分展现了卫星对海洋的监测能力。2002年5月,我国首颗海洋卫星“HY-1A”的成功发射,标志着中国海洋卫星遥感与应用迈入一个崭新的阶段。

按照《陆海观测卫星业务发展规划》,2020年前,我国将发射8颗海洋系列卫星,包括4颗海洋水色卫星、2颗海洋动力环境卫星和2颗海陆雷达卫星,以形成对我国全部管辖海域乃至全球海洋水色环境和动力环境遥感监测的能力,同时加强对我国黄岩岛、钓鱼岛以及西沙、中沙和南沙群岛全部岛屿附近海域的监测。

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岸基监测

岸基监测可以对近海的海面气象和海洋水文进行观测,也可以用于岛礁附近或大陆近海海域的来往舰艇实施监控。

岸基监测的所有设备都以陆地为依托,与海上平台或空天平台相比成本和技术难度都较低,且可装备仪器类型丰富(可用于测量水温、pH值、溶氧量、无机物含量、流速、潮位、鱼群数量等)。但其缺点也十分明显,由于受地理条件限制,岸基监测的范围仅限于大陆沿岸及岛礁沿岸海域。然而考虑到大陆沿岸及岛礁沿岸水域多为领海以及经济专属区,对于一国海洋经济发展和国土安全意义重大,岸基监测目前仍然是海洋监测手段中不可或缺的一环。

水面监测

水面监测平台主要有海洋调查船以及海洋浮标

1872年,由英国战舰改造而成的第一艘海洋调查船“挑战者”号开始了为期三年零五个月的海洋调查。“挑战者”号在测量海洋深层水温、海底地形、环流、海水透明度、海水盐度等数据的同时,还采集了大量海洋动植物标本和海水、海底底质样品。此次海洋调查被誉为近代海洋科学的“奠基性调查”。

进入20世纪后,新型的海洋探测手段不断涌现(如电子回声测深仪等),海洋调查船的结构和功能变得更加复杂,调查方法更科学,观测精度更高。20世纪50年代之后,随着海洋学科各分支的不断发展,综合性海洋调查船已无法满足专业需要,各类海洋专业调查船和特种调查船陆续诞生。极地科学考察船就是70年代伴随着南北极的环境资源价值发现、极地权益争端加剧而出现的特种海洋调查船。

随着2016年“向阳红03”号调查船的交付使用,我国已组建成一只拥有45艘舰艇的海洋调查船队伍,具备了浅海、深水和极地的综合性科研考察能力,同时为我国海军打造全球化作战能力提供了宝贵的科学信息数据。

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海洋浮标是用于承载各类探测海洋和大气传感器的海上平台。浮标主要有2种类型:锚定浮标,以锚泊方式固定于特定的海洋测站上进行记录;漂流浮标,随风和海流漂移在海上,并由卫星对其定位和收集资料数据的观测。海洋浮标造价低廉,可进行大量部署以构成观测阵列;且浮标可以在相对恶劣的海洋环境中长期、自动、连续的监测海洋、大气数据,并通过卫星将数据实时同步。海洋浮标可以为海洋工程、海洋运输、海洋资源开发、海洋气象预报、海洋灾害预警、以及各类海洋研究等提供数据支持。

二战期间,德国已开始利用海洋浮标测量周边海域的海洋大气数据。60年代开始,美国在西北太平洋和墨西哥湾布设了大量海洋浮标、潜标系统。随后日本也开始建设浮标系统。90年代末期,以美国、澳大利亚牵头的“ARGO全球海洋观测网”(Array of Real-time Geostrophic Oceanography)计划正式成立,旨在快速、准确、大范围地收集全球海洋上层的海水温、盐度剖面资料,以提高气候预报的精度,有效防御全球日益严重的气候灾害给人类造成的威胁。ARGO计划成立不久后,英、法、德、日等国纷纷加入,我国也于2001年10月正式加入。截至2017年1月,ARGO计划已在全球海域部署了3739个浮标,其中我国部署374个。

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国外海底监测网

20世纪末,各大海洋强国(以美国、加拿大、日本、欧洲各国为主)纷纷利用自己的技术优势,以及海洋探测先发优势,投入巨资研发并建立海底监测网,并以此作为科学研究试验、海洋资源开发、国土防御的平台。

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3.1 NEPTUNE-Canada

“NEPTUNE”全名为“Northeast Pacific Time-series Undersea Network Experiments”,(东北太平洋时间序列海底试验网络)。NEPTUNE原分为美国和加拿大地区2个部分,现在加拿大部分(NEPTUNE-Canada)已经完成。NEPTUNE-Canada于2007年铺设缆线,2008年安装设备,2009年投入使用,目前是世界上最大的海底监测网。

NEPTUNE-Canada海底监测网位于北美太平洋岸外的胡安·德·夫卡板块最北部,共有6个观测节点(每个观测节点围绕着一个主接驳盒展开),其中5个目前处于正常工作状态:Folger Passage节点最浅,水深23-100m,位于大陆架,主要用于观测各类海洋活动对鱼类等海洋生物的影响;Barkiey Canyon节点水深400-985m,目的是研究大陆架和大陆坡系统的营养状况和海底峡谷沉积物搬运,同时还对天然气水合物的活动情况进行监测;Endeavour节点水深2200-2400m,位于海洋中脊,是观测海底火山、地震和新洋壳形成的绝佳场所;Clayoquot Slope节点位于大陆坡中部,水深1250m,主要观测地震和地质滑坡对天然气水合物分布的影响;Cascadia Basin节点位于胡安·德·夫卡板块中部,水深2660m,用来观测海底地壳的温度和压力变化,以及对地震、热液对流和板块拉张的响应。

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上述5个节点共装有130个末端设备每天传回超过50GB实时数据,且数据类型十分丰富。第6个节点Middle Valley水深2400m,为预留节点,未来可以根据需要接入末端设备。所有6个节点以及岸基站都与环形海底光电缆相联,共同组成了NEPTUNE-Canada海底监测网。

2012年,NEPTUNE的水压传感器和地震传感器成功监测到了发生在139公里外海地的地震。在此之前,由日本地震和智利地震引起的水压变化也成功的被NEPTUNE系统安装的传感器捕捉到。

3.2 日本DONET

日本位于环太平洋地震带附近,是世界上最容易遭受地震的国家之一,且日本人口密集区域大多临海,极易遭受地震所引发的海啸袭击,因此日本对于地震学研究十分重视。早在2003年,日本便提出了在日本群岛东部的日本海沟上建立ARENA海底监测网,用于地震学、地球动力学、海洋环流等方面的研究。

DONET计划是继ARENA计划之后日本在伊豆半岛(位于东京、大阪之间)东南海附近地震区铺设的海底监测网,一期工程于2006年开始,2011年完工,二期工程于2013年开始铺设。DONET由20个观测点密集布设,各观测点都设置有宽频带地震仪、强震仪、高精度水压仪、压差仪、水中地震检波器、温度计等传感器群,可实时监测附近海域的地震情况。这也使得DONET成为世界上唯一广泛密布多种传感器群的海底监测网系统。

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3.3 欧洲ESONET

欧洲海洋观测网络European Seas Observatory NETwork(ESONET)计划由英、德、法于2004年制定,为了对地球物理学、化学、生物化学、海洋学、生物学和渔业等提供长期战略性监测。目前共有14个欧洲国家参与其中,共在11个观测点部署50多个传感设备,部署海域包括位于北冰洋、大西洋、地中海、黑海,覆盖海域十分广泛。

ESONET可以针对从北冰洋到黑海不同海域的科学问题进行研究,诸如评估挪威海海冰的变化对深水循环的影响、监视北大西洋地区的生物多样性、监测地中海的地震活动等。与NEPTUNE不同,ESONET不是一个独立完整的海底观测网络,而是由不同地区间的海底网络系统组成的联合体。该项目计划在将来具备监视整个欧洲周边海域的强大能力。

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国内海底监测网

由于历史原因,我国的海洋科技的发展落后于西方发达国家。但海底监测网这一新兴技术的出现为我国的海洋科技提供了跨越式发展的机会。我国海底监测网相关研究起步于“863计划”,特别是自1996年增加了海洋技术领域(其中含有海洋探测与监视技术主题)后,有了较快的发展。

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4.1 东海海底监测网

2009年,由同济大学、上海市科委等单位牵头建设的东海海底观测小衢山试验站正式投入运营。该试验站由海洋登陆平台及传输控制模块、1.1km海底光电复合缆、岸基站及接驳盒组成,接驳盒外接了声学多普勒流速剖面仪、温盐深仪、压力传感器等多种观测仪器。虽然小衢山试验站附近海域平均水深仅15米,但其作为我国海底监测网的初次尝试,为我国积累了水下接驳、水下潜器电能补给、水下数据采集与集成等关键技术。

2010年2月,小衢山试验站刚投入运营不到一年,便成功监测到了由远在太平洋彼岸智利发生的里氏8.8级地震所引发的Primary Wave(P波或初波),先于海啸来袭4个小时。虽然由于震源位于大洋彼岸,海啸传到我国东海海域时高度仅为0.48米,未对海上活动造成实质性影响,但此次成功的地震监测证明了小衢山试验站海底监测网系统在地震海啸预警方面的能力。

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2012年3月,“863”计划正式启动了东海浅海海底观测网试验系统集成课题,目标是建立一条50公里东海浅海海底观测网,并研发一套适合浅海的海洋环境多参数原位监测节点系统,完善软硬件设施,并建立浅海海底观测网的各种规范。

4.2 南海海底监测网

据中国科学院官网2013年5月13日报道,中科院南海海洋所海底观测示范系统由南海海洋所牵头,联合沈阳自动化所和声学研究所共同完成建立设,布设地址为海南三亚海域,由岸基站、2 km长光电复合缆、1个主接驳盒和1个次接驳盒、3个观测节点等构成,并具有扩展能力,于2013年建成。此系统接驳盒布放深水20m,岸基站提供10kV高压直流电,相关高压直流输配电技术、水下可插拔连接器应用技术应用成熟,设备运营稳定,积累了大量南海相关海域数据,并为将来我国更大规模的海底观测网研制工作奠定了坚实的技术基础。

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4.3 台湾海底监测网

台湾地震测报中心于2007年开始计划建设“台湾东部海域电缆式海底地震仪及海洋物理观测系统”(Marine Cable Hosted Observatory,简称MACHO)。MACHO第一阶段的光电复合缆长度约250 km,配有4个接驳盒,1个科学观测节点,并连接地震仪、海啸压力计、温盐仪与水听器等仪器设备;第二阶段将末端缆线接回岸基站,形成总长450km的环状海底监测网系统。

4.4 “国家海底科学观测网”正式被批复建立

据新华网2017年7月报道,由同济大学牵头、与中科院声学研究所共建的国家“十二五”重大科技基础设施建设项目—“国家海底科学观测网”,日前正式被批复建立。

国家海底长期科学观测网项目,既是海洋学科领衔推动的国家海底长期科学观测系统大科学工程项目,又是国家重大科技基础设施建设项目,项目建设周期为5年,总投资逾21亿元。届时我国将在东海和南海分别建立主要基于光电复合通信海缆连接的海底科学观测网,实现东海和南海从海底向海面的全方位、综合性、实时的高分辨率立体观测;并在上海临港建设监测与数据中心,对整个海底科学观测系统进行监测与数据存储和管理。

海底监测网对我国重要意义

5.1 海上国防的必然需求

海底监测网是海上国防的必然需求。我国拥有18000公里长的海岸线,海上领国多达8个,且多数与我国存在领土/领海纠纷。在钓鱼岛、南海诸岛争端不断的同时,随着特朗普上台,中美军事冲突预期上升,美国常驻西太平洋的第七舰队宣称“装备人员齐全,随时应战”,第三舰队进入西太平洋海域,宣称“随时应对”南海等突发事件。保卫我国海上领土权益刻不容缓。

据新浪军事报道,美日在我国东海海域附近沿第一岛链设置了一套海底声学监听网络系统,专门收集、跟踪、监视我海军过往舰船,对我国我军舰船,尤其对核潜艇的自由出入造成严重威胁。

为了避免海洋水下“门户洞开”,水下战场出现“单向透明”状态,建设水下监测系统是我国海上国防的必然需求。海底监测网具有长期、实时、不间断、大范围监测等特点,能在水下监测中发挥巨大作用,从而帮助我军全面掌握敌方潜艇/舰艇信息,为我国领海权益不受侵犯提供有力的保障。

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5.2 为海底通信安全提供保障

海底监测网能为我国海域内水下通信手段提供安全保障。20世纪80年代末之前,全球90%的远程通信依靠卫星和微波电台。美国依靠其间谍卫星群和遍布世纪各地的地面监听站对全球通信实施监听。随后海底光缆问世并普及,由于其拥有成本低、通信量大、安全性高等特点,很快海底光缆成了国际通信的主要载体,承载了95%-99%的国际数据通信流量。窃听海底光缆需要解决光缆定位、光纤剥离、避免通信中断等技术难题。对此,美国研制了一套窃听光纤的方法,并将第3艘“海狼”级攻击型核潜艇“吉米·卡特”号(SSN-23)打造为可窃听海底光缆的多任务平台。

“卡特”号最大下潜深度600米(东海平均水深349米),可搭载无人或有人潜器、水下机器人,可对海底光缆进行定位、挖掘、适当切割,并通过对光纤的适当弯曲,使少量光信号漏出,并将其转化为电信号后进行解析。

海底监测网能够探测并有效制止敌对水下潜器的入侵,从而大大提高水下各种通信手段的安全性。虽然发生在大洋深处的海底光缆窃听防不胜防,但海底监测网能够在我国领海区域有效地监测敌对水下活动,从而保障我国海域内海底通信安全。

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5.3 防范自然灾害有效手段

海底监测网是海洋防灾减灾的重要手段之一。海底地震、火山等活动不仅会直接对水下设施、沿岸城市造成危害,其引发的海啸甚至会波及大洋彼岸。2006年12月26日20点25分,我国台湾省南部海域发生7.2级海底地震,造成该海域13条国际海底光缆受损,连接欧洲、南亚地区的数据专线大量中断;雅虎、MSN等国际网站无法访问,1亿多中国网民一个多月无法正常上网。最终5艘海缆维修船经过一个月努力,才将断裂的海缆修复。

海洋防灾减灾及社会经济发展的迫切需求。海洋观测是海洋灾害预测预警的基础支撑,其中海底监测网是海洋防灾减灾的重要手段之一。海底监测网可对海底地震进行评级、定位,从而提高海洋设施修复效率;同时还能对海啸、台风等灾害进行实时监测并预警,从而有效减少沿海社会经济损失。从我国的地理区位和地缘特点来看,海底地震、海啸、风暴潮等海洋灾害发生的概率大、频率高,通过建设海海底监测网,可实现对海洋环境的长期、实时观测,有效提高海洋灾害监测与预警能力,为沿海社会经济发展提供保障。

5.4 监测海洋环境,维护航行安全

海底监测网能够对大片区域内的海洋环境进行长期、实时监测,而这些海洋环境数据能直接影响在区域内航行的各类军用和民用舰船、飞机等装备的正常工作和航行安全。海洋的风场、温度、盐度、深度、海流、跃层、磁场、障碍、背景噪声等环境因素都会影响航行安全。例如大风、巨浪对水面船舶会造成严重危害;当潜艇遇到海水密度跃层形成的“海底断崖”时,会突然下沉,严重危害潜艇安全;当潜艇遇到海洋环流时容易产生振动,从而变得难以操控;水声传播会受到海底深度、海底地形等因素影响,在我国中沙水深4千米以上的海域存在稳定的深水通道,爆炸信号可以传输到600千米外,而在南沙拥有复杂海底的区域,爆炸声源仅能传播2千米。

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5.5 维护海洋经济权益

海底监测网是维护我国海洋经济权益的有效保障。我国是一个海洋大国,拥有300万平方公里的海域和18000公里长的海岸线,浅海大陆架为120万平方公里,岛屿6000多个拥有众多鱼类资源、矿产资源、石油天然气资源。

我国东部海域浅海大陆架蕴藏着丰富的海底油田和天然气,南海更是蕴含着大量的煤、石油、天然气等常规化石燃料,以及大量的可燃冰。鱼类资源方面,我国拥有丰富的鱼类资源,渔场众多,其中包含了黄渤海渔场、舟山渔场、南部沿海渔场和北部湾渔场这4大渔场。

近年来,我国与周边国家(韩国、东南亚部分国家等)渔业冲突频发。据环球网报道, 2016年9月29日,韩国海警在执法时向中国渔船发射爆震弹,随后渔船起火,造成3人死亡;11月,韩国海警两次用M60机关枪射击中国渔船,韩国政府更是同意使用20毫米和40毫米舰炮,炮轰“争议海域”的中国渔船。据环球网报道,韩国将建造搭载40毫米舰炮与20毫米火神炮的1500吨级新型海警船。海底监测网能够在对鱼类资源进行监测,对水面的渔船、海警船形成监督,从而促进鱼类资源的合理开发,同时保卫我国渔民的生命财产安全。

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5.6 理想的海底实验室平台

海底监测系统是理想的海底实验室平台。海底监测网的重要特征在于其能够长期连续并实时地进行观察。长期现场观测是当代地球科学研究的要求,因为只有通过过程观测才能揭示机理。而其他类型的海洋观测平台都有受能量供应和测量数据传送困难的制约,从而无法实现长期持续性观测。如锚定浮标需要定期派船更换电池,后期维护成本高;数据的传输虽然可以通过卫星实现实时、持续性上传,但成本相对较高,且数据传输质量易受环境等因素干扰,具有不稳定性。另一方面,海上作业的更大制约是安全,而往往海况越不安全时的观测数据越有价值,比如台风和海啸发生时。海底监测网能完全规避人员安全风险,同时将设备安全风险降到最低。

海底监测网作为海底实验平台的另一大优势是能够进行原位分析。对海水或者水中样本进行取样分析是海洋生物学、海洋化学和海洋地质研究中最常见、最基础的分析手段。而传统的做法是将样本带回室实验室进行分析,这样可能会造成样本污染,并且样本的化学性质(pH值等)可能随时间的推移发生变化,对于生物样本可能引起死亡。而海底监测网能够对样本进行原位分析,及不将把样品采回实验室,而是用各类末端传感器对样本(海水、海洋生物、海底岩石矿物等)直接进行分析。

5.7 海底监测网是综合国力的体现

海底监测网是综合国力的展现。海洋的竞争在很大程度上是科技与国力的角逐。继地面与海面观测、航天航空遥感之后,海洋观测将成为未来海洋探测和研究的重要方式,倍受各国海洋科技界的高度重视。马航飞机失联事件发生后,多国海上搜救力量集结比拼,是对海洋探测能力的比拼,也是各国实力的综合体现。目前,世界各海洋强国美国、加拿大、日本、欧州各国都已建成海底观测网,以进一步提升海洋探测能力。

海底监测网产业链相关公司及单位

1、中天科技

江苏中天科技股份有限公司(中天科技600522.SH)是国内光电缆品种最齐全的专业企业,率先在国内建成海底光缆完整生产线,拥有海底光缆制造的核心技术。公司浅海光缆、深海光缆国内市场占有率超过 70%;海底电缆、海底光电复合缆国内市场占有率超过 50%,公司是海底观测网线缆和接驳盒龙头企业

2016年公司营收211.08亿元,同比增长27.75%;归母净利15.88亿元,同比增长60.78%;每股收益0.608元,同比增长53.92%,业绩总体保持高速增长。2016年公司营收主要来自于商品贸易、光通信及网络和电力传输三种产品,分别占总营收的33.44%、26.66%和26.55%。

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中天科技主营业务有光通信、电力、新能源和海缆业务,其中公司控股子公司中天科技海缆有限公司主营产品为海底光缆、海底光电复合缆、海洋脐带缆产品及其配套附件。中天科技海缆有限公司于2009年成功研制出高电压级海底光电复合缆,并通过中国电力企业联合会专家鉴定。目前中天科技海底光电复合缆产品已在中海油及国防通信等领域广泛使用,同时还间接出口到越南、印尼、中东等国家和地区。公司在海底光电复合缆领域公司已经成为国内领军企业

2015年12月公司与中天科技海缆有限公司、浙江大学于合资设立中天海洋系统有限公司,注册资本1亿元人民币。中天海洋系统有限公司主要从事海底接驳盒、水下观测节点、海缆接头盒、水密连接器及组件、海洋传感器等水下设备的研制、生产和销售。公司研制的生产干(湿)插拔、光(电)水密连接器及组件是海底接驳盒的重要部件。海底接驳盒设计制造难度高,国内相关参与方较少,公司在海底接驳盒领域实力强劲。

2、东方电缆

宁波东方电缆股份有限公司(东方电缆603606.SH)是国内海底电缆龙头企业,承担了行业内唯一的国家科技支撑计划项目和三个国家863计划项目,并牵头起草了海底电缆国家标准,是国内唯一一家掌握海洋脐带缆 的设计、分析并能进行自主生产的企业。公司于2009年自主研发出国内首根220kV光电复合海底电缆,打破了国外企业在此领域的垄断,研发的交流500kV交联聚乙烯绝缘海底电缆为世界首创。

公司主营业务为各种电线电缆的研发、生产、销售及其服务,主导产品为海缆、电力电缆和电气装备用电线电缆,其中以海底电缆、海底光电复合缆、高压电力电缆为公司业务发展重点。

2016年公司实现营收17.42亿元,同比降低4.39%,主要受重要原材料铜材均价同比下降影响,导致整体营 业收入规模下降。2016年公司传统的电力电缆销售收入为13.02亿元,同比下降19.02%;而高附加值的海缆类收入则大幅增长,其中海底电缆销售收入1.5亿元,同比增长27.02%;其他收入(主要是海缆敷设工程服务收入)5961.98万元。2016年公司实现归母净利润5185.34万元,同比增长2.92%。

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3、通光集团

通光集团有限公司前身是1991年成立的一家生产铝箔复合材料和普通陆上光缆的工厂,1995年组建为集团公司,现已发展成为集通信、电力、智能装备为一体的多元化、全方位的现代化大型企业集团。公司是全球线缆品种最全的企业之一并研发了中国第一根节能导线,航空航天用耐高温电缆和高频用通信电缆产品在军工领域也得到广泛应用。

通光集团下属成员企业通光海洋光电科技股份有限公司是专业从事各种海底光缆电缆的研制、生产和施工维护的公司。公司投资15亿元打造的集科研、办公、生产为一体的海底光电缆产业基地已于2014年建成,项目占地288亩,其中包括8万平方米的厂房及2万吨级的专用码头,全部投产后预计实现年销售20亿元以上。通光海洋光电公司虽然并非由通光集团直接持股,但其与通光集团的实际控制人皆为张强。

公司控股子公司江苏通光电子线缆股份有限公司(通光线缆300265.SZ)是国内特种线缆行业的龙头企业,2011年9月在深交所挂牌上市。公司主营产品包括装备线缆、光纤光缆、输电线缆三类,在超、特高压输电线缆、航空航天用耐高温电缆、通信用高频电缆领域技术优势明显。通光线缆曾先后于2016年3月和2017年4月停牌并拟发行股份购买集团旗下江苏通光海洋光电科技有限公司100%股权,虽然2次收购由于证券市场环境、政策等客观情况发生了较大变化,导致收购未能成功,后续公司仍有继续收购的可能性。

2016年通光线缆实现营收14.53亿元,同比增长23.04%;实现归母净利1.26亿元,同比增长22.90%。三大主营产品光纤光缆、输电线缆、装备线缆分别占总营收的52.37%、33.65%、8.91%。

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4、长城电子

北京长城电子装备有限责任公司是水声通信设备的研制企业,隶属于中国船舶重工集团公司,产品包括军民用水声信息传输装备、军用水下武器系统专项设备及民用压载水电源三类。公司拥有北方喜利得100%股权和赛思科70.06%股权。公司是国内少数拥有从算法到实际产品装备的核心水声信息传输装备相关企业,是我国海军军用声呐装备的核心供应商。

2012年我国自主研制的载人深潜器“蛟龙”号下潜深度突破了7000米,刷新了我国载人深潜记录。据《科技日报》报道,“蛟龙”号的声学团队经过多次的海试,最终选择了以中科院声学所的水声通信机为主要通信设备,以北京长城电子装备有限责任公司的水声电话作为应急通信设备的双系统方案。

2017年7月7日中船重工集团旗下上市公司中电广通(600764.SH)收购长城电子100%股权事项获证监会审核通过,并将主营业务将从集成电路(IC)卡、模块封装业务和计算机集成与分销业务转变为水声信息传输装备和各类电控系统的等的军工制造。

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5、长城信息(现与长城电脑合并)

长城信息产业股份有限公司是中国电子集团下属上市公司,以金融电子、高新电子、医疗电子为三大主业。公司2016年并入长城电脑(000066.SZ)。

公司旗下的长沙湘计海盾科技有限公司有能力研发水下光纤探测、水听器系统、水下远程定位等系列产品,并承担长城信息光纤水下探测系统产业化项目的实施主体。自2006年开始,湘计海盾通过与国防科大光电学院开展产学研合作,充分发挥了自身雄厚的电子信息装备产业能力优势,取得了系列成果。在“十一五”期间,相继完成了光纤陀螺、光纤水听器系统多个产品的工程技术攻关和产业化工作。在“十二五”期间,公司积极开拓“光纤传感信息系统”新兴领域,并基于国家地方联合工程实验室,建设应用于海底等复杂环境下的光纤信息系统的产业开发平台,为有效解决影响水下信息安全、资源勘探等产业发展的共性关键问题,促进光纤传感新兴信息产业的发展做出了积极的贡献。

2015年湘计海盾实现营收2.43亿元,同比增加13.55%;实现净利润3028.53万元,同比增加25%。

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6、金信诺

深圳金信诺高新技术股份有限公司(金信诺300252.SZ)专业从事信号互联产品的研发设计、生产、销售,产品覆盖了射频、电、光等连接领域的核心元器件。其中连接器及组件、PCB系列产品、水下探测声呐为行业领先级产品,半柔性射频同轴电缆的国内市场占有率为40%,排名第一,低损射频同轴电缆的占有率为33%,排名第二。

2015年公司投资设立以海洋防务装备技术为核心的长沙金信诺防务技术有限公司。目前长沙金信诺在水下综合防御系统产品研发已取得实质进展,重要部件研制了样机并通过了实验室、湖试,以及海试的验证,也掌握海底声呐探测、水下潜航器、以及综合信息控制系统等核心子系统,并正在研发一套用于近海水下防御用的声纳探测子系统。

金信诺各项业务发展良好,营收和净利呈逐年增长趋势。2016年公司实现营收20.16亿元,同比增长31.57%;实现归母净利1.95亿元,同比增长41.07%。2016年公司营收主要来自于同轴电缆、组件及用户系列和PCB,分别占总营收的50.8%、24.98%和15.95%。

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7、海兰信

北京海兰信数据科技股份有限公司(海兰信300065.SZ)是海洋信息化企业,拥有海洋雷达遥感、海洋科学传感器、水下机器人、海洋大数据服务等业务,在海洋科学传感器领域占据领先地位。

公司主营业务可分为智能航海业务和智慧海洋业务两个体系。智能航海产品以综合导航系统(INS)为核心,实现船舶航行设备的数字化、集成化和智能化,未来也将成为无人船的核心技术。智慧海洋产品则包括海洋观(监)测系统及相应的传感器。其中海洋观(监)测系统包括基于雷达为核心的海上系统,以及基于海底网技术为核心的海底系统。

据公司公告,公司董事长申万秋先生同时也在oceanworks international任命董事长一职。oceanworks international是一家国际性海洋工程装备制造商,曾为NEPTUNE海底监测网提供接驳盒等设备。

2016年受益于国家海洋事业发展需求的增长等,公司业绩增长明显。实现营收7.17亿元,同比增长118.59%;实现归母净利8198.35万元,同比增长131.40%;基本每股收益为0.34元,同比增长100%。2016年公司信息化监控系统、VEIS业务收入分别占总营收的67.97%、27.59%。

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8、亨通光电

2016年江苏亨通光电股份有限公司(亨通光电600487.SH)全资子公司江苏亨通海洋光网系统有限公司和同济大学海洋与地球科学学院共同成立海洋工程技术研发中心,专门从事海洋观测网的海底主基站、观测平台等组网接驳设备、海底光电复合缆、海工器件和水下观测网等的研究,目前已具备产业化及工程应用条件。2017年4月,亨通光电公告称双方合资设立上海亨通海洋装备有限公司(亨通海装),充分整合同济大学科研实力和亨通在工程化、产业化和市场营销网络方面的优势,重点推动深海观测科技走向产业化。

亨通海装以海底检测网为核心,将发展水下科学观测网、专用观测网、军用观测网及民用观测网,探索海底观测网总包工程服务;远期还将发展海洋大数据服务,打造一体化的海洋光网产业链。为了验证前期所研发海底观测网的关键技术与装备,同济大学、江苏亨通集团将率先把观测网应用于太湖环境监测,进行各种不同水环境的测试,实现从江河湖泊逐步走向海洋,为我国海底科学观测网建设提供示范。

9、中船重工集团下属715所、726所

中船重工集团下属715所、726所等科研院所是超声设备、水声传感器领域的国家队。

715所始建于1958年,专业从事水声电子设备和海洋仪器的研究,是目前国内最大、最强的从事声纳装备研制生产的重点军工骨干研究所,建有国防水声计量一级站和声纳技术国防科技重点实验室等国家级的重要技术机构,拥有目前世界上最大室内中低频消声试验水池、湖上水声测试船等一批国内一流的水声科研设施。

726所始建于1943年,专攻水声对抗技术,是国内较早从事水声电子、超声设备、海洋开发和船用电子设备的应用开发的综合性研究所。

2017年1月19日,中船重工召开电子信息产业整合座谈会,胡问鸣指出,加快资本运作步伐、推进专业化分板块上市、提高资本证券化率。中电广通作为中船重工集团信息化板块内目前唯一的上市平台,未来715所、726所存在注入预期。

澎湃新闻网2017年4月17日发文中船重工批准715所与海声科技、726所与辽海装备两两整合,形成“一体两翼、各有侧重”的军民融合、探测与对抗一体、产研一体的两个竞争主体。这将进一步提高715所、726所的竞争实力。

10、中船重工集团705所

中船重工集团705所是我国承担水中兵器装备及其发射装置研究设计的总体技术研究所,专业从事水下航行体研究。其下属的自动化技术研究室研制的远程控制水下机器人功能强大,可用于海洋资源勘探、管线铺设、设备安装维护、水下考古、海洋搜救等。据西安晚报报道,2014年5月4日705所自主研制的远程控制水下机器人试水成功。2017年6月16日705所与三一重工(600031.SH)就军用、军民两用水陆两栖特种装备研制开发达成战略合作,三一重工是国内工程机械龙头,双方资源整合,技术互补,共同推进特种装备的产业化。

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11、中国电科23所

中国电科23所始建于1963年1月,是国内最大的专业研究光、电信息传输线及光纤传感技术的应用研究所,也从事各种光、电信息传输线、连接器及组件、光纤、光缆、光器件、光纤传感器、光电传输系统和线缆专用设备的科研生产。

据中国科学报,2014年8月15日,中国电科23所成功研制了国内首个监测地震海啸光纤传感器并成功布放东海,可以对海底地震海啸等情况进行实时监测,现已在我国东海海底监测网通入使用,该系统是为同济大学“海底观测网”平台提供配套的海洋探测子系统。

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12、中国科学院沈阳自动化研究所

中国科学院沈阳自动化研究所成立于1958年11月,是中国机器人事业的摇篮,在中国机器人事业发展历史上创造了二十多个第一,引领着中国机器人技术的研究发展。研究所下设有水下机器人研究室,专门从事水下机器人相关研究。

研究所现拥有关于主、次接驳盒的十余项专利。研究所2014年负责了我国三亚海底观测示范系统水下(主、次)接驳盒首次全面检修和维护工作。同时研究所拥有关于接驳盒结构、接口相关设计,使其能够满足海底长期观测及升级维护需求、便于布放及维护。

中国科学院是“十二五”的 863 海底观测网重大项目的主要参与单位之一,中科院沈阳自动化所与浙江大学、中天科技共同承担接驳盒技术。

13、中国科学院声学研究所

中国科学院声学研究所成立于1964年,是从事声学和信息处理技术研究的综合性研究所,在水声通信领域承担了许多军方项目。

2009年4月,“中国科学院声学研究所南海声学与海洋综合观测实验站”正式挂牌成立。2013年我国首个海底观测示范系统在三亚海域建成,其由中科院南海海洋研究所牵头,联合中科院沈阳自动化研究所、中科院声学研究所等共同完成,是中国海底观测网络建设的一次先导性实验,为中国建设更大规模的海底观测网奠定坚实基础。中国科学院是“十二五”的 863 海底观测网重大项目的主要参与单位之一,中国科学院声学研究所负责南海海底科学观测子网和数据分中心的建设及运行维护。

14、同济大学

同济大学是我国最早提出、推动并开展海底观测网研究的科研单位,建成了国内第一个"海底观测研究实验基地",拥有海洋地质国家重点实验室,并代表中国参加国际综合大洋钻探计划(IODP)。其建成我国首个领海基线外海洋海底综合科学观测网实验平台,研发了无线水声通信传输方案并首次实现了深海远程输能通信和深海数据的实时化传输等关键性技术,在该领域科研水平居国际前列。

同济大学是“十二五”的“863 海底观测网重大项目”的主要参与单位之一,牵头东海观测试验网的建设并承担海底化学原位分析系统和海底物理原位分析系统的任务。2016年9月,同济大学与亨通光电首次携手合作成立“海洋工程技术研发中心”,拉开了产学研合作的序幕。今年6月,双方合资成立上海亨通海洋装备有限公司,从技术合作走向产业全面合作。其将以合资公司为平台,充分整合同济大学的科研资源、研发优势和亨通的产业化、工程化及光纤网络的优势,快速高效推动智慧立体海底观测网工程化及产业化。

15、浙江大学

浙江大学是我国较早开展海底观测系统研究的科研单位,在海底观测网的接驳盒方面取得了技术和产品的突破,并多次参与国家重大科学工程,经验丰富技术雄厚。浙江大学是“十二五”的 “863 海底观测网重大项目”的主要参与单位之一,浙江大学与中科院沈阳自动化所、中天科技共同承担接驳盒技术。

2013年8月,浙江大学摘箬山岛试验研究观测网(ZJU-ZRS Experimental Research Observatory, Z2ERO)一期布放成功,成为国内首个集成海底高压供电、实时数据获取等多项核心技术的完整海底观测网络,为我国即将大规模建设多个大型海底观测网络提供技术和依据。

2015年12月,浙江大学与江苏中天科技股份有限公司、中天科技海缆有限公司合资设立中天海洋系统有限公司中天海洋主要从事海底接驳盒、水下观测节点、海缆接头盒、水密连接器及组件、海洋传感器等水下设备的研制、生产和销售。

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16、中国海洋大学

2011年中国科学技术部公告称由浙江大学研制的海底观测网络次级接驳盒及海底摄像系统、同济大学研制的海底原位化学分析系统、中国海洋大学研制的海底物理原位分析系统海底观测网核心部件在美国蒙特利湾海底完成首次深海试验,为中国深海海底观测网技术发展打下坚实基础。

中国海洋大学也是“十二五”的 “863 海底观测网重大项目”的主要参与单位之一,承担海底化学原位分析系统和海底物理原位分析系统的任务。2015年,中国海洋大学李培良教授团队研发出“海洋环境海底有缆观测系统”,是一套适合近岸海域(5-10 km)的海洋环境在线观测系统。

17、哈尔滨工程大学

哈尔滨工程大学致力于打造我国三海一核"中国芯",创造了我国第一艘水翼试验快艇、第一艘水滴型潜艇,第一部鱼雷快艇攻击指挥仪和第一个工程化无人水下探测器等。目前也研发出了各种载人或无人的多种规格和型号的潜器,为我国深海探测及开发提供了重要的科技支撑。哈尔滨工程大学在“远程、矢量、全双工水声通信技术”和条带测深仪技术方面实力强劲。

据人民网报道,2015年10月18至20日,哈尔滨工程大学牵头的863计划项目“自治式潜器搭载对接技术研究”在山东烟台成功完成全部2次对接,攻克了AUV水下搭载对接技术,其为研究海底空间站和深海长期观测系统的基础技术之一。

据科技日报报道,2016年5月,哈尔滨工程大学水声学院乔钢教授及其团队成功实现了5公里距离的水下双向同步数据传输。这一水下声通信领域的重大技术突破,意味着未来水下通信有望告别“对讲机”时代,实现像在陆地上打电话一样的体验。

18、西北工业大学

西北工业大学是同时发展航空、航天、航海(三航)工程教育和科学研究的大学,全国第一架小型无人机、第一台地效飞行器、第一型50公斤级水下无人智能航行器和第一台航空机载计算机均诞生于此。西北工业大学开启了我国无人机研制之先河,拥有国家级的水下信息与控制重点实验室,以及省部级的海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室。

据西北工业大学官网,2016年8月22日,西北工业大学自主研发的“50公斤级水下无人自主航行器”通过海上验收,突破了国外技术的封锁,实现了航行器的小型化自主化。其最深可下潜至水下100米,以5.4公里/小时的速度,在水下连续航行70公里,续航可达14小时,达到国际领先水平。

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