CN109061720A - 一种基于海底物联网的海底地震监测装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于海底物联网的海底地震监测装置及系统。该监测装置中海面浮标网络设备与海底网络设备通过锚系连接；海底网络设备与海底地震探测设备通过海底光电复合缆连接；海底地震探测设备为一个或多个；海面浮标网络设备包括卫星收发装置、物联网平台服务器、网络时间服务器和自主供能装置；海底网络设备包括光电分离舱、海底服务器、底锚重块和机械释放器；海底地震探测设备包括多个海底地震计网络节点；多个海底地震计网络节点通过海底光电复合缆首尾依次串接。本发明的装置或系统，既可以用于海底结构探测，又可以用于地震灾害及海啸预警，且能够实现自主供能、长时序、无值守工作。
Description
技术领域
本发明涉及地震探测技术领域，特别是涉及一种基于海底物联网的海底地震监测装置及系统。
背景技术
海底地震仪是近五十年来发展起来的高新海底探测技术，在海底构造科学研究、海底地震监测，以及海洋油气资源勘查领域等领域得到广泛应用。目前的海底地震仪采用自容式自沉浮结构，设备布放到海底采集数据，采集的数据自容式存储于设备内部，只能待设备回收后才能将数据读取出来。这种海底地震仪只能用于海底结构探测，无法用于地震灾害及海啸预警等灾害预防领域。
发明内容
基于此，有必要提供一种既可以用于海底结构探测，又可以用于地震灾害及海啸预警的基于海底物联网的海底地震监测装置及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于海底物联网的海底地震监测装置，包括：海面浮标网络设备、海底网络设备、锚系和海底地震探测设备；
所述海面浮标网络设备漂浮于海面，所述海底网络设备与所述海底地震探测设备均布放于海底；所述海底地震探测设备为一个或多个；所述海面浮标网络设备与所述海底网络设备通过所述锚系连接；所述海底网络设备与所述海底地震探测设备通过海底光电复合缆连接；
所述海面浮标网络设备包括卫星收发装置、物联网平台服务器、网络时间服务器和自主供能装置；所述卫星收发装置和所述网络时间服务器均与所述物联网平台服务器通信连接；所述卫星收发装置通过卫星与岸基网络操控中心通信；所述自主供能装置分别与所述卫星收发装置和所述网络时间服务器连接；所述物联网平台服务器用于对所述海底地震探测设备进行监测和管理，并将接收到的所述海底地震探测设备上传的地震信号发送至所述海面卫星收发装置以及将接收到的所述海面卫星收发装置发送的控制指令发送至所述海底地震探测设备；所述网络时间服务器用于通过所述物联网平台服务器为所述海底地震探测设备提供时钟信号；所述自主供能装置用于为所述卫星收发装置、所述网络时间服务器和所述海底网络设备提供电源信号；
所述海底网络设备包括光电分离舱、海底服务器、底锚重块和机械释放器；所述光电分离舱分别与所述锚系和所述海底地震探测设备连接，用于为所述海底地震探测设备提供高压电源信号，并将接收到的所述海底地震探测设备发送的地震信号发送至所述海面浮标网络设备；所述海底服务器与所述光电分离舱连接，用于与所述物联网平台服务器配合，对所述海底地震探测设备进行监测和管理；所述底锚重块通过所述机械释放器与所述锚系连接，用于将所述海底网络设备固定于海底；
所述海底地震探测设备包括多个海底地震计网络节点；多个所述海底地震计网络节点通过所述海底光电复合缆首尾依次串接；所述海底地震计网络节点包括数传短接部和海底地震仪模块；所述数传短接部与所述海底地震仪模块连接；所述数传短接部用于对所述高压电源信号进行降压，并对接收到信号进行光电转换；所述海底地震仪模块用于感知海底振动，探测产生地震信号。
可选的，所述监测装置还包括水下无线传感器；所述水下无线传感器与所述海底网络设备无线连接，用于采集水声数据，并将所述水声数据无线传输至所述海底网络设备。
可选的，所述海面浮标网络设备还包括浮标浮体、塔架、航标和目标感知网络摄像机；
所述浮标浮体上设置所述塔架；所述塔架上设置所述卫星收发装置、所述物联网平台服务器、所述网络时间服务器、所述自主供能装置、所述航标、所述目标感知网络摄像机；
所述航标用于对所述海面浮标网络设备的编号和位置信息进行广播；
所述目标感知网络摄像机与所述物联网平台服务器连接，用于自动感知过往的船只，并对所述船只进行摄像，将拍摄的图像自动上传至所述物联网平台服务器。
可选的，所述锚系包括海面连接件、光电转换腔、海底承重连接件、铠装光电复合缆和锚系浮体；
所述光电转换腔和所述海底承重连接件分别连接在所述铠装光电复合缆的两端，所述锚系浮体位于所述铠装光电复合缆的靠近所述海底承重连接件的一侧；所述海面连接件将所述光电转换腔与所述海面浮标网络设备机械连接，所述海底承重连接件将所述海底网络设备的机械释放器与所述铠装光电复合缆机械连接；所述光电转换腔用于将所述自主供能装置提供的电源信号转换高压电源信号，并将所述高压电源信号传输至所述海底网络设备，还用于对接收到的信号进行光电转换。
可选的，所述海底网络设备还包括光电混合接插件、湿插拔光电接插件和无线网络接口；
所述光电混合接插件用于连接所述锚系与所述光电分离舱；所述湿插拔光电接插件用于连接所述海底地震探测设备与所述光电分离舱；所述无线网络接口用于与所述水下无线传感器无线连接。
可选的，所述海底地震计网络节点还包括海底水听器模块；所述海底水听器模块与所述数传短接部，用于感知海水的振动。
可选的，所述海底地震仪模块包括地震传感器、第一信号调理转换电路、第一处理器、光纤陀螺寻北仪和姿态传感器；
所述地震传感器为三个，每个所述地震传感器连接一个所述第一信号调理转换电路；所述第一信号调理转换电路、所述光纤陀螺寻北仪和所述姿态传感器均与所述第一处理器连接；所述第一信号调理转换电路用于对接收到的信号进行调理和模数转换，得到地震信号；所述光纤陀螺寻北仪用于获取方位信息；所述姿态传感器用于获取俯仰角和侧倾角；所述第一处理器用于将所述地震信号、所述方位信息、所述俯仰角和所述侧倾角传输至所述数传短接部。
可选的，所述海底水听器模块包括水听器、第二信号调理转换电路和第二处理器；
所述水听器用于获取海水的模拟振动信号；所述第二信号调理转换电路分别与所述水听器和所述第二处理器连接，用于对所述海水的模拟振动信号进行调理和转换，得到海水振动信号，并将所述海水振动信号传输至所述第二处理器；所述第二处理器用于将所述海水振动信号传输至所述数传短接部。
可选的，所述海面连接件包括万向节连接件和承重电滑环；所述万向节连接件将所述海面浮标网络设备的浮标浮体与所述承重电滑环的一端机械连接；所述承重电滑环的另一端与所述光电转换腔连接。
本发明还提供了一种基于海底物联网的海底地震监测系统，所述监测系统包括多个上述所述的监测装置；每个所述监测装置中的任意一个海底地震探测设备的末端与相邻的监测装置连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种基于海底物联网的海底地震监测装置及系统，该监测装置中海面浮标网络设备与海底网络设备通过锚系连接；海底网络设备与海底地震探测设备通过海底光电复合缆连接；海面浮标网络设备包括卫星收发装置、物联网平台服务器、网络时间服务器和自主供能装置；海底网络设备包括光电分离舱、海底服务器、底锚重块和机械释放器；海底地震探测设备包括多个海底地震计网络节点；多个海底地震计网络节点通过海底光电复合缆首尾依次串接。本发明既可以用于海底结构探测，还可以用于地震灾害及海啸预警；设置自主供能装置实现了自主供能、长时序、无值守工作；设置网络时间服务器实现了网络对时，解决了自容式自沉浮海底地震仪存在的时钟漂移问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种基于海底物联网的海底地震监测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例海面浮标网络设备的结构框图；
图3为本发明实施例海底网络设备的结构框图；
图4为本发明实施例锚系的结构示意图；
图5为本发明实施例锚系的结构框图；
图6为本发明实施例海底地震计网络节点的结构示意图；
图7为本发明实施例海底地震仪模块的结构框图；
图8为本发明实施例海底水听器模块的结构框图；
图9为本发明实施例一种基于海底物联网的海底地震监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种基于海底物联网的海底地震监测装置的结构示意图。
参见图1，实施例的基于海底物联网的海底地震监测装置，包括：海面浮标网络设备1、海底网络设备2、锚系3、海底地震探测设备4和水下无线传感器5；所述海面浮标网络设备1漂浮于海面，所述海底网络设备2与所述海底地震探测设备4均布放于海底；所述海底地震探测设备4为一个或多个；所述海面浮标网络设备1与所述海底网络设备2通过所述锚系3连接；所述海底网络设备2与所述海底地震探测设备4通过海底光电复合缆6连接；所述水下无线传感器5与所述海底网络设备2无线连接，用于采集水声数据，并将所述水声数据无线传输至所述海底网络设备2。
海面浮标网络设备1：
图2为本发明实施例海面浮标网络设备的结构框图。参见图2，所述海面浮标网络设备1包括卫星收发装置101、物联网平台服务器102、网络时间服务器103和自主供能装置104；所述卫星收发装置101和所述网络时间服务器103均与所述物联网平台服务器102通信连接；所述卫星收发装置101通过卫星7与岸基网络操控中心8通信；所述自主供能装置104分别与所述卫星收发装置101和所述网络时间服务器103连接；所述物联网平台服务器102用于对所述海底地震探测设备4进行监测和管理，并将接收到的所述海底地震探测设备4上传的地震信号发送至所述海面卫星收发装置101以及将接收到的所述海面卫星收发装置101发送的控制指令发送至所述海底地震探测设备4；所述网络时间服务器103用于通过所述物联网平台服务器102为所述海底地震探测设备4提供时钟信号；所述自主供能装置104用于为所述卫星收发装置101、所述网络时间服务器103和所述海底网络设备2提供电源信号。
所述卫星收发装置101，包括数据卫星天线、卫星数据收发器和收发器密封舱；所述卫星收发装置101，可以将海底地震探测设备4采集的地震数据以及海底地震探测设备4的状态数据通过卫星7发送至岸基网络操控中心8；所述数据卫星天线和所述卫星数据收发器，可以是铱星、北斗卫星、丝路卫星等目前通用的低轨卫星数据收发设备中的一种或者多种组合；所述收发器密封舱，用于承载卫星数据收发器，以免受海水侵蚀。
所述物联网平台服务器102，包括主服务器、升级服务器和服务器密封舱；所述主服务器，具有高处理能力和大存储容量，用于监测和管理所述海底地震探测设备4和水下无线传感器5，并汇聚、存储海底网络设备2上传的数据，并将数据转发给卫星收发装置101；所述升级服务器，用于在新增海底地震探测设备4或新增外围传感器时，自动识别新增设备或传感器，使物联网得以升级更新；所述服务器密封舱，用于承载主服务器和升级服务器，免受海水侵蚀。
所述网络时间服务器103，包括PTP主时钟、授时卫星天线和主时钟密封舱；所述PTP主时钟，采用IEEE1588标准(全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”)，使用GPS卫星或北斗卫星作为时钟参考源，支持数千台PTP从时钟，可以为每一个海底地震探测设备4提供精确的时钟，保证整个海底地震监测装置拥有统一的、毫秒级的时钟精度；所述授时卫星天线是PTP主时钟的必备附件，用于接收GPS卫星或北斗卫星授时信号；所述主时钟密封舱，用于承载PTP主时钟，免受海水侵蚀。
自主供能装置104，包括太阳能板组、蓄电池组、电源管理系统和电池密封舱；所述太阳能板组可以是一块或者多块太阳能板组合，太阳能板组在白天可以为蓄电池组充电；所述蓄电池组可以是一块或者多块蓄电池组合，蓄电池为海底地震监测装置供电；所述电源管理系统管理蓄电池组的充电和放电，避免蓄电池组过充和过放，提高电池寿命；所述电池密封舱，用于承载蓄电池组和电源管理系统，免受海水侵蚀。
作为一种可选的实施方式，所述海面浮标网络设备1还包括浮标浮体105、塔架106、航标107和目标感知网络摄像机108；所述浮标浮体105上设置所述塔架106；所述塔架106上设置所述卫星收发装置101、所述物联网平台服务器102、所述网络时间服务器103、所述自主供能装置104、所述航标107、所述目标感知网络摄像机108；所述航标107用于对所述海面浮标网络设备1的编号和位置信息由甚高频频道向附近水域船舶进行广播，使邻近船舶能及时掌握海面浮标网络平台之动静态资讯，采取必要避让行动，保证船舶安全和所述海面浮标网络设备1的安全；所述目标感知网络摄像机108与所述物联网平台服务器102连接，用于自动感知过往的船只，并对所述船只进行摄像，将拍摄的图像自动上传至所述物联网平台服务器102，其目的是提供过往船只信息，并在所述海面浮标网络设备1遭遇破坏时提供取证材料。
所述浮标浮体105，为海面设备提供浮力，为保证在恶劣海况下设备正常工作，所述浮标浮体105排水量需要留有足够裕量；优选的，所述浮标浮体105采用高分子泡沫材料制作，比重小，吸水率低，耐腐蚀，耐碰撞；优选的，所述浮标浮体105的表面喷涂抗生物附着材料；所述浮标浮体105的总排水量不小于4吨。
海底网络设备2：
图3为本发明实施例海底网络设备的结构框图。参见图3，所述海底网络设备2包括光电分离舱201、海底服务器202、底锚重块203和机械释放器204；所述光电分离舱201分别与所述锚系3和所述海底地震探测设备4连接，用于为所述海底地震探测设备4提供高压电源信号，并将接收到的所述海底地震探测设备4发送的地震信号发送至所述海面浮标网络设备1；所述海底服务器202与所述光电分离舱201连接，用于与所述物联网平台服务器102配合，对所述海底地震探测设备4进行监测和管理；所述底锚重块203通过所述机械释放器204与所述锚系3连接，用于将所述海底网络设备2固定于海底，当监测装置回收时，所述机械释放器204释放，所述锚系3与底锚重块203分离；所述底锚重块203在水中重量应不小于所述浮标浮体105的最大排水量；优选的，所述底锚重块203的重量应不小于4吨。
所述光电分离舱201包括第一光纤收发模块和以太网交换机；所述锚系3中的光纤与电缆共同进入光电分离舱201，所述锚系3发送的光纤信号进入光电分离舱201内的第一光纤收发模块；所述以太网交换机分别与所述第一光纤收发模块和所述海底服务器202连接，用于接收第一光纤收发模块发送的光纤信号，并将接收到的光纤信号发送至所述海底服务器202。
作为一种可选的实施方式，所述海底网络设备2还包括第一PTP从时钟205、第一DC/DC稳压模块206、第一DC/DC降压模块207、后备电源208、光电混合接插件209、湿插拔光电接插件210、无线网络接口211和备用充放电接口212。
所述第一PTP从时钟205，与海面浮标网络设备1的PTP主时钟配合使用，为整个网络提供统一的、毫秒精度的时钟；所述第一DC/DC稳压模块206接收从锚系3传输下来的经光电分离舱201传输后的高压电源信号，并对高压电源信号进行稳压，之后为所述海底地震探测设备4提供电源；所述第一DC/DC降压模块207，对从锚系传输下来的高压电源信号进行降压，以达到所述海底网络设备2各模块单元可以使用的电压，优选地，所述自主供能装置104提供的并由所述锚系3输送到海底的直流电源电压为200VDC或者更高，经过；所述第一DC/DC降压模块207后，电压降低至12VDC；所述后备电源208为可充电电池组，在海面浮标网络设备1提供的电量不足时，为所述海底网络设备2各模块单元和所述海底地震探测设备4供电；所述光电混合接插件209用于连接所述锚系3与所述光电分离舱201；所述湿插拔光电接插件210用于连接所述海底地震探测设备4与所述光电分离舱201；所述无线网络接口211用于与所述水下无线传感器5无线连接，所述无线网络接口211包括网络协调器，采用水声通讯技术或低频电磁波通讯技术；所述备用充放电接口212用于连接所述后备电源208与外接电源模块；所述外接电源模块可以是AUV等水下移动平台的电源，所述外接电源模块可以为所述后备电源208补充电量，所述后备电源208也可以为所述外接电源模块充电。
本实施例中所述光电分离舱201，同时作为所述海底地震探测设备4的汇集舱，同时连接多个湿插拔光电接插件，为所述海底地震探测设备4提供经过所述第一DC/DC稳压模块206的高压电源信号，并收集汇总各个所述海底地震探测设备4的光纤信号；所述海底服务器202，监测和管理所述海底地震探测设备4和水下无线传感器5，并汇聚、存储所述海底地震探测设备4和水下无线传感器5发送的数据，并通过光电分离舱201、光电混合接插件209、锚系3传送给海面浮标网络设备1。
锚系3：
图4为本发明实施例锚系的结构示意图；图5为本发明实施例锚系的结构框图。参见图4和图5，所述锚系3包括海面连接件301、光电转换腔302、海底承重连接件303、铠装光电复合缆304和锚系浮体305。
所述光电转换腔302和所述海底承重连接件303分别连接在所述铠装光电复合缆304的两端，所述锚系浮体305位于所述铠装光电复合缆304的靠近所述海底承重连接件303的一侧；所述海面连接件301将所述光电转换腔302与所述海面浮标网络设备1机械连接，所述海底承重连接件303将所述海底网络设备2的机械释放器204与所述铠装光电复合缆304机械连接；所述光电转换腔302用于将所述自主供能装置104提供的电源信号转换高压电源信号，并将所述高压电源信号传输至所述海底网络设备2，还用于对接收到的信号进行光电转换。
所述光电转换腔302包括DC/DC升压模块和第二光纤收发模块；所述DC/DC升压模块，将自主供能装置104提供的低电压直流电源通过DC/DC升压模块提高电压，目的是降低电缆长距离传输损耗；优选地，所述自主供能装置104提供的低电压直流电源电压为12VDC，经过DC/DC升压模块后，电压提升至200VDC或者更高；所述第二光纤收发模块，将光纤信号与以太网电信号相互转化，将所述海底网络设备2经过铠装光电复合缆304发来的光信号转换为以太网电信号后转发给所述海面浮标网络设备1。
所述海底承重连接件303，用于铠装光电复合缆304与所述海底网络设备2的机械连接，用于铠装光电复合缆304近海底终端的加强，避免由于反复折弯、过渡弯曲导致的铠装缆损坏。
所述铠装光电复合缆304，由多芯光纤、多芯动力电缆、内护层、铠装层、和外护层组成；优选的，所述多芯光纤为单模光纤，芯数为4芯，光衰减不大于0.45dB/km；所述多芯动力电缆，芯数为6芯，导体直流电阻不大于25Ω/km；所述内护层，包覆于缆芯之外保护缆芯；所述铠装层，由钢丝铠装提供抗拉、抗磨性能；所述外护层，包覆于钢丝铠装层之外，保护钢丝铠装层免受海水侵蚀。本实施例中，所述铠装光电复合缆304，安全工作负荷不小于2吨，最大工作负荷不小于4吨，破断力不小于8吨。
所述锚系浮体305，挂接于铠装光电复合缆304近海底一端，在水中为于铠装光电复合缆304抵消部分重量，用于防止过长的铠装光电复合缆304着底。优选的，本发明锚系浮体305由采用高分子泡沫材料制作，比重小，吸水率低，耐腐蚀，耐碰撞。
作为一种可选的实施方式，所述海面连接件301包括万向节连接件3010和承重电滑环3011；所述万向节连接件3010将所述海面浮标网络设备1的浮标浮体105与所述承重电滑环3011的一端机械连接，用于铠装光电复合缆304近海面终端的加强，避免由于反复折弯、过渡弯曲导致的铠装缆损坏；所述承重电滑环3011的另一端与所述光电转换腔302连接，用于浮标浮体105与铠装光电复合缆304这两者之间相对旋转运动状态下电源、地震信号的传输。
海底地震探测设备4：
所述海底地震探测设备4包括多个海底地震计网络节点；其采用流线型设计，多个所述海底地震计网络节点通过所述海底光电复合缆6首尾依次串接；所述海底地震计网络节点包括数传短接部401和海底地震仪模块402；所述数传短接部401与所述海底地震仪模块402连接；所述数传短接部401用于对所述高压电源信号进行降压，并对接收到信号进行光电转换；所述海底地震仪模块402用于感知海底振动，探测产生地震信号；图6为本发明实施例海底地震计网络节点的结构示意图，参见图6，每个所述海底地震计网络节点包括一个或两个海底地震仪模块402，如图6中的图(a)和图(b)。
所述数传短接部401包括DC/DC降压单元、光纤收发单元和光电接插件；所述DC/DC降压单元，对从所述海底网络设备2经过海底光电复合缆传输过来的高压电源进行降压，达到海底地震计网络节点各单元可以使用的电压，优选地，所述从所述海底网络设备2经过海底光电复合缆传输过来的高压电源为200VDC或者更高，经过DC/DC降压单元后，电压降低至12VDC；所述光纤收发单元，将光纤信号与以太网电信号相互转化，将所述海底网络设备2经过海底光电复合缆发来的光信号转换为以太网电信号后转发给海底地震仪模块402，反之亦然；所述光电接插件，用于海底地震计网络节点与海底光电复合缆的连接，须能承受一定的拉力，使海底地震计网络节点能在海底的顺利布放。
每个所述海底地震仪模块402均包括三个地震传感器、第一信号调理转换电路、第一处理器、光纤陀螺寻北仪、姿态传感器、电子罗盘、第二PTP从时钟、第一守时模块、第一存储阵列和第一网络通讯接口。
所述地震传感器为高频地震传感器、宽频地震传感器或加速度传感器；所述海底地震仪模块402中三个地震传感器的频带、灵敏度等参数完全相同；当一个海底地震计网络节点包含两个海底地震仪模块402时，这两个海底地震仪模块402应分别选择不同类型的两种地震传感器，例如，同一个海底地震计网络节点中，一个海底地震仪模块402使用三个高频地震传感器，另一个海底地震仪模块402使用三个宽频地震传感器。
所述海底地震仪模块402中的三个地震传感器按照X、Y、Z三个正交坐标轴布放。传统的自容式自沉浮海底地震仪，为了保证三个地震传感器中X、Y方向的两个传感器位于水平面上、而Z方向传感器垂直向下，均需要有调平装置。调平装置导致传统的自容式自沉浮海底地震仪体积庞大，且布放时要求海底面倾角一般不能大于15度，其不适合缆式布放，而本发明的所述海底地震仪模块402，完全抛弃了调平装置，海底地震计网络节点可以任意方向布放，且不受海底面倾角限制。
图7为本发明实施例海底地震仪模块的结构框图。参见图7，所述海底地震仪模块402中每个所述地震传感器连接一个所述第一信号调理转换电路；所述第一信号调理转换电路、所述光纤陀螺寻北仪、所述姿态传感器、所述电子罗盘、所述第二PTP从时钟、所述第一守时模块、所述第一存储阵列、所述第一网络通讯接口均与所述第一处理器连接；所述第一信号调理转换电路用于对接收到的信号进行调理和模数转换，得到地震信号；所述光纤陀螺寻北仪用于获取方位信息；所述姿态传感器用于获取俯仰角和侧倾角；所述电子罗盘，用于提供海底地震仪模块402的方位参考信息，精度较光纤陀螺寻北仪低，且易受外部磁性体(如仪器外壳等)干扰，用于与光纤陀螺寻北仪相互参考；所述第一处理器用于将所述地震信号、所述方位信息、所述俯仰角、所述侧倾角和所述参考信息传输至所述数传短接部401；所述第一存储阵列，用于本地存储海底地震仪模块402测得的地震数据，优选地，本实施例中的所述第一存储阵列，采用多片eMMC存储芯片组成存储阵列；所述第二PTP从时钟，与海面浮标网络设备1的PTP主时钟配合使用，为整个网络提供统一的、毫秒精度的时钟；所述第一守时模块，采用高精度晶体振荡器与时钟芯片，并以第二PTP从时钟发来的1pps秒脉冲为基准校准道UTC标准时间；所述第一网络通讯接口，将所述第一处理器的串口信号变为以太网信号发送至所述数传短接部401。
作为一种可选的实施方式，所述海底地震计网络节点还包括海底水听器模块403；所述海底水听器模块403与所述数传短接部401，用于感知海水的振动，如图6中的图(c)和图(d)。
图8为本发明实施例海底水听器模块的结构框图。参见图8，所述海底水听器模块403包括水听器、第二信号调理转换电路、第二处理器、第三PTP从时钟、第二守时模块、第二存储阵列和第二网络通讯接口；所述水听器为压电陶瓷水听器，采用充油耐压结构，用于获取海水的模拟振动信号；所述第二信号调理转换电路分别与所述水听器和所述第二处理器连接，用于对所述海水的模拟振动信号进行调理和转换，得到海水振动信号，并将所述海水振动信号传输至所述第二处理器；所述第二处理器用于将所述海水振动信号传输至所述数传短接部401；所述第三PTP从时钟，与海面浮标网络设备1的PTP主时钟配合使用，为整个网络提供统一的、毫秒精度的时钟；所述第二守时模块，采用高精度晶体振荡器与时钟芯片，并以第三PTP从时钟发来的1pps秒脉冲为基准校准道UTC标准时间；所述第二网络通讯接口，将所述第二处理器的串口信号变为以太网信号发送至所述数传短接部401。
水下无线传感器5：
所述水下无线传感器5为一个或多个；所述水下无线传感器5为自容式工作，采用水声通讯技术或低频电磁波通讯技术无线上传数据给海底网络平台。可选的，所述水下无线传感器5，可以为静态传感器或动态传感器，所谓动态传感器是指自主水下航行器(AUV)携带的传感器。所述水下无线传感器5，也可以是无线传输的海底地震仪，还可以是压力、加速度、温度、密度、盐度、酸性、化学性、导电性、pH值、氧气、氢气、溶解甲烷、浑浊度等传感器。
本实施例中的所述基于海底物联网的海底地震监测装置在实际应用中，海面浮标网络设备1用于实时接收海底地震探测设备4和水下无线传感器5的数据，并将接收到地震数据和其它传感器数据通过卫星7发送给岸基网络操控中心8；海面浮标网络平台8通过太阳能板海面浮标网络设备1搭载设备供电，并通过锚系3向海底网络设备2、海底地震探测设备4传输电源。
岸基网络操控中心8接收卫星7发送的地震数据和其它传感器数据，将数据以文件方式存储、以图形方式显示、并通过网络发布。
为了电源和信号的传输，海面浮标网络设备1与海底网络设备2之间、海底网络设备2与海底地震探测设备4之间均以有缆方式连接。
本实施例的基于海底物联网的海底地震监测装置，具有以下优点：
1)既可以海底地震探测，用于海底结构科学研究；又可以进行海底地震监测，用于地震灾害及海啸预警；还可以自主供能、长时序、无值守工作。
2)海底地震仪模块完全抛弃了传统设备的调平装置，海底地震计网络节点可以任意方向布放，且不受海底面倾角限制，便于施工；而且海底地震仪使用PTP网络授时，网络内所有节点的时间系统与世界协调时间(UTC)一致，误差不大于1ms，完全解决了传统设备时钟漂移的问题。
3)海底网络设备可以与多种水下无线传感器连接，包括与AUV携带的无线传感器连接，具有分布式的丰富的环境感知能力，组成可扩充的物联网。
本发明还提供了一种基于海底物联网的海底地震监测系统，图9为本发明实施例一种基于海底物联网的海底地震监测系统的结构示意图。参见图9，所述监测系统包括多个上述所述的监测装置；每个所述监测装置中的任意一个海底地震探测设备4的末端与相邻的监测装置连接。
该基于海底物联网的海底地震监测系统，可以用于海底结构探测，还可以用于地震灾害及海啸预警；且能够实现自主供能、长时序、无值守工作；解决了自容式自沉浮海底地震仪存在的时钟漂移问题；实现了多平台海底互联模式工作。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，包括：海面浮标网络设备、海底网络设备、锚系和海底地震探测设备；
所述海面浮标网络设备漂浮于海面，所述海底网络设备与所述海底地震探测设备均布放于海底；所述海底地震探测设备为一个或多个；所述海面浮标网络设备与所述海底网络设备通过所述锚系连接；所述海底网络设备与所述海底地震探测设备通过海底光电复合缆连接；
所述海面浮标网络设备包括卫星收发装置、物联网平台服务器、网络时间服务器和自主供能装置；所述卫星收发装置和所述网络时间服务器均与所述物联网平台服务器通信连接；所述卫星收发装置通过卫星与岸基网络操控中心通信；所述自主供能装置分别与所述卫星收发装置和所述网络时间服务器连接；所述物联网平台服务器用于对所述海底地震探测设备进行监测和管理，并将接收到的所述海底地震探测设备上传的地震信号发送至所述海面卫星收发装置以及将接收到的所述海面卫星收发装置发送的控制指令发送至所述海底地震探测设备；所述网络时间服务器用于通过所述物联网平台服务器为所述海底地震探测设备提供时钟信号；所述自主供能装置用于为所述卫星收发装置、所述网络时间服务器和所述海底网络设备提供电源信号；
所述海底网络设备包括光电分离舱、海底服务器、底锚重块和机械释放器；所述光电分离舱分别与所述锚系和所述海底地震探测设备连接，用于为所述海底地震探测设备提供高压电源信号，并将接收到的所述海底地震探测设备发送的地震信号发送至所述海面浮标网络设备；所述海底服务器与所述光电分离舱连接，用于与所述物联网平台服务器配合，对所述海底地震探测设备进行监测和管理；所述底锚重块通过所述机械释放器与所述锚系连接，用于将所述海底网络设备固定于海底；
所述海底地震探测设备包括多个海底地震计网络节点；多个所述海底地震计网络节点通过所述海底光电复合缆首尾依次串接；所述海底地震计网络节点包括数传短接部和海底地震仪模块；所述数传短接部与所述海底地震仪模块连接；所述数传短接部用于对所述高压电源信号进行降压，并对接收到信号进行光电转换；所述海底地震仪模块用于感知海底振动，探测产生地震信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括水下无线传感器；所述水下无线传感器与所述海底网络设备无线连接，用于采集水声数据，并将所述水声数据无线传输至所述海底网络设备。
3.根据权利要求1所述的一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，所述海面浮标网络设备还包括浮标浮体、塔架、航标和目标感知网络摄像机；
所述浮标浮体上设置所述塔架；所述塔架上设置所述卫星收发装置、所述物联网平台服务器、所述网络时间服务器、所述自主供能装置、所述航标、所述目标感知网络摄像机；
所述航标用于对所述海面浮标网络设备的编号和位置信息进行广播；
所述目标感知网络摄像机与所述物联网平台服务器连接，用于自动感知过往的船只，并对所述船只进行摄像，将拍摄的图像自动上传至所述物联网平台服务器。
4.根据权利要求1所述的一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，所述锚系包括海面连接件、光电转换腔、海底承重连接件、铠装光电复合缆和锚系浮体；
所述光电转换腔和所述海底承重连接件分别连接在所述铠装光电复合缆的两端，所述锚系浮体位于所述铠装光电复合缆的靠近所述海底承重连接件的一侧；所述海面连接件将所述光电转换腔与所述海面浮标网络设备机械连接，所述海底承重连接件将所述海底网络设备的机械释放器与所述铠装光电复合缆机械连接；所述光电转换腔用于将所述自主供能装置提供的电源信号转换高压电源信号，并将所述高压电源信号传输至所述海底网络设备，还用于对接收到的信号进行光电转换。
5.根据权利要求2所述的一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，所述海底网络设备还包括光电混合接插件、湿插拔光电接插件和无线网络接口；
所述光电混合接插件用于连接所述锚系与所述光电分离舱；所述湿插拔光电接插件用于连接所述海底地震探测设备与所述光电分离舱；所述无线网络接口用于与所述水下无线传感器无线连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，所述海底地震计网络节点还包括海底水听器模块；所述海底水听器模块与所述数传短接部，用于感知海水的振动。
7.根据权利要求1所述的一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，所述海底地震仪模块包括地震传感器、第一信号调理转换电路、第一处理器、光纤陀螺寻北仪和姿态传感器；
所述地震传感器为三个，每个所述地震传感器连接一个所述第一信号调理转换电路；所述第一信号调理转换电路、所述光纤陀螺寻北仪和所述姿态传感器均与所述第一处理器连接；所述第一信号调理转换电路用于对接收到的信号进行调理和模数转换，得到地震信号；所述光纤陀螺寻北仪用于获取方位信息；所述姿态传感器用于获取俯仰角和侧倾角；所述第一处理器用于将所述地震信号、所述方位信息、所述俯仰角和所述侧倾角传输至所述数传短接部。
8.根据权利要求6所述的一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，所述海底水听器模块包括水听器、第二信号调理转换电路和第二处理器；
所述水听器用于获取海水的模拟振动信号；所述第二信号调理转换电路分别与所述水听器和所述第二处理器连接，用于对所述海水的模拟振动信号进行调理和转换，得到海水振动信号，并将所述海水振动信号传输至所述第二处理器；所述第二处理器用于将所述海水振动信号传输至所述数传短接部。
9.根据权利要求4所述的一种基于海底物联网的海底地震监测装置，其特征在于，所述海面连接件包括万向节连接件和承重电滑环；所述万向节连接件将所述海面浮标网络设备的浮标浮体与所述承重电滑环的一端机械连接；所述承重电滑环的另一端与所述光电转换腔连接。
10.一种基于海底物联网的海底地震监测系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-9任意一项所述的监测装置；每个所述监测装置中的任意一个海底地震探测设备的末端与相邻的监测装置连接。
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