JP2021501871A - 海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置であって、
海面ブイネットワーク設備、海底ネットワーク設備、アンカーシステム及び海底地震探査設備を含み、
上記海面ブイネットワーク設備は、海面に浮かび、上記海底ネットワーク設備と上記海底地震探査設備は、いずれも海底に配置され、上記海底地震探査設備は、1つ又は複数あり、上記海面ブイネットワーク設備は、上記アンカーシステムを介して海底ネットワーク設備に接続され、上記海底ネットワーク設備は、海底光電複合ケーブルを介して上記海底地震探査設備に接続され、
上記海面ブイネットワーク設備は、衛星トランシーバー、モノのインターネットプラットフォームサーバー、ネットワークタイムサーバー、エネルギー自己供給装置を含み、上記衛星トランシーバー及びネットワークタイムサーバーは、いずれもモノのインターネットプラットフォームサーバーと通信可能に接続され、上記衛星トランシーバーは、衛星を介して陸上ネットワークコントロールセンターと通信し、上記エネルギー自己供給装置は、上記衛星トランシーバー及びネットワークタイムサーバーそれぞれに接続され、上記モノのインターネットプラットフォームサーバーは、海底地震探査設備に対して監視及び管理し、受信した海底地震探査設備からの地震信号を上記衛星トランシーバーに送信し、また受信した上記衛星トランシーバーから受信した制御命令を海底地震探査設備に送信することに使用され、上記ネットワークタイムサーバーは、上記モノのインターネットプラットフォームサーバーを介して海底地震探査設備にクロック信号を提供することに使用され、上記エネルギー自己供給装置は、上記衛星トランシーバー、上記ネットワークタイムサーバー及び上記海底ネットワーク設備に電源信号を供給することに使用され、
上記海底ネットワーク設備は、光電分離キャビン、海底サーバー、アンカーブロック及びメカニカルリリーサーを含み、上記光電分離キャビンは、上記アンカーシステム及び上記海底地震探査設備それぞれに接続され、上記海底地震探査設備に高圧電源信号を提供し、また、受信した上記海底地震探査設備からの地震信号を海面ブイネットワーク設備に送信することに使用され、上記海底サーバーは、上記光電分離キャビンに接続され、上記モノのインターネットプラットホームサーバーと連携して、上記海底地震探査設備に対して監視及び管理することに使用され、上記アンカーブロックは、メカニカルリリーサーを介してアンカーシステムに接続され、海底ネットワーク設備を海底に固定させることに使用され、
上記海底地震探査設備は、複数の海底地震計測ネットワークノードを含み、複数の海底地震計ネットワークノードの両端が上記海底光電気複合ケーブルを介して直列接続され、上記海底地震計測ネットワークノードは、データ伝送短絡部と海底地震計モジュールを含み、上記データ伝送短絡部は、上記海底地震計モジュールに接続され、高圧電源信号を降圧処理し、受信した信号を光電変換することに使用され、上記海底地震計モジュールは、海底の振動を検知し、地震信号を探査及び生成することに使用される。
上記ブイフロートには上記ラックが設置され、上記ラックには衛星トランシーバー、上記モノのインターネットプラットフォームサーバー、上記ネットワークタイムサーバー、上記エネルギー自己供給装置、上記ナビゲーションマーク、上記目標検知ネットワークカメラが設置され、
上記ナビゲーションマークは、海面ブイネットワーク設備の番号及び位置情報を放送することに使用され、
上記目標検知ネットワークカメラは、上記モノのインターネットプラットフォームサーバーに接続され、通過する船を自動的に認識し、上記船を撮影し、撮影した画像を自動的に上記モノのインターネットプラットフォームサーバーにアップロードすることに使用されるようにしてもよい。
上記光電変換キャビティ及び上記海底荷重コネクタは、それぞれ鎧装光電複合ケーブルの両端に接続され、上記アンカーシステムフロートは、上記海底荷重コネクタの上記鎧装光電複合ケーブルに近い一側に位置し、上記海面コネクタは、上記光電変換キャビティと上記海面ブイネットワーク設備を機械的に接続し、上記海底荷重コネクタは、上記海底ネットワーク設備のメカニカルリリーサーと鎧装光電複合ケーブルを機械的に接続し、上記光電変換キャビティは、上記エネルギー自己供給装置から供給された電源信号を高圧電源信号に変換し、上記高圧電源信号を海底ネットワーク設備に伝送し、また、受信された信号を光電変換することに使用されるようにしてもよい。
上記光電ハイブリッド差し込みコネクタは、アンカーシステムと光電分離キャビンを接続することに使用され、上記ウェットメイト型光電差し込みコネクタは、上記海底地震探査設備と上記光電分離キャビンを接続することに使用され、上記無線ネットワークインターフェースは、上記水中の無線センサーに無線で接続することに使用されるようにしてもよい。
上記地震センサーは、3つあり、それぞれ1つの上記第1信号調整変換回路が接続され、上記第1信号調整変換回路、上記光ファイバージャイロコンパス及び上記姿勢センサーは、いずれも第1プロセッサに接続され、上記第1信号調整変換回路は、受信した信号に対して調整及びアナログデジタル変換を行って、地震信号を取得することに使用され、上記光ファイバージャイロコンパスは、方位情報を取得することに使用され、上記姿勢センサーは、ピッチ角とロール角を取得することに使用され、上記第1プロセッサは、上記地震信号、上記方位情報、上記ピッチ角、及び上記ロール角をデータ伝送短絡部に送信するために使用されるようにしてもよい。
上記ハイドロフォンは、海水のアナログ振動信号を取得することに使用され、上記第2信号調整変換回路は、ハイドロフォン及び上記第2プロセッサーそれぞれに接続され、海水のアナログ振動信号を調整して変換し、海水の振動信号を取得し、上記海水振動信号を第2プロセッサーに伝送することに使用され、上記第2プロセッサーは、上記海水振動信号をデータ伝送短絡部に伝送することに使用されるようにしてもよい。
本発明は、海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置及びシステムを提案しており、該観測装置の海面ブイネットワーク設備と海底ネットワーク設備は、アンカーシステムを介して接続され、海底ネットワーク設備と海底地震探査設備は、海底光電複合ケーブルを介して接続され、海面ブイネットワーク設備は、衛星トランシーバー、モノのインターネットプラットフォームサーバー、ネットワークタイムサーバー及びエネルギー自己供給装置を含み、海底ネットワーク設備は、光電分離キャビン、海底サーバー、アンカーブロック及びメカニカルリリーサーを含み、海底地震探査設備は、複数の海底地震計ネットワークノードを含み、複数の海底地震計ネットワークノードの両端が海底光電複合ケーブルを介して直列接続される。本発明は、海底構造探査にも、地震災害や津波の事前警報にも使用でき、エネルギー自己供装置の設置によりエネルギー自己供給、長寿命及び無人作業が実現され、ネットワークタイムサーバーの設置によりネットワークタイミングが実現すされ、自己容量式自己浮上海底地震計に存在するクロックドリフトの問題が解決された。
図2は、本発明の実施例における海面ブイネットワーク設備の構造ブロック図である。図2に示すように、上記海面ブイネットワーク設備1は、衛星トランシーバー101、モノのインターネットプラットフォームサーバー102、ネットワークタイムサーバー103、及びエネルギー自己供給装置104を含み、上記衛星トランシーバー101及び上記ネットワークタイムサーバー103は、いずれもモノのインターネットプラットフォームサーバー102と通信可能に接続され、上記衛星トランシーバー101は、衛星7を介して陸上ネットワークコントロールセンター8と通信し、上記エネルギー自己供給装置104は、上記衛星トランシーバー101及び上記ネットワークタイムサーバー103それぞれに接続され、上記モノのインターネットプラットフォームサーバー102は、上記海底地震探査設備4に対して監視及び管理し、受信した上記海底地震探査設備4からの地震信号を上記衛星トランシーバー101に送信し、また、受信した上記衛星トランシーバー101からの制御指令を上記海底地震探査設備4に送信することに使用され、上記エネルギー自己供給装置104は、上記衛星トランシーバー101、上記ネットワークタイムサーバー103及び上記海底ネットワーク設備2に電源信号を提供することに使用される。
図3は、本発明の実施例における海底ネットワーク設備の構造ブロック図である。図3に示すように、上記海底ネットワーク設備2は、光電分離キャビン201、海底サーバー202、アンカーブロック203及びメカニカルリリーサー204を含み、上記光電分離キャビン201は、上記アンカーシステム3及び上記海底地震探査設備4それぞれに接続され、上記海底地震探査設備4に高圧電源信号を提供し、受信した上記海底地震探査設備4からの地震信号を上記海面ブイネットワーク設備1に送信することに使用され、上記海底サーバー202は、上記光電分離キャビンに接続され、上記モノのインターネットプラットフォームサーバー102と連携して、上記海底地震探査装置4を監視及び管理することに使用され、上記アンカーブロック203は、上記メカニカルリリーサー204を介してアンカーシステム3に接続され、上記海底ネットワーク設備2を海底に固定させることに使用され、観測装置を回収するときに、上記メカニカルリリーサー204がリリースし、上記アンカーシステム3がアンカーブロック203と分離し、上記アンカーブロック203の水中での重量が上記ブイフロート105の最大排水量以上であり、好ましくは、上記アンカーブロック203の重量が4トン以上である。
図4は、本発明の実施例におけるアンカーシステムの構造模式図であり、図5は、本発明の実施例におけるアンカーシステムの構造ブロック図である。図4と5に示すように、上記アンカーシステム3は、海面コネクタ301、光電変換キャビティ302、海底荷重コネクタ303、鎧装光電複合ケーブル304及びアンカーシステムフロート305を含む。
上記海底地震探査設備4は、複数の海底地震計ネットワークノードを含み、流線型デザインを採用し、複数の上記海底地震計ネットワークノードの両端が上記海底光電複合ケーブル6を介して直列接続され、上記海底地震計ネットワークノードは、データ伝送短絡部401及び海底地震計モジュール402を含み、上記データ伝送短絡部401は、上記海底地震計モジュール402に接続され、上記データ伝送短絡部401は、上記高圧電源信号を降圧処理し、また受信した信号を光電変換することに使用され、上記海底地震計モジュール402は、海底振動を検知し、地震信号を探査及び生成することに使用され、図6は、本発明の実施例における海底地震計ネットワークノードの構造模式図であり、図6に示すように、各上記海底地震計ネットワークノードは、図6の図(a)と図(b)のとおり、1つ又は2つの海底地震計モジュール402を含む。
上記水中無線センサー5は、1つ又は複数あり、上記水中無線センサー5は、自己容量方式で作動し、水中音響通信技術又は低周波電磁波通信技術によってデータを海底ネットワークプラットフォームに無線でアップロードする。上記水中無線センサー5は、静的センサー又は自律型無人潜水機(AUV)に搭載した動的センサーであってもよい。上記水中無線センサー5は、無線で伝送する海底地震計であってもよく、圧力、加速度、温度、密度、塩分、酸性、化学性、導電率、pH、酸素ガス、水素ガス、溶存メタン、濁度などのセンサーであってもよい。
1)海底地震を探査して、海底構造科学研究に使用できるとともに、海底地震観測をして、地震災害や津波の事前警報に使用でき、また、エネルギー自己供給、長寿命及び無人作業が可能である。
2)海底地震計モジュールは、従来のレベリング装置を完全に省略し、海底地震計ネットワークノードを任意の方向に配置することができ、且つ海底の傾斜角に制限されず、実施しやすくなり、また、海底地震計がPTPネットワークを使用してタイミングし、ネットワークにおけるすべてのノードの時間システムが、誤差が1ミリ秒以下であるほど協定世界時(UTC)と一致し、従来の設備におけるクロックドリフトの問題を完全に解決した。
3)海底ネットワーク設備は、AUVに搭載されている無線センサーを含む多様な水中無線センサーに接続されることができ、分散的で豊かな環境感知能力を持っており、拡張可能なモノのインターネットを形成する。
2:海底ネットワーク設備
3:アンカーシステム
4:海底地震探査設備
5:水中無線センサー
6:海底光電複合ケーブル
7:衛星
8:陸上ネットワークコントロールセンター
101:衛星トランシーバー
102:インターネットプラットフォームサーバー
103:ネットワークタイムサーバー
104:エネルギー自己供給装置
105:ブイフロート
106:ラック
107:ナビゲーションマーク
108:目標検知ネットワークカメラ
201:光電分離キャビン
202:海底サーバー
203:アンカーブロック
204:メカニカルリリーサー
205:第1PTPスレーブクロック
206:第1DC/DCレギュレータモジュール
207:第1DC/DC降圧モジュール
208:バックアップ電源
209:光電ハイブリッド差し込みコネクタ
210:ウェットメイト型光電差し込みコネクタ
211:無線ネットワークインターフェース
212:バックアップ充放電インターフェース
301:海面コネクタ
302:光電変換キャビティ
303:海底荷重コネクタ
304:鎧装光電複合ケーブル
305:アンカーシステムフロート
3010:ユニバーサルジョイントコネクタ
3011:荷重電気スリップリング
401:データ伝送短絡部
402:海底地震計モジュール
Claims (10)
- 海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置であって、
海面ブイネットワーク設備、海底ネットワーク設備、アンカーシステム及び海底地震探査設備を含み、
前記海面ブイネットワーク設備は、海面に浮かび、前記海底ネットワーク設備及び前記海底地震探査設備は、いずれも海底に配置され、前記海底地震探査設備は、1つ又は複数あり、前記海面ブイネットワーク設備は、前記アンカーシステムを介して前記海底ネットワーク設備に接続され、前記海底ネットワーク設備は、前記海底光電複合ケーブルを介して前記海底地震探査設備に接続され、
前記海面ブイネットワーク設備は、衛星トランシーバー、モノのインターネットプラットフォームサーバー、ネットワークタイムサーバー及びエネルギー自己供給装置を含み、前記衛星トランシーバー及び前記ネットワークタイムサーバーは、いずれも前記モノのインターネットプラットフォームサーバーと通信可能に接続され、前記衛星トランシーバーは、衛星を介して陸上ネットワークコントロールセンターと通信し、前記エネルギー自己供給装置は、前記衛星トランシーバー及び前記ネットワークタイムサーバーそれぞれに接続され、前記モノのインターネットプラットフォームサーバーは、前記海底地震探査設備に対して監視及び管理し、受信した前記海底地震探査設備からの地震信号を前記海面衛星トランシーバーに送信し、また受信した前記海面衛星トランシーバーからの制御指令を前記海底地震探査設備に送信することに使用され、前記ネットワークタイムサーバーは、前記モノのインターネットプラットフォームサーバーを介して前記海底地震観測装置にクロック信号を提供することに使用され、前記エネルギー自己供給装置は、前記衛星トランシーバー、前記ネットワークタイムサーバー及び前記海底ネットワーク設備に電源信号を提供することに使用され、
前記海底ネットワーク設備は、光電分離キャビン、海底サーバー、アンカーブロック及びメカニカルリリーサーを含み、前記光電分離キャビンは、前記アンカーシステム及び前記海底地震探査設備それぞれに接続され、前記海底地震探査設備に高圧電源信号を提供し、また、受信した前記海底地震探査設備からの地震信号を前記海面ブイネットワーク設備に送信することに使用され、前記海底サーバーは、前記光電分離キャビンに接続され、前記モノのインターネットプラットフォームサーバーと連携して、前記海底地震探査設備に対して監視及び管理することに使用され、前記アンカーブロックは、前記メカニカルリリーサーを介して前記アンカーシステムに接続され、前記海底ネットワーク設備を海底に固定させることに使用され、
前記海底地震探査設備は、複数の海底地震計ネットワークノードを含み、複数の前記海底地震計ネットワークノードの両端が前記海底光電複合ケーブルを介して直列接続され、前記海底地震計ネットワークノードは、データ伝送短絡部と海底地震計モジュールを含み、前記データ伝送短絡部は、前記海底地震計モジュールに接続され、前記高圧電源信号を降圧処理し、受信した信号を光電変換することに使用され、前記地震計モジュールは、海底の振動を検知し、地震信号を探査及び生成することに使用される、ことを特徴とする海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。 - 前記観測装置は、水中無線センサーをさらに含み、前記水中無線センサーは、前記海底ネットワーク設備に無線で接続され、水中音響データを収集し、前記水中音響データを無線で前記海底ネットワーク設備に伝送することに使用される、ことを特徴とする請求項1記載の海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。
- 前記海面ブイネットワーク設備は、ブイフロート、ラック、ナビゲーションマーク及び目標検知ネットワークカメラをさらに含み、
前記ブイフロートには前記ラックが設置され、前記ラックには前記衛星トランシーバー、前記モノのインターネットプラットフォームサーバー、前記ネットワークタイムサーバー、前記エネルギー自己供給装置、前記ナビゲーションマーク、前記目標検知ネットワークカメラが設置され、
前記ナビゲーションマークは、前記海面ブイネットワーク設備の番号と位置情報を放送することに使用され、
前記目標検知ネットワークカメラは、前記モノのインターネットプラットフォームサーバーに接続され、通過する船を自動的に検知し、船を撮影し、撮影した画像を自動的に前記モノのインターネットプラットフォームサーバーにアップロードする、ことを特徴とする請求項1記載の海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。 - 前記アンカーシステムは、海面コネクタ、光電変換キャビティ、海底荷重コネクタ、鎧装光電複合ケーブル及びアンカーシステムフロートを含み、
前記光電変換キャビティ及び前記海底荷重コネクタは、それぞれ前記鎧装光電複合ケーブルの両端に接続され、前記アンカーシステムフロートは、前記鎧装光電複合ケーブルの前記海底荷重コネクタに近い一側に位置し、前記海面コネクタは、前記光電変換キャビティと前記海面ブイネットワーク設備を機械的に接続し、前記海底荷重コネクタは、前記海底ネットワーク設備の前記メカニカルリリーサーと前記鎧装光電複合ケーブルを機械的に接続し、前記光電変換キャビティは、前記エネルギー自己供給装置から供給された電源信号を高圧電源信号に変換し、前記高圧電源信号を前記海底ネットワーク設備に伝送し、また、受信された信号を光電変換することに使用される、ことを特徴とする請求項1記載の海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。 - 前記海底ネットワーク設備は、光電ハイブリッド差し込みコネクタ、ウェットメイト型光電差し込みコネクタ及び無線ネットワークインターフェースをさらに含み、
前記光電ハイブリッド差し込みコネクタは、前記アンカーシステムと前記光電分離キャビンを接続することに使用され、前記ウェットメイト型光電差し込みコネクタは、前記海底地震探査設備と前記光電分離キャビンを接続することに使用され、前記無線ネットワークインターフェースは、前記水中無線センサーに無線で接続されることに使用される、ことを特徴とする請求項2記載の海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。 - 前記海底地震計ネットワークノードは、海底ハイドロフォンモジュールをさらに含み、前記海底ハイドロフォンモジュール及び前記データ伝送短絡部は、海水の振動を検知することに使用される、ことを特徴とする請求項1記載の海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。
- 海底地震計モジュールは、地震センサー、第1信号調整変換回路、第1プロセッサー、光ファイバージャイロコンパス、姿勢センサーを含み、
前記地震センサーは、3つあり、それぞれ1つの前記第1信号調整変換回路が接続され、前記第1信号調整変換回路、前記光ファイバージャイロコンパス及び前記姿勢センサーは、いずれも前記第1プロセッサーに接続され、前記第1信号調整変換回路は、受信した信号に対して調整及びアナログデジタル変換を行って、地震信号を取得することに使用され、前記光ファイバージャイロコンパスは、方位情報を取得するたことに使用され、前記姿勢センサーは、ピッチ角とロール角を取得することに使用され、前記第1プロセッサーは、前記地震信号、前記前記方位情報、前記ピッチ角、及び前記ロール角を前記データ伝送短絡部に送信することに使用される、ことを特徴とする請求項1記載の海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。 - 前記海底ハイドロフォンモジュールは、ハイドロフォン、第2信号調整変換回路及び第2プロセッサーを含み、
前記ハイドロフォンは、海水のアナログ振動信号を取得することに使用され、前記第2信号調整変換回路は、前記ハイドロフォン及び前記第2プロセッサーそれぞれに接続され、前記海水のアナログ振動信号を調整して変換し、海水振動信号を取得し、前記海水振動信号を前記第2プロセッサーに伝送することに使用され、前記第2プロセッサーは、前記海水振動信号を前記データ伝送短絡部に伝送することに使用される、ことを特徴とする請求項6記載の海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。 - 前記海面コネクタは、ユニバーサルジョイントコネクタと荷重電気スリップリングを含み、前記ユニバーサルジョイントコネクタは、前記海面ブイネットワーク設備のブイフロートと前記荷重電気スリップリングを機械的に接続し、前記前記荷重電気スリップリングの他端が前記光電変換キャビティに接続される、ことを特徴とする請求項4記載の海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測装置。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の観測装置を複数含み、各前記観測装置におけるいずれか1つの海底地震探査設備の端部が隣接する観測装置に接続される、ことを特徴とする海底のモノのインターネットに基づく海底地震観測システム。
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