從2003年，燈塔海洋研發(fā)公司開始嘗試研制一種可以廣泛用于各種海況下的海洋環(huán)境觀測網(wǎng)，最終選擇了當時處于技術前沿的有纜觀測網(wǎng)技術來實現(xiàn)實時環(huán)境觀測。這一技術開發(fā)的目標用戶主要是工業(yè)界，尤其是海上油氣公司，以及各種級別的海洋環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)。燈塔海洋研發(fā)公司經(jīng)過和多個國家洽談協(xié)商，最終和阿曼農(nóng)業(yè)和漁業(yè)部達成合作共識，選擇北阿拉伯海作為海洋觀測網(wǎng)實驗海區(qū)。該觀測網(wǎng)主要利用光纜作為傳輸方式，并結(jié)合公共電信數(shù)據(jù)線和衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷嘀財?shù)據(jù)傳輸手段，可以瞬間將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞澜缛魏蔚胤剑瑵M足用戶需求。北阿拉伯海觀測網(wǎng)采用雙向數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)中心位于美國休斯敦，在該中心可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸、實時監(jiān)控和遠程儀器設備控制、設備異常排查和整個系統(tǒng)的重啟等。

系統(tǒng)所需電力由光纜持續(xù)不斷地傳輸給系統(tǒng)中的設備和儀器，光纜的另一端連接到一個全自動化的無人海岸基站中。這一岸基站位于阿曼，平時采用當?shù)氐墓╇娤到y(tǒng)給觀測網(wǎng)絡提供持續(xù)不斷的電能。另外，無人岸基站中還備有完備的柴油機發(fā)電系統(tǒng)，以備出現(xiàn)停電時自動啟動。

5.2.1 觀測系統(tǒng)組成

北阿拉伯海觀測網(wǎng)共分為深水和淺水兩個獨立的觀測網(wǎng)（圖5-1），每個觀測網(wǎng)配有一個獨立的海岸基站。

1.淺水系統(tǒng)

淺水觀測網(wǎng)絡（LORIⅠ）于2005夏季建成和投入運行，并一直正常運行到2014年項目結(jié)束。作為燈塔海洋研發(fā)公司的旗艦系統(tǒng)，淺水系統(tǒng)位于阿曼海的北部（圖5-1）。該系統(tǒng)有5個海洋觀測節(jié)點和1個岸上無人自動化岸基站組成，節(jié)點和岸基站之間由光纜連接，構(gòu)成一個完整的網(wǎng)絡。整個系統(tǒng)橫跨阿曼海北部的大陸架和大陸坡，水深60～1350m。靠近海岸的4個節(jié)點由4個潛標組成（圖5-1（b）），上面安裝了8個安德拉海流剖面儀（Aanderaa Recording Doppler Current Profiler，RDCP）。RDCP主要用于海流剖面觀測，另外可同時觀測水溫、電導率（鹽度）、濁度、溶解氧和水壓（深度）；遠離海岸的1個節(jié)點由1個地震海嘯預警系統(tǒng)（Seismic Tsunami Early Warning System，STEWS）構(gòu)成。STEWS是燈塔海洋研發(fā)公司和美國伍茲霍爾海洋研究所的科學家共同開發(fā)的，它提供連續(xù)的、實時的數(shù)據(jù)，用于當?shù)氐牡卣痤A警以及為全球地震研究中心提供數(shù)據(jù)。STEWS是在2007年被追加到LORIⅠ系統(tǒng)中的，以測試系統(tǒng)的可拓展性并運行至項目結(jié)束。

2.深水系統(tǒng)

深水系統(tǒng)（LORIⅡ）主要位于阿曼Rasal Hadd海岬的外海海區(qū)沿3000m等深線分布（圖5-1）。雖然深水有纜海洋觀測系統(tǒng)于2010年1月才正式啟動，但相關數(shù)據(jù)的采集可追溯到2005年。在2005年夏天，當淺水觀測系統(tǒng)投入使用的時候，燈塔海洋研發(fā)公司就投放了三個內(nèi)儲式自動化的海洋觀測站到后來的LORIⅡ有纜海洋觀測節(jié)點的位置上。同時，第四個自動化海洋觀測站被投放到了Murray洋脊周圍3000m水深的地方（圖5-1）。對于深水觀測網(wǎng)的選址，主要考慮洋流的研究。這一海區(qū)是來自阿拉伯海、紅海、波斯灣和阿曼海的幾個水團的交匯處，為研究復雜多變的洋流現(xiàn)象提供了一個極好機會。深水LORIⅡ光纜系統(tǒng)的每一節(jié)點由一根長達2500m的潛標，連接著7個安德拉海流剖面儀和1個聲學多普勒海流剖面儀（ADCP），用于觀測自海表到3000m海底的海流和其他水文要素。深水光纜系統(tǒng)采用了類似淺水系統(tǒng)的技術，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性卻低于淺水系統(tǒng)，尤其是ADCP的故障率遠高于淺水系統(tǒng)的RDCP，表明隨著水深的增加，系統(tǒng)的設計和建設難度也隨之增大，很多在淺水可用的技術，在深水可能會出問題。

5.2.2 系統(tǒng)的設計、安裝和維護

在深海區(qū)作業(yè)，尤其是像阿曼海這樣動力過程非常復雜的海區(qū)，對整個觀測網(wǎng)的設計、建設、運行和維護都提出了諸多全新的挑戰(zhàn)。在建造北阿拉伯海洋觀測網(wǎng)時，有纜海洋觀測還是一種全新的技術，沒有前人的經(jīng)驗和教訓可以吸取，加上缺乏歷史觀測，人們對該海區(qū)的了解非常有限，甚至連基本的環(huán)流結(jié)構(gòu)都不清楚。此外，在建網(wǎng)的過程中還遇到了其他一些技術難題，如儀器的選取。為了實現(xiàn)該網(wǎng)絡的可擴展性，在儀器的選取中要注意選擇可適性比較高的儀器。同時系統(tǒng)設計中，還要考慮這個系統(tǒng)在強流下的垂向穩(wěn)定性和一些無法預測的問題，如化學腐蝕、生物附著等。除此之外，如何準確觀測強流是系統(tǒng)設計時必須考慮的因素。雖然多普勒海流剖面儀可以在有一定傾角的情況下使用，但要想得到可信的數(shù)據(jù)，這個角度要小于20°。為了保持儀器在水中垂直，就需要有更大的浮球和更粗的纜繩，這樣就需要更重的浮標底座來錨定這個系統(tǒng)。當整個系統(tǒng)變得更重時，經(jīng)費支出也就隨著直線增加。所以，合理的系統(tǒng)設計的關鍵在于找到一個理想的平衡點。

北阿拉伯海觀測網(wǎng)安裝的準備和實施過程同樣需要考慮許多問題。在安裝系統(tǒng)前，需要對作業(yè)海底做一次系統(tǒng)的調(diào)查，這主要是為了在安裝前確定一條合理的光纜鋪設路由（圖5-2）。系統(tǒng)安裝時，光纜和基站節(jié)點需要在投放潛標前完成，然后是投放潛標，再通過水下遙控機器人（ROV）把潛標連接到海底基站上，最后開始啟動供電和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在潛標需要維護和保養(yǎng)時，水下遙控機器人將潛標底座和上面的部分斷開，底座留在水中，上面的浮球、纜繩和安裝的儀器浮到水面，然后再回收到船上進行清理、維修和更換。光纜連接的水下基站上有一個便于水下遙控機器人操作的濕插拔連接器，其主要是為了方便以后增加或更換不同種類的儀器和傳感器。濕連接口是整個系統(tǒng)最容易出問題的部分，在設計系統(tǒng)的時候要盡量減少濕連接口的個數(shù)，比如在深水系統(tǒng)中，2500m長的潛標只有一個濕連接口，其他均為干連接口。當潛標安裝完后，再由水下遙控機器人將系統(tǒng)連接到基站上的濕插拔連接器上。

圖5-2 北阿拉伯海觀測網(wǎng)海底光纜的安裝過程圖片和光纜水下節(jié)點

（a）（b）光纜從岸上由船沿著預定路線鋪設，在鋪設前，暫時用浮球漂浮在水面上；（c）海底鋪設的光纜；（d）水下地震海嘯預警系統(tǒng)的設計示意圖；（e）光纜上的濕插拔口；（f）ROV通過濕插拔口連接潛標和基站節(jié)點上的光纜