传感器深海探测论文

1、本科传感器技术课程考试试卷深海探测摘要随着科学技术的发展，人类对自然环境的认识不断提高，同时对矿产 资源的不断增加，使得深海探测技术受到越来越多的关注。本文针对当前人类面临的陆地资源和能源日趋严峻的危机，讨论了深 海资源和能源开发利用的前景，认为深海资源和能源是21世纪的资源储备， 要保持世界经济的可持续性发展，就必须运用海洋高新科学技术开发利用 深海资源，而这一过程就是深海探测。并强调了在开发利用深海资源的同 时要注重环境效应，只有科学、合理、有序地开发利用海洋资源，才能使 人类实现可持续性发展。文章后面还介绍了我国在深海探测所取得的成就，以及在深海探测技 术在国际上的地位，还说到了我国深海

2、探测技术装备发展现状。关键词：深海探测，深海探测技术，深海资源，高新技术，环境效应目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 摘要11引言3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2河运3 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 3航海43.1什么是航海43.2航海的发展4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4深海探测54.1什么是深海探测54.2深海已成世界各国能源争夺的新阵地54.

3、3深海探测技术64.3.1定位与通讯技术64.3.2声学技术64.3.3光学技术74.3.4海底拖曳视声观测技术 74.3.5采样技术74.3.6深海机器人7 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 5我国深海探测技术装备发展现状75.1我国对近海和远洋的基础调查 75.2我国对国际海底资源的勘探85.3我国的海洋资源调查、探测技术装备8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 6展望和建议9 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 参考文献101弓|言深海是指水

4、深1000m以下的海洋，它占据了海洋面积的3/4,其沉积物覆盖 了 50%以上的地球表层。深海及深海沉积物中的微生物面临着高压、高温、黑 暗及低营养水平等几个主要的极端环境，长期以来一直被认为是一片“荒芜的沙 漠”。随着科学技术的发展，这个人类曾经难以到达的深海世界，凭借其得天独 厚的资源优势吸引了越来越多的目光。21世纪是海洋经济时代，浩瀚的海洋是资源和能源的宝库，也是人类实现 可持续性发展的重要基地。当今世界人类正面临着“全球人口不断膨胀，陆地资 源和能源日趋严峻”的危机，世界各国都把发展的希望寄托在占地球表面积71% 的海洋上，越来越多的国家都把合理有序地开发利用海洋资源和能源、保护海洋

5、 环境作为求生存、求发展的基本国策。深海中蕴藏着丰富的战略金属矿产、能源 和生物资源，经过20世纪70年代“国际十年海洋考察”和各国科学家的不断努 力，人类己极大地增长了对深海资源的认识，目前全球一个开发利用和保护海洋 资源和能源、攻克海洋高科技开发技术的世纪之潮己经兴起，从蓝色的海洋中索 取资源，使之成为世界经济发展新的增长点，正成为我们这个时代的特征。2河运历代王朝把所征粮食经由河道运至京师，称为“河运”，与河运相关联 的还有“海运”、“陆运”、“航运”等。汉以后多用河运，元代兼用海运， 清末改用轮船海运，河运开始废弃，然而到了现在，河运、海运、陆运、 航运，它们在世界上各处都有，也各有各

6、的优劣。元代的危素在元海运 志里写到：“命三省造船二千艘於济州河运粮，犹未专於海道也。”郑观应在盛世危言铁路写到“自河运改行海运以来，轮舶往还，费省而效 捷。”可见，河运在中国古代占有很大的作用。北宋时东京各运河3航海3.1什么是航海人是一种不安分的动物，总想去看看远处未知的世界，想看看大海的 另一边有什么东西，于是人们就驾着船开始了远航，这就是航海的开始。航海是人类认识、利用、开发海洋的基础和前提。不论是从事海洋捕 捞和海洋养殖，还是在海上从事旅客与货物运输，在海洋中开展国防和军 事活动，对海洋进行科学考察，开发海底石油和矿藏等资源，在海上进行 体育运动和休闲活动等等，从古到今，人类在海洋中

7、的一切活动都离不开 航海，即人驾驶船在海上航行、停泊和作业。航海是人类在海上航行，跨越海洋，由一方陆地去到另一方陆地的活 动。在从前航海只是一种冒险行为，因为那时人类的地理知识有限，彼岸 是不可知的世界。人类在新石器时代晚期就已有航海活动，中国汉代已远 航至印度，把当时罗马帝国与中国联系起来，唐代为扩大海外贸易，开辟 了海上丝绸之路，船舶远航到亚丁湾附近。而明朝航海家郑和率领庞大舟 师七下西洋，更是拉开了人类走向远洋的序幕。3.2航海的发展古代的科学技术还比较落后，在当时的条件下，航海是靠山形水势及 地物为导航标志，属地文航海；而以星辰日月为引航标志的，则属天文航 海技术之一种。指南针是中国历

8、史上的一大发明，宋代将其应用到航海上， 解决了海上航行的定向，也开创了仪器导航的先例。现代船上使用的磁罗 经，是十二世纪船用磁罗经传入欧洲后，由英国人开尔文改进了的海军型 磁罗经。助航设施灯塔也很早就已使用，公元前 280年在埃及亚历山大港 建造了高六百多米的灯塔，1732年英国在泰晤士河口设置了灯塔，1767年 在美洲特拉华设立了浮标。十六世纪始，航海技术迅速发展。1569年地理学家墨卡托发明的投影 成为现代海图绘制的基础。进入20世纪后，现代航海技术取得重大成就， 六十年代出现奥米加导航系统，随后又出现和应用了卫星导航系统、自动 标绘雷达等。航海要求船舶迅速而安全地行驶，在现代条件下，需采

9、用现 代导航设备，了解国际水运法规，世界各国海上交通管理制度。为保证人 身、船舶、货物和海洋环境的安全，船舶上还需设置救生、防火、防污染 设备和航海仪表及通信设备等。在人类社会发展的进程中，欧洲国家率先从封建主义时代进入资本主 义时代，各门类科学技术取得突飞猛进的发展。新的材料、机械、电气、 电子、控制、信息技术逐步应用于航海，形成了近代和现代航海科学技术。 十八世纪炼铁业的发展导致1787年制造出第一艘铁木船，1841年建造出第 一艘铁质船；1858年出现了钢，1866年开始用钢造船。就船舶动力而言， 1769年研制成双向蒸汽机，1783年则制成蒸汽动力明轮船；1876年研制成 功内燃机，1

10、903年则制成内燃机船。18世纪机械制造业发展与天文学结合， 致使1730年发明航用六分仪，1888年发现电磁波，1895年发明无线电报， 尔后船舶采用无线电通信；1935年发明雷达，随即于1937年开始用于船舶 探测目标、定位、导航与避碰；1957年发射第一颗人造地球卫星，1964年 就研制出卫星导航系统，航海科学技术的不断进步，使航海从技艺逐步发 展成为科学技术，从帆船时代进入机动船时代，从地文航海和天文航海时 代进入电子航海时代。4深海探测4.1什么是深海探测人类当然不能只满足于航海，大海是那么的广大，大海是那么的神秘， 大海是那么的吸引人，人们很想知道深海底下到底有什么东西，于是开始

11、了深海探测。深海探测就是自己或者用其他装备对深海进行的一系列勘探 活动。地球的表面百分之七十是蓝色的海洋，地球上的生物约有百分之八十 在生活海洋之中。海洋为人类的生存和发展提供了丰富的宝藏和无穷的资 源。然而，令人遗憾的是，人类享有这片被水淹没的巨大生境的自由度却 是有限的。戴有水下呼吸器的潜水员只能触及海洋的表层，即只能下潜五 十米，这不及从海面到洋低最深处的百分之二，大约只有潜水器能把人员 载送到洋低最深处的一半略深处，也只有几个机器人探测器和摄影机能够 潜得比这更深。1960年，有人驾驶深海潜水器“的里雅斯特”号，曾经到 达11275米深的马里亚纳海沟的底部，然而，如今却只有日本的新型机

12、器 人潜水器能够到达这样的深度。4.2深海已成世界各国能源争夺的新阵地科学家向我们描绘了生动形象的“海底图画”：4万千米长的大洋中脊首尾 相接，无数金属硫化物“黑烟囱”堆积成了海底矿床，广袤的海底盆地分布着大 量金属结壳，那里是人类最后的资源宝库。深海石油及海底表面各种结核矿物的 储量，足以使地球上的工厂运转数个世纪。2010年进行商业性开采，或许早已 成了一些跨国公司的目标。政治家的眼里无疑是权力。占据地球表面积近一半的 国际海底区域，是这颗星球上最大的政治地理单元。然而这最后一片“未被占有” 的区域，至今只具有特殊的法律地位。也许再过几年，也许就在不久的将来，世 界强国对于某些特定地点的深

13、海争夺，就将成为国际政治的热点问题。这些具有 特别意义的深海海床遍布四大洋，在一些国际战略家眼中，它们早已被贴上这样 那样的标签，比如“大国战略要点”、“未来海底要塞”、“新能源要地”、“科 技资源仓库”，诸如此类。其实，早有科学家预测，深海，这片迄今为止人类知之最少的“科学盲区”， 将成为继太空之后下一个关系到人类社会发展的重要地域。4.3深海探测技术随着海洋科学的发展，海洋勘探技术也得到迅猛发展，除了常规的地 球物理勘探技术（如地震、重力、磁力等）和地球化学勘探技术外，还出现 了一系列的新技术和新方法，这集中体现在高精度的数据采集、实时动态 监控、实时处理、数据的精细后处理以及图像处理技术

14、、模式识别技术、 计算机技术的深入应用等。目前的海洋勘探技术主要有6个方面。4.3.1定位与通讯技术定位技术目前主要采用差分 GPS技术（DGPs）来提高导航定位精度。通 讯技术则主要是建立陆基支持网与船只内部网之间的通讯，使海洋勘探中 所获得的海量数据不必借助磁带、光盘等数据存储介质进行相互拷贝，只 需通过陆基支持网与船只内部网之间的通讯，即可实现数据的实时共享， 使数据在船只和陆地之间快速传输，实时处理。4.3.2声学技术声学技术包括多波束测深技术、侧扫声纳技术、侧扫测深技术、浅地 层探测技术、水下目标跟踪定位技术等 l5。多波束测深系统是80年代发 展起来的具有高精度、高效率的全覆盖测深

15、系统，它的广泛应用为水深测 量领域带来了一场革命，打破了水深测量的比例尺框架，它根据水深和扫 幅宽度来布设测线，以达到全覆盖测量，海底地形通过现场处理后可实时 显示和出图叹侧扫声纳是提供海底图像的水下声扫描系统，海底光学摄像或照相系 统虽然其分辨率远比侧扫声纳高，但光在海水中的衰减大大高于声波，所 以其可视范围很小，最大仅为sm。而侧扫声纳的可探测距离达750m。因此 大面积勘探海底地貌和障碍物用侧扫声纳比用光学系统的效率可成百倍地 提高。侧扫测深技术是将声干涉技术用于声纳系统中，即在传统的拖体两侧 各增加多个侧扫声纳接收换能器，由拖体两侧的多个换能器接收声纳回波 信号。接收换能器所接收的声纳

16、回波信号存在相位差，产生声纳信号干涉， 声纳系统的侧扫探测就是利用声纳信号干涉进行水深探测。浅地层探测技术是 一种水下遥测海底及 其下伏底层结构和形 态的技 术，其基本原理仍是利用声脉冲向下发射，通过接收水听器接收海底及透 射到海底以下各层的反射回波，来记录形成连续走航的地层剖面图。水下目标跟踪定位技术主要有超短基线、短基线、长基线定位技术和 超短基线与长基线定位技术的组合，其中短基线定位技术目前已很少使用。 超短基线定位技术主要用于长测线的水下设备定位，但目前其最大作用距 离只有3000m，最大工作水深只有2000m。长基线定位技术需在海底设置 3 到4个声标，船底安装发射换能器，通过测定母

17、船与声标的距离，测定水 下设备与声标、母船的距离，以及水下设备与各声标的距离，来确定水下 设备相对母船的位置。长基线定位技术与超短基线定位技术相比的主要优 点是定位精度高，主要用于小范围内水下设备的精确定位。4.3.3光学技术光学技术主要有海底照相、海底摄像、星载遥感和机载遥感技术等。 海底照相、摄像可对海底目标进行连续观测和定点观测，我国已拥有海底 照相系统、海底摄像系统和利用近岸SAR影像进行极浅水区域的水下地形反演技术等。4.3.4海底拖曳视声观测技术海底拖曳观测技术是当今国际海洋领域在海底勘探中的高新技术，具 有高技术集成和多方法综合的特点。该项技术运用海底照相、摄像、声纳 探测等手段

18、，获得的资料直观可靠、精度高，在海底资源、陆架调查、海 洋工程调查等方面有着广泛的应用前景。4.3.5采样技术目前已有的地质取样设备有可取得海底沉积物的箱式取样器，取海底 岩芯样品的活塞式液压取样器，可取到大口径基本不扰动的沉积物样和上 覆水的多管取样器，以及重力活塞取样器、海底浅钻装置、电视抓斗、带 重锤式拖网和沉积物捕获器等。4.3.6水下机器人由于深海水压大，潜水员不可能到达数千米深的海底，必须使用水下 机器人或载人潜水器进行海底科学考察。世界各国对水下机器人的研究非 常重视，法、俄、美、日等国相继使用水下机器人进行了海底科学考察和 军事试验。1999年日本成功地使用自制的水下机器人潜入

19、超过1100om的马里亚纳海沟进行海底摄像和机械手取样试验，显示了其强大的技术力量。 水下机器人一般拥有电视、机械手、CTD探测仪、声纳装置等，主要分载人 和不载人二种。我国从20世纪90年代开始研制，己经完成了具备摄像、声纳探测、温盐深测量等功能的水下机器人的研制，并于 1995年在水深5 000m左右的东太平洋进行了试验，获得了圆满成功。5我国深海探测技术装备发展现状改革开放以来，我国高度重视对近海、远洋乃至两极海域的科学考察 与资源调查、探索工作。通过实施海洋863高技术计划、海洋勘测专项计划等重大国家科技攻关计划，并通过海洋探测技术及装备引进和自主研发， 使我国在海洋探测及其技术装备领

20、域取得了举世瞩目的成就。我国在大洋 勘探、两极科考方面进入世界先进国家行列，部分海洋探测技术成果达到 国际领先水平。5.1我国对近海和远洋的基础调查“我国专属经济区和大陆架勘测”、“南沙群岛及其邻近海区综合科学 考察”、“南极科学考察和北极科学考察”、“海洋科学数据库”、“极地科学 数据库”等基础调查和基础工作皆取得了显著的成绩，获取了一批对我国 海洋经济发展、海洋资源开发、海洋环境保护、海洋权益维护和海洋综合 管理具有重要意义的海洋基础数据资料。如在我国南海西沙地区开展的可 燃冰调查获重大发现。2000年我国应用高分辨率多道地震测量和多波束海 底地形测量等多种技术，在西沙海槽区进行天然气水合

21、物资源的调查工作 获得了突破性进展，通过室内资料综合解释分析表明，南海北部西沙海槽 区存在天然气水合物已不容置疑，而且面积较大。另外我国开展的东海天 然气水合物研究，得出了 “东海蕴藏着储量可观的天然气水合物”的重要 结论。目前已初步探明我国海域至少有700亿吨“可燃冰”资源。5.2 我国对国际海底资源的勘探从1976年开始，我国便组织海洋调查船在太平洋赤道附近的国际海底 区域进行深海资源的调研，并分别于 1978年和1979年在4214米5443米 处采集了多金属结核样品。80年代，国家海洋局和原地质矿产部分别组织了 几个专门的航次，在中太平洋和东太平洋进行了综合性的资源调查和初步 评估。1

22、990年，“中国大洋矿产资源研究开发协会”成立，负责组织、协调 全国在国际海底区域的研究开发活动，并向联合国海底筹委会申请矿区登 记。1991年3月5日获得批准，成为继法、日、俄、印之后的第五位多金属 结核资源“先驱投资者”。随后，大洋协会组织原地质矿产部、国家海洋局、 冶金部和有色金属总公司的优势力量，在太平洋中我国15万平方公里的开辟区内进行10多次勘查。根据联合国海洋法公约规定，国分别于1996年和1999年，将分配区域中的50%面积交还联合国，作为人类的共同继 承财产，其余7.5万平方公里海域中的矿物资源分配给我国，由我国进行 专属性开采，使我国在太平洋上获得了一块“中国地”。这块7.

23、5万平方公 里的海域，位于北太平洋上的克拉里昂-克林帕顿断裂带之内，在夏威夷岛 的东南方向，西经138度至157度，北纬7度至14度海域，水深5200米左右。这一多金属结核矿区在当前预期的回采率条件下，可满足年产300万吨多金属结核、开裁20年的资源需求。2001年5月，中国大洋协会与国 际海底管理局签订了勘探合同，标志着中国大洋协会已由国际海底开辟 活动的先驱投资者成为国际海底资源勘探的承包者。5.3我国的海洋资源调查、探测技术装备我国自主开发完成了分布式广域差分 GPS定位系统、双船地震遥测系 统、超短基线定位系统等10余套海底探查新仪器新装备，整体提高了海洋 探查技术能力。在海上油气田探

24、测技术方面，海上中深层高分辨率地震勘探技术跻身 世界前列。利用研制成功的480道四分量海底电缆采集系统等海上多波地 震勘探技术，成功地完成了渤海海上试验，首次依靠自主技术取得实际多 波信息。成功开发出一种便携式高灵敏度油气探查装置820型高灵敏度气态烃现场测定系统。该装置可用于检测沉积物中的超微量甲烷、乙烷、 丙烷及氢气的含量，检测灵敏度可达到十亿分之一。该系统创新之处是， 可以在勘探现场对岩芯、土壤样品进行分析测定，同时测定多种化学物质 和多个其他参数，具有体积小、成本低、灵敏度高、功耗低、易操作，远 距离提供数据处理结果等特点，性能达到国际领先水平，对我国普查勘探 和开发“可燃冰”这种后备能源具有特别重要意义。取样设备方面，由单一的抓斗、无缆到箱式、多管取样器；水深测量 由传统的测深仪