国内外自然资源监测与观测网络建设现状及经验启示

自然资源是人类生存、社会发展和经济建设的物质基础,监测与观测地球系统各圈层及山水林田湖草沙冰等要素对自然资源管理决策和地球系统科学研究具有十分重要的科学和现实意义。梳理了美国、英国、德国、法国、澳大利亚等国家自然资源相关网络的建设思路及站点部署、监测与观测内容指标、技术方法、新型装备等,总结国际经验与启示,即注重地球系统科学框架下的系统监测与综合观测,提升标准化长期连续监测与观测能力,加强天-空-地立体化协同式监测与观测。分析中国自然资源相关监测网络的发展现状和存在不足,提出建设国家自然资源监测网络的初步构想,以期为中国自然资源监测体系建设提供参考与借鉴。

面向观测网络供电的水下能量捕获技术研究进展

水下立体观测网络通过实时获取水下环境、水下目标和水下活动等相关信息,为国家海洋安全、深海能源与资源开发、海洋灾害预警预报等提供重要支撑。然而,传统基于蓄电池供电的能量供给方式越来越难以满足水下观测网络长时间持续可靠工作需求。为提升水下观测网络的续航能力,基于水下能量捕获的原位供电技术受到国内外广泛关注。海流能、波浪能具有分布广、持续性强、能量密度高等优势,因此文中重点关注面向水下立体观测网络供能的海流能与波浪能捕获装置研究进展。根据能量转换方式的不同,梳理了基于电磁发电、压电、摩擦纳米发电和混合式发电的水下能量捕获技术代表性工作,对比总结了不同发电形式的优缺点。进一步展望了水下能量捕获技术发展趋势,为水下观测网络实现原位供能提供了思路。

气象观测网络建设与监测技术研究

本论文针对气象观测网络建设和监测技术进行了研究。首先,我们分析了气象观测网络建设的重要性,并探讨了不同类型的气象观测站点的布局策略。其次,我们介绍了气象观测网络监测技术的发展现状,包括传感器技术、数据通信和处理方法等方面的进展。然后,我们讨论了气象观测网络监测技术的挑战和解决方案,如数据质量控制、网络安全和故障检测等。最后,我们展望了未来气象观测网络建设和监测技术的发展趋势,包括大数据、人工智能和物联网的应用。本研究对于提高气象观测网络的可靠性和精确性,进一步改善气象预报和灾害预警能力具有重要意义。

全国鸟类多样性观测网络(China BON-Birds)建设进展

鸟类分布于多种生境,对环境变化敏感,是开展生物多样性观测的重要指示生物类群。为实施《中国生物多样性保护战略与行动计划(2011—2030年)》和履行《生物多样性公约》,自2011年起,以环境保护部南京环境科学研究所为牵头单位,联合全国相关科研院所、高等院校、保护机构,开始探索建立全国鸟类观测网络。经过6 a多的努力,目前已建立涉及全国31个省(自治区、直辖市)的338个鸟类观测样区,包括样线1 822条、样点1 343个,其中繁殖期鸟类样点253个、越冬鸟类样点1 090个,基本建成了全国鸟类多样性观测网络。截至2016年,该观测网络共记录到鸟类22目86科943种,占中国现有记录鸟类种数的68.8%。通过观测,初步掌握了全国鸟类多样性的空间分布特征;发现部分滨海越冬水鸟栖息地因围垦开发而遭受破坏,面临着严峻威胁;一些珍稀濒危物种或拥有高种群数量(≥某物种种群数量的1%)的栖息地没有被纳入到保护范围,存在保护空缺。建议加强鸟类繁殖地、停歇地和越冬地的系统性保护。

全国蝴蝶多样性观测网络(China BON-Butterflies)建设进展

生物多样性是人类赖以生存和发展的物质基础之一,开展生物多样性观测是生物多样性研究和保护的前提与基础。为贯彻落实国务院审议通过的《中国生物多样性保护战略与行动计划(2011—2030年)》,2016年环境保护部启动了蝴蝶多样性观测工作,以蝴蝶为指示生物类群,建立了首个国家级的蝴蝶多样性观测网络。目前,全国蝴蝶观测网络在31个省(自治区、直辖市)建设完成了117个标准化观测样区、629条标准化观测样线,样线累计长度达1 200 km,年度观测数据超过20万条。通过观测,初步掌握了我国蝴蝶多样性空间分布特征,物种丰度和多度较高的观测样区均集中分布于秦岭—淮河一线以南地区,其中海南岛、秦岭南麓、横断山区多样性较高。建立了全国蝴蝶观测数据库,并编制了年度观测报告。全国蝴蝶多样性观测网络的长期有效运行,将有助于掌握全国蝴蝶多样性的时空分布和动态变化规律,识别威胁因素,为环境管理提出有针对性的保护对策建议。

深海海底观测网络水下接驳盒原型系统设计与实现

为实现深海海底观测网络的长期连续观测,设计一套基于水下接驳技术的接驳盒原型系统.通过分析接驳盒体系结构,采用多个耐压密封腔体作为水下接驳盒的机电集成封装结构,完成耐压腔体机械结构和散热结构设计.在实验的基础上,利用MOSFET器件以输入串联和输出并联相结合的方式,把2kV高压直流电转换为400V中压直流电,实现深海远距离高压直流电能传输.针对深海观测仪器设备通信的实时性要求,采用基于TCP/IP的光以太网技术和应用层自定义协议技术来实现通信控制.实验验证了在40MPa下,水下接驳盒原型系统能够正常工作.该水下接驳盒原型系统合理且实用,为实现深海海底观测网络的长期连续观测提供了技术支撑.

全国两栖动物多样性观测网络(China BON-Amphibians)建设进展

两栖动物对环境变化反应敏感,是生物多样性观测的重要指示物种。近年来,欧美国家已制定了生物多样性观测相关标准并实施了一系列观测计划。2011年以来,环境保护部自然生态保护司以环境保护部南京环境科学研究所为牵头单位,联合全国相关科研院所、高等院校、保护机构,构建了全国两栖动物多样性网络,作为全国生物多样性观测网络(China BON)的重要组成部分。该研究介绍了我国两栖动物多样性观测方法,总结了2011年以来全国两栖动物多样性观测工作进展。据115个样区的观测结果显示,观测到的两栖动物共计243种,占我国两栖动物总种数的59.6%。通过观测,发现了破坏两栖动物生境的典型案例。目前我国两栖动物观测网络已初具规模,笔者在介绍观测网络现状的同时也提出了相关建议。

中国地壳运动观测网络

中国地壳运动观测网络 (CMONOC)是以全球卫星定位系统 (GPS)观测技术为主 ,辅之以甚长基线射电干涉测量 (VLBI)和人卫激光测距 (SLR)等空间技术 ,结合精密重力和精密水准测量构成的大范围、高精度、高时空分辨率的地壳运动观测网络。它是一个综合性、多用途、开放型、数据资源共享、全国统一的观测网络 ,具有连续动态监测功能。网络的科学目标以地震预测预报为主 ,兼顾大地测量等其他需要。该工程 1997年开始建设 ,2 0 0 0年12月全面完成 。

全国哺乳动物多样性观测网络(China BON-Mammals)建设进展

生物多样性是人类赖以生存的条件之一,其中哺乳动物物种多样,分布范围广,对栖息地变化敏感,是生物多样性保护和环境评价的关键指示生物类群。生境的退化或丧失、自然资源的过度利用和环境污染等因素造成我国哺乳动物受到严重威胁。针对哺乳动物种群持续衰退的现状,为了掌握其生存状态、种群动态变化以及受威胁状况,环境保护部组织开展了全国大中型哺乳动物观测网络建设。重点介绍了全国哺乳动物多样性观测网络的建设目标、主要内容、红外相机观测技术和样地选择方法等,讨论了哺乳动物观测网络存在的问题及可能的解决办法,提出进一步完善全国大中型哺乳动物观测网络及信息化数据平台的建议,从而为我国生物多样性的保护管理和资源利用提供基础性数据。

利用中国地壳运动观测网络研究中国大陆相对于ITRF97板块模型形变

在建立全球ITRF97板块运动模型的基础上 ,利用“中国地壳运动观测网络”79个GPS基本站的数据 ,建立我国新的地壳运动方向图和块体运动模型 .通过与NNR NUVEL1A地质模型比较认为 ,ITRF97板块运动模型反映了现今十几年跨度的地壳运动 ,在研究我国现今几年到十几年时间跨度的地壳形变时 。

国内外气溶胶观测网络发展进展及相关科学计划

气溶胶是气候变化研究中的一个极大的不确定性因素,国内外在此方面开展了大量的观测和科学研究。本文首先对当前全球两大气溶胶观测网络,世界气象组织(WMO)的全球大气观测计划(GAW)和气溶胶自动观测网(AERONET)的组织、规模、设备、数据和气溶胶网络的规范作了介绍,并对近年来国际上的重大气溶胶科学计划的目标、实验方法、步骤作了介绍,说明观测网络的重要性。在此基础上对中国气溶胶观测网络的地位做了分析,并指出其在正在开展的中国气溶胶科学研究中的重要性。

洋底动力学——国际海底相关观测网络与探测系统的进展与展望

海洋在地球系统中的关键作用已获得了广泛共识。海洋占地球总面积的70.8%,而深海大洋占据海洋约92.4%,因此,洋底更是了解众多地球过程的主要窗口之一。从动力学角度,洋底动力系统可以划分为洋脊增生子系统、深海盆地子系统、俯冲消减子系统和地幔动力子系统。以海洋科学、海洋地质、海洋地球化学与海洋地球物理等高新探测和处理技术、观测网络建设为依托,国际上逐步开始实施一系列不同级别的海底观测网络建设计划,通过大量传感器,侧重探测海底各种大地构造背景各级尺度的结构、构造和过程,以及动力学过程的各个变量要素,监测不同圈层界面和圈层之间的物质和能量交换、传输、转变、循环等相互作用的过程,为了解地球系统变化提供技术保障。

深海海底观测网络远程电力监控系统研究

为了实现对深海海底观测网络的观测传感器电能供给状态的在线实时监测,提出了一种基于水下接驳盒的远程电力监控方案。设计了电力监控系统的总体结构和接驳盒节点的硬件结构。监控系统以水下接驳盒为核心节点,通过光以太网进行远程通信,采用霍尔电流传感器和热敏电阻温度传感器相结合的方法,实现了对各种海底观测传感器的电流、温度监测和电能分配控制。实验测试证实了所设计的水下接驳盒装置是可靠的,同时也说明该监控系统能够应用于深海海底的高压特殊环境。

基于水下接驳盒的深海海底观测网络设计

针对深海海底环境的长期连续观测问题,设计一种基于水下接驳盒的深海海底观测网络。该网络由基站监控中心、水下接驳盒和海底观测传感器3个部分组成。采用嵌入式工控机和单片机相结合的方法,实现水下接驳盒的数据采集和电能管理,并给出系统的硬件、软件设计方案。实验结果证明,该系统适用于深海海底高压特殊环境下长期连续的实时观测。

福建省地壳形变观测网络建设

介绍了福建省地壳形变观测网络的建设。福建省地壳形变观测网络 ,以GPS观测技术为主 ,结合精密水准、精密重力和流动地磁测量 ,将 3者重合到GPS观测基准站上获取观测信息 ,初步构成一个时空相结合 ,点线面与长中短兼顾的高精度、高时空分辨率的地壳形变观测网络。该网络可动态监测福建省东南沿海地区地壳运动变化 ,为地震预测预报提供背景信息 ,将取得显著的社会效益和经济效益。

中国地壳运动观测网络数据处理与分析

为了解中国地壳运动观测网络数据中心数据处理 ,特别是 GPS(全球卫星定位系统 )数据处理 ,首先简要介绍中国地壳运动观测网络的观测系统及网络的数据中心。较为全面地概述了数据中心的数据流程 ,获取地壳运动信息的 GPS数据处理方法与软件 ,讨论了数据处理中解算结果的选取、精度分析、位移与应变分析、位移时间序列分析等。较详细分析了 1 998年 9月初至1 999年 1 1月底基准网地壳运动 ,包括各基准站位移与网内各部分的应变及基准网每周计算结果时间序列。表明在所述观测期间 ,我国东部地区相对较为稳定 ;相对东部的西南地区以向北运动为主 ,并受到 NNE向挤压 ;西北地区以向北西运动为主 ;而云南地区以向南运动为主。我国中部南北地震带则是一强烈的剪切变形带。观测结果表明 ,印度板块向北挤压依然是影响我国地壳运动的主要因素。

海底观测网络关键技术研究进展

海底观测网络在海洋地质、生物、海洋地球化学与海洋地球物理等领域实现对海洋参数的长期、实时和连续观测。本文介绍了世界各国海底观测网络的研究进展,探讨了海底观测网络的关键技术,如能源供应技术、海底接驳技术、网络基础设施、工程布设技术等,并提出了初步解决方案,最后对海底观测网络的发展方向进行了分析和展望。

深海海底观测网络信息采集监测系统设计与实现

设计了一套深海海底观测网络信息采集监测系统。提出了一种由监控中心层、传输主干网层和采集子网层构成的监测系统分层总体结构,并设计了相应的信息采集通信协议及控制策略。进行了高压环境下的通信实验,实验结果表明在40MPa的压力下,监测系统能够正常工作,实验测试数据亦表明系统能够用于深海海底观测网络的实时信息采集监测。

用于海底观测网络水下接驳盒的电能监控系统

海底观测网络科学仪器的电能是由陆地电网通过光电复合海缆和水下接驳盒提供的。为了提高海底电力系统的可靠性和用能效率,设计了用于水下接驳盒的电能监控系统。该系统通过检测密封腔体内的环境参数、直流变换器的工作状态和内外部负载的用电情况,诊断系统故障并采取相应的保护措施,同时根据优先级管理内外部负载供电,并可通过海岸基站控制台实现远程控制和维护。在额定-2kV/2kW接驳盒上的原型实验表明,该系统运行稳定可靠,适用于海底长期观测网络。

基于检测信息融合的缆系海底观测网络节点部署策略

采用Neyman-Pearson准则融合观测节点的检测信息,计算当不同单元网格达到全覆盖时,网格边长应满足的具体条件.分析基于传统方式与基于检测信息融合的正方形和正三角形网格在不同情况下的具体结构,提出正方形和正三角形网格单元相结合的缆系海底观测网络节点部署策略,确定水下主、次节点的数量及部署位置,以及网络的整体结构.对不同监测范围内网络的具体部署方式与需求进行仿真计算.结果表明:与传统网络结构的节点策略相比,基于检测信息融合的部署覆盖比率高,部署节点数量少,盖效率较高,优势明显.