水下信息网（精选十篇）
水下信息网 篇1
科技的进步使人类了解和认识海洋的心情变得日益迫切,随着海光缆通信技术日渐成熟,利用海光缆网络进行海底观测和传输海洋环境数据成为了现实,掌握海洋环境变化的规律,利用海洋丰富的物产资源,也不再是难题。水下信息网通过支持、访问部署在海底不同环境下的传感器和传感器网络,能够提供长期、实时、连续的水下信息,为深入了解和研究海洋创造了有利条件[1]。水下信息网将发挥重要作用已获得普遍共识,世界各地也陆续建设了一些项目,如美加合作的海王星计划NEPTUNE,欧洲的ESONET,日本的ARENA等,我国在此方面起步较晚,技术相对薄弱,因此,借鉴国外已有建设经验,结合自身特点奋起直追,十分重要。要保证水下信息网的建设质量,首先要做好系统的总体设计,总体设计作为系统研制与开发的基础,其设计好坏直接影响了整个系统的建设。因此,通过对系统总体设计方法的研究,找到一种合适的途径,使系统总体设计能够有效发挥作用十分关键。本文主要讨论的是水下信息网系统的总体设计方法,并初步构建了一个水下信息网框架,为水下信息网建设提供了有益的参考。
1 水下信息网设计
水下信息网系统设计过程分四个阶段: ①需求分析; ②功能分析/配置; ③综合集成; ④系统分析和控制。如图1 所示。内在需求和设计循环结合验证循环综合考虑、合理解决设计过程中所遇到的问题,对系统设计进行改进、优化。
1. 1 需求分析阶段
需求分为功能需求和性能需求。功能需求主要关注用户希望系统具备哪些功能,与系统的应用架构有关; 性能需求并不涉及系统功能,而是设计实现系统功能的限制条件,如可靠性、适应性等,与系统的技术架构相关。
相对于实现高数据传输率的商业海底光纤通信系统,水下信息网有其特殊的功能需求: ①水下信息网需要采集各种水下信息; ②水下信息网需要在多个水下节点输入、输出数据; ③水下信息网需要向所有水下设备输送大量能量[2]; ④水下信息网需要动态监控整个网络的运行情况。
水下信息网的性能需求则包括: ①可靠性是衡量系统性能的主要指标,是保证系统长期、连续、安全、稳定运行的重要参数。水下信息网系统所有元素的可靠性影响着系统整体的可靠性,并由最低的可靠性元素决定; ②适应性则要求系统要适应水下复杂恶劣的自然环境,因此与岸上建网不同,要充分考虑防水、抗压、耐腐蚀等因素; ③可扩展性要求系统可直接挂靠相关设备以满足实验需求。水下信息网基础设施应灵活可变,并充分考虑系统的实用性,以便符合要求的设备可以直接安放在感兴趣的观测位置; ④可复用性,接口、模块应相对独立、通用、可置换,当发生故障或升级时,便于维修更换; ⑤冗余性,软硬件设计时应充分考虑冗余,减小故障风险。设计过程中要留有充分的余地或适当备份,使系统运行具有一定的弹性,当某处发生故障时,可及时切换使用,保持整体运行的连续性; ⑥可升级性,应可升级以适应未来的技术改进。该原则要求选择有发展空间的先进技术,规避落后淘汰或不成熟的技术,避免以后遇到技术瓶颈,阻碍系统的正常更新换代;⑦开放性,所有软硬件设计应最大限度的开放。水下信息网实际是一个端到端( 传感器到用户) 的互动式系统,二者之间应透明可见,使设计者和使用者均能参与到系统建设中来[3]。
综上所述,水下信息网的总体设计虽然有别于普通商业海底光纤通信网,但高质量的海缆、水下设施以及安装和敷设领域的专业知识都是相通的,可以借鉴利用。因此,对水下信息网进行设计时,要在已有技术的基础上结合自身需求,把握特点、统筹兼顾,确保设计的科学合理性。
1. 2 功能分析/ 配置阶段
根据上阶段的需求分析及经验可知,水下信息网作为复杂的大型水下系统拥有多个子系统,如供电系统、通信系统、控制系统和数据管理系统等,图2 所示为水下信息网系统结构图。
水下信息网通过高性能海缆连接岸站与水下各种设备以及海底分布的各式传感器、传感器网络,并提供电能、实现实时控制和数据传输,各不同用户接入此网可以获得所需的水下信息。
供电系统担负着整个网络的供电任务,并为水下各种不同设备分配电能。通信系统要保证传感器、岸站、用户间的数据传输流畅、可靠。数据管理系统应包括数据流定位、数据库管理、内容索引、告警、特征识别、数据获取等功能。控制系统贯穿于其他子系统中,对供电、通信、数据管理等子系统进行实时监控,当系统运行情况发生变化,控制系统能及时作出反应,电力能重新进行分配,通信能重新配置资源,数据能得到有效保护。
环境评估主要评估建网区域水文、洋流、人类活动等情况,为海缆布线选择提供参考,选择使用安全可靠的岸站设备、接驳设备等仪器既提高网络的稳定性,同时也减少了运行维护难度和费用。
1. 3 综合集成阶段
此阶段将所有子系统的功能设计转换成物理设计。该过程始于概念设计,做出初步规划,通过测试关键部分的软硬件降低风险,然后制定详细的设计方案,构建完整的系统模型。需要不断迭代,确保实现系统的功能和性能要求。需求的迭代改进和物理设计是复杂且多方面的,很难描述整个过程,下面举一个例子来说明。
供电系统的功能需求: ①为整个网络输送电能;②为水下各种设备分配电能; ③检测和定位水下故障。供电系统的性能需求与整个网络的性能需求类似,同样要求可靠性、适应性、灵活性、冗余性等。
根据功能需求分析得知: 需要有可靠的供电设备通过海缆与用电设备相连,海缆要具备导电能力就必须加入导体,选择海缆铠装铜管实现传电能力,水下用电设备主要包括各种传感器,由于传感器对电能要求各不相同,就必须在连接传感器前做好分压准备,选择水下接驳设备完成电能分配。
根据性能需求分析得知: 要保证网络的可靠性,就必须选择可靠的供电网络连接方式。供电网络连接方式一般分两种,一种是串联方式,另一种是并联方式。如果选择串联方式,许多既有模式和现行技术均能够借鉴和利用,而且串联方式由海缆将系统中所有有源设备串联成回路进行供电,各设备电流相等,不需要进行高压变低压处理,减少了水下设备的数量,增加了系统的可靠性,另外,串联情况下海缆内铠装铜管若出现损毁,断点处同海水接地形成回路,设备仍可由两端分别供电,不影响网络的运行,且易于故障定位[4]。而如果选择并联方式,虽然整个系统的效率相对较高,且易于分支,但需解决支路降压和海缆故障后,系统如何正常运行的问题,增加了系统的复杂性,降低了可靠性。
综上所述,水下信息网供电系统应采用串联方案,利用岸站供电设备通过海缆内铠装铜管在海底连接组成深海电能传输网络,岸站供电设备向水下提供恒定电流,通过接驳设备进行电能转换与分配,为外接的传感器提供恒定电压。如图3 所示。
1. 4 系统分析和控制阶段
本阶段是多领域交叉分析实现、各子系统合理整合的过程,是系统设计成败的最后环节。包括比较平衡成本、性能、可靠性等各项指标以及系统控制、管理等的优化方法。该过程不是子系统结构、功能的简单拼凑和相加,而要充分考虑各子系统之间的相互匹配、相互作用和相互影响,局部或子系统设计成功不等于整体设计成功,局部设计没有出现的问题隐患必须在此阶段发现和解决,否则可能导致系统整体设计的失败[5]。
如在海底光缆组网的选择上,常见的形式有线性、星形、环形、树形和网形等结构。根据系统的可靠性、灵活性等要求,选择网形结构不仅能提高系统的传输能力,而且在网络的保护和拓展性方面有很大的优势。布设线路时要考虑实际需求以及自然环境,既要保障完成所选区域内的信息搜集,也要避开事故、灾害多发地段,以减少系统故障,保证系统正常运行,实现功能。又如供电系统与传输系统之间的相互配合,考虑到两系统传输路径一致,我们利用海缆内铠装铜管在海底连接组成传输网络,既节约了成本,减少了工程量,也增加了整个系统的可靠性。接驳设备不仅可以安装电能模块,还可以放置传输模块,保证信息的传输和电能的分布。同样,控制系统和数据管理系统也要有效地融入传输系统和供电系统,使之成为一个整体,相互间有机整合。
2 水下信息网基本框架
根据上述方法及已有的设计经验和当前的技术发展水平,搭建了一个水下信息网框架,如图4所示。
传感器是水下信息网的基本探测设备,也是最终的数据来源,根据需要可以连接水下摄像机、压力传感器、温度计等。传感器与接驳设备通过接口、海缆相连。接驳设备为水下各种电子设备提供空间以及各种接口。接口分为标准接口和定制接口,定制接口可以支持特殊需求。海缆包含导体,与海水形成回路,可以输送电能。水下信息网岸站为系统提供电能,存储和处理数据,并对系统进行监控、维护和管理,且与互联网相连,公众和科学家均能接入访问。
3 结束语
水下洞穴生死劫 篇2
一次险象环生的水下探险经历
在墨西哥尤卡坦州的大溶洞地区，分布着许许多多洞穴体系。43岁的水下探险家韦斯·斯基尔斯是一位有着3000次潜入水下洞穴经历的老资格探险家，此时他正面临着风险与机会之神的诱惑。
斯基尔斯全身的装束好像是要准备进行一次太空旅行似的——水下呼吸罐绑在身体两侧，调节软管、照明灯和导绳挂在腰间。此行他要潜入18米以下，那个洞穴密布的水下世界。他先游了一会儿，大致了解了一下水下面的地形，然后踯躅了几分钟，因为水下有一个烟囱状的竖洞，和一个轮胎一般大小，小到极有可能被卡在那儿动弹不得，但它实在是诱人，里面到底什么样?尽管斯基尔斯已是水下探险界的老行尊了，但依旧按捺不住好奇心。
于是斯基尔斯松开呼吸罐，一个夹在两腿中间拖着，另一个用手高举到脑袋上，然后一寸一寸艰难地把身体塞进洞里，然而一进入洞中，斯基尔斯就发现，那原来是个恰似棺材的死胡同，而且洞内极小，斯基尔斯不得不把脸紧贴在岩壁上，双脚蜷曲成一团。
“我会死在这儿吗?”斯基尔斯不由地打了个冷颤。
“一定要保持冷静。”多年的经验告诉斯基尔斯，越是身处险境，越是要保持冷静。
他意识到，惟一的出路就是尽量紧缩身体，然后尽快钻出“地狱”。但只有脱光身上的全部装备，身体才有可能钻出去。而且险情不仅如此，斯基尔斯还发现一个呼吸罐已经用光了，另一个也只剩下了一半。时间紧迫，他必须在氧气耗光前钻出洞穴，否则必死无疑。
斯基尔斯屏住呼吸，迅速褪下装备，然后使劲扭动身子，终于挣脱出洞，然后又奋力套上全套装备，不愧是老手，技术熟练。突然，让他恐惧万状的事出现了：带氧气的那个呼吸罐居然脱落，滚回洞中。“这下真的完了。”斯基尔斯懊恼不已。没有呼吸罐就意味着死神即将降临。斯基尔斯只得又无奈地钻进洞里，在黑暗中心急火燎地摸索呼吸罐，幸运，居然找到了。待到斯尔斯再次钻出洞口，冲出水面时，氧气仅剩下几分钟的量了。真险!
危险与刺激并存
20年来，佛罗里达州高泉地区的一个洞穴探险小组已经陆续解开了佛罗里达蓄水层的一个又一个洞穴学之谜。洞连洞，隧洞通隧洞，他们钻遍了佛罗里达的水晶一样清澈的地下河道。这些地下河的水量大约占整个大湖区全部水量的1／3。
韦斯·斯基尔斯就是这些潜水员中最有经验的人员之一。在他只有15岁时，他就开始了第一次洞穴探险。7年后，他总结创造出许多洞穴潜水探险的安全规章，如今，这些规章是国家洞穴学学会颁发洞穴潜水探险资格证的必考项目。
今天，斯基尔斯和45岁的皮特·巴特合伙开办了“喀斯特环境服务公司”——一家咨询公司，除其他服务项目外，还绘制了佛罗里达蓄水层的无数隧洞的地图。作为一位探险家，斯基尔斯从事了多次地球上最雄心勃勃的洞穴潜水探险。而且从16岁开始，在12年时间里，斯基尔斯救了30名潜水员的命。他曾经一次救起3兄弟。“当我发现他们时，他们的手缠绕在一起，”斯基尔斯说。“那真是一次艰巨的任务。弄不好，整个家族就要断香火。”
随时都有命丧水中洞穴的危险，那到底是什么使斯基尔斯认为值得冒这种风险?
斯基尔斯毫不犹豫地说，地下水洞是地球上尚未开发的最后前沿之一。它们是只有屈指可数的一些人探索过的美丽与奇观之所在。在其他人眼里也许只不过是一个黑漆漆的洞，可在斯基尔斯眼里却是“空旷的高速公路”，因而极想第一个驾车上去，进入一个永无止境的洞穴系统，开始一次充满未知的远征，要么发现一个新的隧洞谜宫，要么发现自己的坟墓。
在多次潜水经历中，有一次奇遇犹令斯基尔斯难忘。在佛罗里达州的瓦库拉泉井地区一个地下97．5米深处，他和他的队员们抵达了一个山丘的顶部，发现一个净空高达52米的巨大空间。在它的中央，横卧着一块2米见方的纯白色大石头。
“那块巨大的石板是一面《21世纪的太空奥德赛》的磐石镜像，”斯基尔斯回忆道，“它震撼了我，就像在电影里一样，我们在探索另外一个世界。我们都惊呆了。我们把那个地方命名为磐石屋。”
盲目冒险，只有死路一条
在洞穴潜水，“干任何事情都必须加双保险”几乎成了所有水下洞穴探险者的一个共识。潜水员的装备支撑着他的生命，每一个潜水员都要把呼吸罐、调节阀、照明灯和计算机等物品带在身边。当然，绝对不可失灵的装备是人的脑袋。当潜水员钻入深水中时，他们要承受被称为“知觉收缩”的心理压力或者“感觉器官超载”的考验。
“你会产生进入地球中心的感觉，”斯基尔斯解释道，“你知道你已经达到正常经历的极限，但是，你无法知道你究竟走了多远。登山时，你可以看见山顶，知道那个高高在上的目标。在水下洞穴探险中，没有人知道底下有什么。你无法确定自己走了一半还是3／4的行程。未知实在让人消受不起。而且一旦你在水下迷失了方向，从理论上说你可以循着呼气上升的方向确定水面在哪方。但问题是在水下洞穴中，你的气泡被黑暗完全吞没了。”
通常，斯基尔斯运用“馅饼理论”来评估风险。馅饼比喻潜水员可用于解决问题的最大潜力或资源。随着他往下潜，每一次挫折就意味着失去一块馅饼。一不小心，呼吸罐就会掉下碰在潜水灯上，并把潜水灯打碎，这就意味着失去了一块馅饼。如果他失去的馅饼太多，就必须放弃下潜。如果没有失去，也就用不着在真正发生紧急情况时绞尽脑汁了。
斯基尔斯在19岁时就首次把馅饼理论用于实际。那时，他和谢克·埃克斯利(他创造了多项深潜世界纪录，1994年在墨西哥潜下274米时死亡。)一道在佛罗里达的蓝泉进行的一次下潜中首先运用了这一理论。
“那是一个大热天，当时我显得有点迫不及待。”斯基尔斯回忆道，“谢克开始奋力下潜，我几乎赶不上他。这时，我的调节阀开始漏水，但是，我还能呼吸，只是氧气自由流动起来有点难。因此，我向谢克打灯光，让他看见我的调节阀在冒泡。他朝我看，表情好像是说，‘我的所有调节器都在冒泡呢，没什么大不了的。’”
“让谢克失望是我最不愿意的，”斯基尔斯继续说，“但是，我已失去太多的馅饼，我必须停止下潜。”
这一决定是斯基尔斯的一个转折点。从那以后，就由他来领潜，而不是跟潜了。
成功与失败往往一念之差
无论在哪儿下潜，斯基尔斯都从不独自潜水。尽管他的头脑始终存在着两种声音：一是独领风骚的声音，再就是不怕一万，就怕万一的声音。仿佛有人敦促他要取得更大的成功，但也有人劝他不要潜入深渊。在临近高泉地区的阿苏尔洞穴体系中，有一次，他听从了错误声音的摆布，那次的经历差点让他丧命。当时他强行进入一个洞口只有45厘米的洞穴，那是足以把胸腔挤破的小洞口。然而，夺取成功的声音坚持说“前进”，他自己也确信，通过洞口就会是宽阔的隧洞。
但是，他错了。他使劲往里钻，大约有15米，一直未见开阔的口子。这时，他的氧气供应装置突然冒出一股湍急的气泡，呼吸罐与调节阀脱落了。糟糕的还不止这个。由于他一味往里钻，搅起的淤泥浊水，使得能见度几乎为零。他在黑暗中摸到了辅助调节阀，一把将它塞进嘴里，然而，辅助调节阀也在喷气，并且开始漏水了，这可把他吓坏了。
打退第一股回撤的紧张情绪后，斯基尔斯又竭力抓起第一个调节阀，赶紧吸几口，可是已经没气了，也就是说他的呼吸罐成了空罐。只有靠辅助调节阀了，但辅助调节阀流出的却是污水、泡沫和空气的混合物。他发觉，用舌头使劲抵紧出气口，还勉强可以吸到一点点空气。每吸一口，他就得计一次数。
为了保存每一口空气，斯基尔斯集中心思不停地开、关呼吸罐。每一次开关，他都必须特别注意不要分不开水和气，不要被呛着。他让自己镇定下来，开始有条不紊地撤退：打开呼吸罐，吸气；关掉呼吸罐，划几下，停下来，接着重复以上动作。
“我知道我正面临生死攸关的挑战，”他说，“我给自己挖了一座淤泥的坟墓。如果任何东西分散我的注意力，让我不能控制呼吸的节奏，我就会死在下面。”
由于有水下洞穴数百小时的经验，斯基尔斯几乎懂得处理任何紧急情况。“洞穴潜水始终伴随着危险，但我们必须学会如何处理，”他说，“在死神降临的气泡包围下，我们要有驱鬼祛魔的本领。”
水下信息新技术——信息伪装技术 篇3
现代信息伪装技术是根据感知系统中的盲点, 利用信息中普遍存在的冗余性向其中嵌入秘密信息, 并且保证不能被第三方从表面上感知到差别, 从而达到隐藏更重要信息存在的目的。与信息伪装相近的概念还有数字水印、信息隐藏、秘密通信、数字指纹等。
信息伪装技术或者是嵌入的秘密信息难以被察觉, 或者是嵌入了秘密信息的载体不受关注, 两者实现其一即达到信息伪装的目的。为保安全性, 可以对嵌入的秘密信息进行加密。
信息伪装的过程包括秘密信息的生成、水印的嵌入、含密载体的传输和秘密信息的提取。一个典型的信息伪装系统如下图示:
在实现安全通信的意义上, 信息伪装技术在未来信息对抗中有很大的应用空间。相对于加密技术, 信息伪装技术的优点在于经过伪装的载体信息仍具有一定的意义而不是噪音, 使第三方的探测者忽略其中的秘密信息, 即使第三方知道伪装信息的存在, 在许多情况下, 从大量的信息流中选出经过伪装的信息并破译几乎是不可能的。
虽然信息伪装技术不能完全取代加密技术, 但在商业和军事领域, 它都有很大的应用前景。美军支持的研究者Petitcolas等指出“军队的通信系统更应该应用信息隐匿和伪装技术, 而不仅仅是通过加密技术来隐匿通信的内容, 而应当用它来隐匿通信的发送者, 接收者, 甚至秘密通信的存在。”研究信息伪装技术在水下的应用有助于在水下信息对抗中赢得先机。
2、水下信息中的应用
实现信息伪装主要有两种途径, 一是将含密信号伪装成为背景声场的一部分, 二是在大量的信息流中隐藏信息。水下通信网络的建立和发展以及宽带高性能声纳的出现为信息伪装的应用提供了舞台。
2.1 水下保密通信
水下通信网络建立之后, 将信号隐藏于大量信息流中成为可能。可以预见, 相比于互联网等陆基网络, 水下通信网将更多的应用于经济、军事等领域, 对安全性有更高的要求, 单纯的加密技术将不能满足需要。正如信息伪装和隐藏在当今互联网络上的大量应用一样, 信息伪装技术将会在水下通信网络中得到广泛应用。
2.2 宽带声纳
潜艇水下航行使用主动声纳大大增加了其暴露的概率。随着宽带声纳的出现, 可以将某些主动声纳的发射信号伪装成自然声源, 即使被敌方声纳探测到也会难以区别。这一方面可以降低被对方发现的概率, 另一方面可以用于目标识别与跟踪、主动声隐蔽等方面。
3、面临的问题
水下信道和其他信道相比有其自己的特点, 强噪声、强起伏、多径干扰、色散等。这对信息伪装技术的应用会产生一定的影响。
3.1 滤波
声信号在海水中从发送到接收的过程可以看做一个滤波的过程。滤波分两类, 一是水声换能器的频响特性, 二是海水的传播特性。声纳的工作频带有限, 秘密信息的嵌入位置需在声纳工作频带内, 目前大部分鲁棒算法将信息嵌入在载体信息的低频部分, 对于低通滤波表现出很好的鲁棒性。本质上讲, 鲁棒算法是将秘密信息嵌入载体信号能量最大、特征最明显的时频带内, 若载体信号主要能量集中在声纳工作频带内, 则嵌入的秘密信息的鲁棒性可以得到保证。海水信道的滤波效应体现在声传播衰减和多途效应。声传播的衰减限制了信息伪装的应用距离。多途效应引起通信信号的畸变和码间干扰, 这些都限制了信息伪装技术的成功应用。
3.2 环境噪声混响
水下噪声和混响会对秘密信息的传输和检测产生很大的影响, 信噪比不足可以导致水印完全无法检测。但另一方面, 水下噪声和混响等固有条件又降低了对水印不可见性的要求。对秘密信息进行提取时, 在非盲检测中, 根据信号检测理论, 秘密信息的检测概率与信噪比无关, 只与水印和噪声的能量比有关, 低信噪比时, 加大水印嵌入能量可以提高水印对噪声的鲁棒性。但另一方面, 加大水印能量增加了通过掩密分析发现水印的可能性。根据人类听觉系统特性, 通过扩频、跳频等技术调整秘密信息在载体信息中的分布可以增加水印的鲁棒性和不可见性。
3.3 AD/DA转换
随着宽带声纳的出现, 利用宽带声纳实现信息伪装技术有更大的优势。用宽带声纳模拟自然噪声可以增强主动声纳的隐蔽性。利用宽带声纳模拟自然噪声会对信号的同步性造成影响, A D/D A转换过程会对信息伪装技术的应用产生很大影响。能够有效抵抗A D/D A转换的攻击是一个鲁棒的信息伪装算法的基本要求。
现有的抗AD/DA转换方法是基于非盲水印检测的, 发送和接收双方必须有相同的载体数据库, 这限制了信息伪装的应用。一旦数据库泄露, 信息伪装就失去了作用。在应用于军事领域时, 盲检测有极大的优势。适用于盲检测的抗A D/D A转换攻击算法能够大大促进信息伪装技术在军事水声领域的应用。
4、应用瓶颈及对策
信息伪装技术应用于水下的主要瓶颈在于水声信道的传输速率低、带宽窄。从通信的角度看, 水声通信速率很低, 嵌入的秘密信息的传输速率会更低, 这限制了信息伪装技术的广泛应用。这种限制主要体现在两方面, 一是秘密信息的传输速率过低会导致其难以满足实际需要;另一方面更重要的是, 在水下通信网中, 较低的传输速率可能难以产生足够大的信息流以掩盖秘密通信。要有效解决这个问题, 需要更高的水声通信速率和更优的水印嵌入提取算法。
5、结语
信息伪装技术在保密通信和信息安全领域有重要的意义和应用前景。就目前的水下通信技术和硬件设施看来, 信息伪装技术可以得到初步的应用, 而随着技术和装备的进一步发展成熟和水下通信网络的组建, 单纯的加密技术不能满足信息安全的需要, 信息伪装技术必将在未来水下信息安全中发挥重要作用。而随着宽带主动声纳的出现, 可以利用其强大的模仿、伪装自然声场的能力, 在水声对抗中取得一定的优势。
参考文献
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去水下过年 篇4
文:部分摄影:郭军特别感谢：精英海世界潜水俱乐部
朋友们在商量今年怎样过年，传统的C打算带上父母去位于马来西业沙巴洲东南的偏南的诗巴丹度假，潜水是她最大的爱好，诗巴丹的海龟几乎每晚都会爬上海滩生蛋，每次下潜都会看到20、30只慢游于水中；而F则会与老公去西太平洋的密克罗尼亚西亚岛屿中的PALAU观赏圣经里记载只有人间仙境才有的鹿角兰，体验母系社会的特殊习俗，当然主要任务是潜入海中伏在白细的沙地上观察植物一样的沙曼，与成千上万飞碟状的无毒水母一起在绿色的水中颤抖，她们甚至还等着与白鳍鲨初遇；一旁的VEN着急了，每年都在学游泳却仍不会的她，听得云里雾里，VEN与男友刚刚分手，心情沮丧，过年打算在家看碟，发呆，觉得闷了就出去逛逛。
30岁的VEN是一个向往很多种生活方式，幻想“明年我的生日一定不会这样了”的女人，常常不敢或者懒于去偿试，于是第二年的生日仍是一个人无聊渡过，如同城市中的大多数女性一样，超市和银行惯坏了她们，麻木的不想离开这个并不能满足自己的地方，其实离散开是有时间的。对于坐上十个多小时的飞机，潜入深不见底的海下，VEN很想尝试，只是她自己都不知道在担心或者害怕什么，她曾经看到国外的一份资料，在各种运动项目危险系数排名中，潜水排在第43位，而位于第42位的是足球。
朋友们拿出纸笔，让她写出自己的担心：
1.我不会游泳。
2.潜水可能对我来说太困难了，因为每年学游泳，到现在都没有学会，若是要拿到潜水资格证，那可能要等到下辈子了。
3.身体不强壮，大学时体育成绩奇差，说明我的运动能力有缺限。
4.太近视，600度，眼睛不适合配戴隐形眼镜，即便潜下去，什么也看不清楚。
5.万一遇到鲨鱼，那不是死定了。
C和F说：
1.潜水和游泳是两件不一样的事情，不会游泳反而会学得更快。
2.每个人的情况不同，VEN当时只用了三四天就学会了；F胆子非常小，以前除了淋浴都不敢近水，后来用了5个星期通过考试，教练说这是他遇到过的最长的学习时间。VEN有在水中的经验，相信需要的时间不会长过5个星期。
3.只要身体健康就可以，潜水并不是大力士才可以做的事情。
4.不适合戴隐形眼睛的，可以配到与近视度数相同的潜水镜。
5.潜水员不是鲨鱼的自然猎物，鲨鱼攻击人的情况很少发生，每年死于蜜蜂叮咬的人多于受鲨鱼攻击而死亡的数目。
已是2005年1月19日，距上次聚会快1个月了，VEN在第2个星期就拿到了潜水资格证，她过年要随潜水俱乐部去菲律宾潜水，听说那里有一些海事留下的神秘遗迹，天生好奇的她，这些天兴奋得睡不着觉，有很多年都没有兴奋过的她，像是一部重新接上电源的收音机，要不停播放自己的节目了。“分手快乐祝你快乐，你可以找到更好的，不想过冬厌倦沉重，就飞去热带的岛屿游泳”，我们就像看到了大学时候的VEU。
如果你现在感觉很幸福，去水下过年，海水可以将你的感觉保鲜；如果你感到不开心，也去水下过年，宽博的海洋能够帮你稀释掉坏情绪；如果你忘记了要上哪儿去，到底要做什么，去水下过年，因为一穿上潜水服，潜入海中，在你周围，除了无边无际的海水，只有你自己，远离尘世，在海边，蓝天白云下，微风拂面时，你会记起内心真实的向往。
潜水快乐（个案图，135反转片中泳池旁边的女孩）
媛媛
难以想像如果我的生命中没有潜水，该怎么渡过。最难忘的是在红海的潜水经历，以前在地图上看到的非洲旁边一条长型带子，多年后我居然身浸其中，那种奇妙与充实的感受，无论什么都无法超越。今年的潜水计划是去澳洲的绿岛,还有意大利的一些潜点。
A.潜水用品
B.在哪里获取国际潜水执照:cmas(世界水下运动联合会),ADS(国际潜水学校联盟),NAUI(国际潜水教练协会),PADI(专业潜水教练协会),CUA(中国潜水运动协会)
C.培训费用：3600元人民币(含潜水服和潜水靴)
D.培训地方：可以在游泳馆或者直接出海接受培训(费用另计)(配21世纪游泳馆场地照一张)
E.水下过年潜水费用:
PALAU：8天，从北京出发23800元/人，非培训价19800元
诗巴丹：八天，从北京出发12800元/人，非培训价9800元
水下信息网 篇5
1 摄影与水下考古
说到水下考古摄影就不得不说田野考古摄影。田野考古摄影是田野考古工作的一项重要的资料记录和收集手段, 它客观真实地记录考古遗迹和重要遗物出土的状况, 记录田野考古的工作过程, 同时为日后的科研和宣传积累材料。其拍摄对象包括田野考古调查、发掘等。摄影师通过其摄影技术, 在如实反映拍摄对象真实影像的同时, 还要表现出拍摄对象的历史感和艺术感。
水下考古摄影同样也是对水下考古工作记录的一项重要手段, 它记录水下文化遗存的状态和水下考古工作者的工作过程。水下考古摄影师携带装有防水罩的摄影器材和潜水装备, 潜入水中直接拍摄, 真实、直观地反映水下文化遗存状态。它区别与田野考古摄影的最大特点在于其工作环境的特殊性, 水下考古摄影与水有关, 绝大多数拍摄场景都在水下或水面上。由于水下考古的工作环境主要是在江河湖泊的水底, 在公众眼里神秘而富有探险色彩, 所以在考古工作资料记录的同时, 丰富的图片资料也为日后很好的介绍和宣传水下文化遗产保护成果起着很重要的作用。
2 水下考古摄影的拍摄范围
从拍摄内容上来看, 水下考古摄影类似于田野考古摄影。主要有:工作队照、现存遗迹照、探方发掘照、发掘工作场面、遗迹照、遗物照、取样照、出水文物包装运输照等。
从水下考古工作区域的角度来区分, 水下考古摄影的拍摄范围主要有两个方面:水面摄影和水下摄影。
2.1 水面摄影
水面摄影主要是记录水下考古工地周边环境和水下考古队员入水前的工作, 包括在工作船只上的准备工作和水面浮游及搜索。此时的拍摄位置都在水面以上。
2.2 水下摄影
水下摄影是针对水下文化遗存埋藏状况、埋藏环境以及水下考古工作者工作过程的记录。它包括对海底环境、水下考古调查和发掘、水下遗址全景 (可由各部分拼接而成) 等方面的拍摄。此时拍摄位置都在水面以下。
3 水下考古摄影工作中所用的装备
水下考古摄影工作中所用的装备主要有两个方面, 第一是个人的潜水装备, 第二就是具有相应防水壳的摄影器材和照明设备。
3.1 个人潜水装备
潜水服。通常水下考古工作人员的工作水域水温低于人类体温, 水体的流动会带走大量热量, 长时间的水下工作会使其体温流失, 因此我们需要穿着潜水服来减少失温, 确保人身安全。同时潜水服还能保护皮肤不被刮伤、刺伤, 一定程度上防止海生物蛰伤。潜水服还有一些附件, 例如潜水鞋、潜水帽和潜水背心, 他们同样是起防止人类失温和受伤的作用。
面镜。人眼的焦距是根据空气中的光线而定, 根据光线的投射原理, 无法直接在水中看清物体。使用面镜可以在眼前保留空腔, 让潜水者拥有清晰的视线。
脚蹼。脚蹼提供宽广的踢水面积, 可以辅助和加强腿部在水中的推进力, 使得划水很有效。
浮力调节装置。或称BCD, 是一个可以充气膨胀的气囊, 通过充气和排气来调节浮力。除此之外, 在水底可以通过微调充气量, 来帮助在任何深度保持中性浮力。
配重系统。可以抵消一些潜水装备所产生的正浮力, 来帮助潜水者下沉。目前有配重带和整合式配重系统两种。两种配重系统都设有快卸扣, 以供紧急时潜水者单手快速操作。
水肺气瓶和气瓶阀。这两个装置息息相关。水肺气瓶用来安全储存高压空气以供水底呼吸使用。气瓶阀则是用来控制气瓶内的空气进出。
呼吸调节器, 让潜水者能够使用气瓶内的空气。调节器将水肺气瓶内的高压空气通过两级减压, 降低至与周围水压相等的可用程度, 当潜水者吸气时, 它将空气输送出来, 停止吸气时, 自动关闭阀门。调节器由一级头、二级头、压力表、备用气源组成。
潜水电脑表。它可以给潜水者提供潜水时间、深度、免减压极限, 做出相应的潜水计划, 来指导潜水者在水底的潜水时间, 并计算潜水者的体内余氮, 记录整个潜水过程曲线, 确保潜水员安全。
3.2 水下摄影器材
水下摄影器材主要包括在相机和灯光设备, 还有一些支架等辅助连接器材。和陆地摄影的不同之处在于这些设备本身就是特制的能够在水下使用, 或通过一些防水装置使之能够在一定深度范围内正常使用。
相机。随着现代摄影器材的更新换代, 水下考古摄影多使用数码摄影器材, 这既方便资料收集, 也方便对对图像资料进行后期处理。防水相机一种是不需要任何辅助装置能直接下水的, 像佳能的power shot D10、奥林巴斯的Tough系列和μTough系列部分机型, 都可以直接在水下10米以内的范围拍照。这些相机多还具有水下色温平衡功能, 方便水下拍摄。但是此类水下相机多为消费机型, 其操控性和拍摄质量不及专业数码单反相机。因此, 我们在水下考古工作中多使用装有配套防水外壳的专业数码单反相机。装备有配套防水壳的数码单反相机在水下能够发挥该相机本身的全部性能, 能够高质量的进行拍摄, 完成影像记录的任务。当然防水相机和一些便携式的配有防水壳的消费数码相机也是水下考古摄影必不可少的, 这些设备比配有防水外壳的专业单反数码相机要轻便很多, 灵活性强, 操作简单, 对快速拍摄和基础性资料采集起着很大作用。同时这些机器还可以作为专业单反数码相机的备用机使用。
光源。日光是一种复合光, 是由不动波段的单色光组成, 当其在水中传播时, 随着深度的增加而被吸收。通常水对红色和橙色的光吸收效果最明显, 其次是黄色、紫色和绿色。想要拍摄出水下文化遗产原本的色彩就需要借助水下照明设备。常用的有潜水灯和水下TTL闪光灯。
4 水下考古摄影中注意的问题
特殊的工作环境, 专门的设备, 专业的拍摄内容, 这些因素都意味着水下考古摄影工作中会遇到不同于其他摄影工作的问题。其中影响水下考古摄影工作的最大问题是能见度和光线。由于工作海域位置、季节、天气、水深等因素的影响, 一般考古遗址的水下能见度都不会持续保持良好状态, 会对拍摄造成很大影响。水下考古摄影师在水中的运动以及所保持的姿态也都会影响到拍摄工作。
4.1 拍摄环境
我国海域面积辽阔, 自北向南有渤海、黄海、东海和南海四大海域, 南北跨度大。各海域以及各海域内的不同区域海底底质、能见度都大不相同。水中悬浮物和透光程度随时节的变化也有所不同。
4.1.1 光线传播
日光是一种复合光, 由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种不同波长的单色光复合而成的。它在水中传播与在空气中的传播特性是不一样的。由于水面对光的反射, 水中的微小颗粒和悬浮物对光线的散射, 水对光的折射等因素使得光在水中的传播过程中被吸收而强度逐渐减弱。随着水深的增加, 从波长最长的红光开始, 按光波的长短顺序逐渐被吸收。在6~10m深处红光被吸收而基本消失;10~20m深处橙、黄光被吸收而消失。对蓝光、绿光的吸收较弱。到了海深处, 全部的可见光均被吸收。所以根据实际的水下情况, 采用人工光源照明, 以弥补光线不足外;或使用红滤色镜或加用人工红色光, 来弥补水中红色光的不足, 降低色温, 达到色彩平衡。水中色彩的丧失不仅存在于垂直方向, 水平方向的远距离也会造成单色光被吸收。距离越远, 物体看上去越发偏蓝、偏灰。这就意味着在进行水下考古摄影时, 多采用近距离拍摄以减少色彩丧失。对于大场景拍摄可采用广角镜头进行拍摄, 或者局部拍摄后拼接。
4.1.2 水中悬浮颗粒
在台风等恶劣天气前后或是一些特殊水域, 水中微小的悬浮物颗粒含量高。在这种水域中拍摄时, 由于这些微小颗粒对光线的散射作用, 使得拍摄的影像效果模糊不清。当悬浮物颗粒较大或呈絮状时将会直接影响主题拍摄。在这样的海域中进行水下考古摄影工作, 我们无法避免悬浮颗粒的散射作用, 但是可以在一定程度上减轻这种环境对拍摄效果的影响。第一, 选择透明度高时机进行拍摄。水下考古工地的作业水域多是由水下遗物、遗迹的分布所决定。但是在同一水域, 随着潮汐、水流、天气等变化, 水的透明度会随之发生变化, 水下考古摄影师可以观察、查阅资料并向渔民咨询, 选择透明度相对较高的时机进行作业, 改善拍摄效果。第二, 近距离拍摄。在相同的拍摄条件下, 光在水中的传输的距离越短则受到水的散射作用也就越小。所以当相机和被拍摄物体的距离越近, 拍摄的影像就越清晰。因此, 在水下摄影作业时, 只要能满足拍摄要求, 拍摄距离是越近越好。通常水下的拍摄距离应不超过水的透明度的1/2~1/3。采用近距离拍摄时, 实际的最小拍摄距离应不小于摄影镜头的最近拍摄距离, 否则会由于无法对焦而造成影像模糊。第三, 水下照明尽量采用斜侧光。在同样的拍摄条件下, 光源不同的照射方向对影像的清晰度有一定的影响。通常做法是将光源安置在有一定长度的支臂上, 且照射方向与镜头的拍摄方向成一定夹角, 这样可以减少水中颗粒的散射作用, 较高清晰度的影像。
4.2 拍摄内容
水下考古学是考古学的一门分支学科, 是陆地田野考古向水域的延伸。水下考古摄影技作为资料记录的重要手段, 通过照片客观真实地反映水下考古工作的成果。
客观、真实的反应水下文化遗产的状态。商业摄影和其他摄影创作可以通过改变拍摄角度或用光等方式对拍摄主体进行拍摄, 以达到夸张的视觉效果;考古摄影则要求真实、客观的反应被拍摄物体情况, 把遗物、遗迹现象的原貌反映给观众, 水下考古摄影亦然。水下考古摄影工作中, 应尽量减少拍摄主体因拍摄而造成的变形, 尽可能的真实原本的反应拍摄主体。
突出拍摄主体。水下考古工作中, 我们发现很多遗物、遗迹现象经过长时间的海底埋藏, 其表面附着了很多海生物, 当我们进行水下考古摄影时, 使得拍摄主体难以分辨或是画面显得杂乱。这就要求水下摄影工作者选取合适的拍摄角度, 突出被摄的遗物、遗迹。对于一些体积小的遗物, 拍摄时要选取合适的参考物, 不能让拍摄画面显得喧宾夺主。
4.3 浮力控制
浮力是流体 (气体或液体) 施加于物体的向上作用力, 相对于潜水者而言就是水对于其本身和所使用装备产生的向上作用力。当潜水者所受浮力比自身和所使用装备的重力大时, 我们称之为正浮力;反之, 我们称之为负浮力;当所受浮力与其自身和所使用装备的重力相当, 称之为中性浮力。
对于浮力的控制在水下作业中起着不可忽视的作用。例如, 水底行进中良好的浮力控制可以让潜水者的划水有效率, 不必由于浮力不足去克服自身重力而划水;良好的浮力控制可以方便潜水者的下潜和上升, 以及在特定深度的停留。
水下考古摄影工作中, 考古摄影工作者的浮力还包括它所携带的水下摄影设备。水下考古摄影师使用的带防水外壳的相机, 他们的浮力状况不尽相同, 这就要求水下考古摄影师使用不同型号的配有防水壳的相机下水工作前, 需要注意调整自己或相机的配重, 水下工作时, 注意浮力调节的程度。这样一来, 水下考古摄影师在水中, 能够较好控制浮力, 就能节省自己的体力, 进而能有更多精力放在拍摄工作上。同时, 良好的浮力控制可以让水下考古摄影师在拍摄时有良好而稳定的姿态, 减少拍摄时因身体晃动而导致照片拍摄模糊的现象, 亦可减少因不必要划水造成的水底淤泥被翻起。
5 小结
水下考古学是一门新兴学科, 是陆地田野考古向广袤水域的延伸。水下考古摄影作为工作资料记录的重要方式, 拍摄要求和内容与田野考古摄影接近, 但又有着不同的内容。水下考古摄影师使用潜水装备和带有防水壳的专业相机, 克服水流和光线等特殊环境的影响, 对水下文化遗产进行摄影记录, 为日后的科研和宣传工作打下坚实的基础。
摘要：水下考古摄影是水下考古工作中的一个重要部分, 它担负着水下考古工地资料记录和考古工作宣传的重任。由于水下考古摄影工作环境和使用设备的特殊性, 在其拍摄过程中也有着不同于田野考古摄影的方面。
关键词：水下考古,摄影,潜水装备,水下相机,水下环境
参考文献
[1]吴春明等.海洋考古学.北京:科学出版社
[2]国家博物馆水下考古研究中心、海南省文物管理办公室.西沙水下考古 (1998～1999) .北京:科学出版社
[3]王琦.水下摄影.影像材料.2003年第12期, 2004年第1期
[4]邵滨.水下摄影常见影象质量问题的原因及其改善方法.救捞专业委员会2003年学术交流会论文集.2003
[5]冯恩学.田野考古学.长春:吉林大学出版社
水下信息网 篇6
本文面向大中型水下机器人的抛载需求, 开发设计出一种新型、具有模块化特点、高可靠的通用型水下机器人电磁铁。该电磁铁设计为低压24 V启动, 尽管这样增加了线圈的尺寸和重量, 但可靠性高, 响应速度快, 而且具有结构紧凑和轻量化的优点。
1 电磁铁抛载方案的设计
电磁铁是一种通电后对铁磁物质产生吸力, 把电磁能转换为机械能的装置。电磁铁的应用范围很广, 而且结构不十分复杂, 制造简单, 也便于后续加工。电磁铁一般由线圈、铁心和衔铁三个主要部分所组成。其工作原理在于给线圈通以一定数值的电流后, 在铁心、衔铁和气隙之间产生一定数量的磁通Φ。在磁通的作用下, 产生一定大小的电磁吸力, 将衔铁吸向铁心, 将他们之间的气隙减到最小。由此可知, 线圈是电磁铁获得电磁能量的源泉, 通了电流的线圈就会产生一定的磁势。本文选用螺管式电磁铁, 在对螺管式电磁铁通电后, 催动衔铁发生直线位移, 从而打开释放锁。
由于此次设计的电磁铁会应用于水下机器人中, 工作的环境是成分复杂同时具有腐蚀性的海水中, 因而必须对电磁铁系统进行一定的密封和抗腐蚀设计。
基于上述考虑, 结合实际抛载要求, 初步确定抛载系统的工况参数:抛载重物为30 kg;衔铁行程为20 mm;推力为2 kg。
图1为该装置的外观图。该方案将电磁线圈、衔铁、铁心都容纳到铝合金舱体中铁芯推杆制造成活塞形式以实现往复行程和滑动密封, 内部充变压器油实现压力补偿和内外压力平衡。
为了能够使电磁铁通电后避免因为补偿器处O型密封圈的摩擦力迟滞推杆响应速度, 压力补偿活塞杆处采用弹簧施加预压力。为保证完成触发行程后推杆能回到初始位置, 在后推杆处增加恢复弹簧, 以克服回程时的摩擦阻力;前、后推杆上设计了回油孔, 以补偿推杆移动时舱体内部油液的空间分布变化。
2 电磁铁的设计
在确定好方案后, 参照电磁铁的计算步骤和方法, 对电磁铁的各个部分进行初步的计算。根据水下机器人所使用的电源类型可以确定电磁铁为直流电磁铁, 额定工作电压UH=24V, 由于抛载系统只有在上浮和紧急状况下才工作, 故一般为单次触发, 工作时间较短;且在海水中散热条件好, 温升问题不突出, 按照短时工作制设计。
根据释放锁打开棘爪所需要推动距离和克服弹簧的拉力可以确定电磁铁推杆的工作行程δ=2 cm, 净推力F=4 kg。进行电磁铁关键参数的计算。
最后, 计算线圈工作电流, 线圈磁势和消耗功率, 为周边电路的设计和电子器件的选择提供参考。
线圈平均匝长:
线圈电阻:
根据式 (1) 可求得lcp=0.132mm, 代入式 (2) 求得R=5.8Ω。
电压为额定值时线圈的电流为 A;电压为额定值时的线圈磁势IW=4.2×806=3386安匝;电压为额定值时线圈消耗的功率
3 结语
本文的主要内容为水下机器人抛载电磁铁结构研究和优化。本文从研究国内外水下机器人抛载装置技术发展现状入手提出专用的水下机器人抛载装置触发电磁铁设计方案。
该方案考虑了压力补偿机构和耐腐蚀性能, 使其能够适应深海环境和长期使用的需求。在此基础上, 本文以20 mm推杆行程和4 kg触发力为技术要求, 进行了详细设计计算。该方案及其计算过程为同类装置的设计提供了参考。
摘要：抛载装置是水下机器人的重要安全保障措施, 要求具备良好的可靠性和维护性能。与目前广泛采用的多种抛载方式相比较, 采用水下电磁铁触发机械抛载装置具有动作可靠, 结构简单, 使用和维护方便的优点。本文通过分析和提出水下机器人对于电磁铁设计参数和使用工况的具体需求, 对电磁铁的各个部分进行了总体设计。
关键词：水下机器人,电磁铁,抛载装置
参考文献
[1]朱继懋.潜水器设计[M].上海:上海交通大学出版社, 1992.
[2] (苏) 米特里耶夫, 著.深潜器设计[M].凌水舟, 译.北京:国防工业出版社, 1978.
水下焊接技术研究 篇7
水下焊接技术是一种能够在水下特殊环境中实施的焊接方法, 主要用于船舶打捞和水线以下船体的应急维修, 以及码头和其他水工建筑钢材等金属结构的安装和修理。
1.1 高压干法水下焊接
高压干法水下焊接在上世纪50年代初由美国开始进行研究。在1966年应用于生产, 这种方法可以获得较高的焊接质量。由于进行高压干法水下焊接试验需要通过复杂的模拟试验装置来进行, 因此, 目前致力于海洋资源开发的公司一般都建有高压模拟试验装置。
1.2 局部干法水下焊接
20世纪70年代, 局部干法水下焊接兴起。近几十年来, 随着局部干法水下焊接技术的不断发展, 这种焊接方法开始应用于生产, 现在生产中可移动气室式水下焊接法、气罩式水下焊接法和水帘式水下焊接法已经得到应用。
气罩式水下焊接法是一种在焊件上安装透明罩、再用气体排除内部的水的方法。这种方法多采用手工电弧焊和气体保护焊, 应用的水深极限是42m。水帘式水下焊接法是一种排水范围较小的局部干法焊接方法。水下激光焊是一种新兴的局部干法水下焊接技术, 目前还处于试验研究阶段。2001年, 日立公司研制了水帘式激光焊炬, 可在水下创造稳定的干式空间, 并利用了5 k W激光和填充焊丝的方法进行了0.4MPa压力条件下的U形坡口水下激光水平横焊试验。
1.3 湿法焊接
湿法焊接近年在焊条技术上有了较大突破。英国Hydroweld公司开发多种水下焊条中的Hydmweld水下焊条成为英国国防部唯一认可的水下修补焊条, 由美国开发的7018S水下焊条在药皮上涂有一层铝粉, 因此在使用该焊条进行水下焊接时能产生大量气保护焊缝金属。国内方面, 由华南理工大学发明的药芯焊丝微型排水罩水下焊接方法, 可以依靠水下焊接时水汽化产生的水蒸气以及药皮产生的气体排开附近的水而形成一个小范围无水区域, 增加了焊接电弧的稳定性, 并且这种方法具有很大经济性。
2 水下焊接技术在船舶维修中的应用方案研究
2.1 应用环境设定
假定某船舶在某次航行中受损, 其裂纹长度为10 cm, 宽度为3mm, 该裂纹正在渗水, 还没有破裂进水并且裂纹有扩大可能, 而且由于裂纹位置限制, 人员无法在船内进行堵漏和焊接修复。下面将针对该情况使用水下焊接方法进行应急抢修。
由于干法水下焊接施工条件不适用于船舶的应急抢修, 能应用于应急抢修的只有湿法水下焊接和局部干法水下焊接。根据实际条件, 在本方案中分别采取的是水下手工电弧焊方法。
2.2 水下焊接方案设计
(1) 焊前准备。 (1) 潜水焊工需要熟悉船舶图纸, 了解水下作业区深度和温度等环境情况; (2) 水下施焊前水下作业人员应当了解焊接区域的结构特点, 并且需查明焊接作业区附近是否储存有油料以及其他危险物品; (3) 下潜之前, 潜水焊工应认真检查试验焊接工具及设备、潜水装具、供气胶管、电缆、通信联络工具等的水密、绝缘和工艺性能; (4) 下潜后潜水焊工应将信号绳、电缆和供气管等及时整理好, 确保其处于安全位置, 避免发生损坏; (5) 水下焊接前, 施焊人员应对焊接地点采取安全措施并且潜水焊工在水下施焊时不得处于悬浮状态; (6) 水下作业人员与甲板指挥人员之间要配备通信装置, 并且确保通信畅通。当完成准备工作后, 并且取得指挥人员同意后, 水下作业人员方可进行水下焊接; (7) 只有经过专门培训并持有相应操作许可证的人员才能进行水下焊接与切割作业。
(2) 人员配备。实施水下焊接需要配备5名人员, 其中至少2人持有潜水证, 其中, 1人在甲板上负责水下焊接作业现场指挥;1人应持有水下焊接证书, 并进行水下施焊;1人在负责潜水焊工的安全监护;1人在甲板上负责同水下施焊人员进行通信联系;1人在甲板上配合, 做好记录。
(3) 水下焊接维修方案的实施。 (1) 检查寻找裂纹。首先初步确定裂纹所在位置, 让潜水员及设备到达预定位置, 记录员开始记时。将施焊作业的潜水员从船上放下, 潜入到船体水下部分的裂纹处 (据初步观测判断确定) 。到达指定水深后, 甲板指挥人员通过潜水电话与潜水员对话, 开始检查寻找裂纹。当确认找到裂纹后, 在漏点处做好标记, 进行水下摄像、照相。裂纹确定后, 水下作业人员通过潜水电话通知甲板配合人员, 潜水员按原路线返回, 记录人员计时; (2) 确定修补方案。根据裂纹状况, 确定焊补150mm×30 mm钢板 (厚度为4mm) 堵住裂缝。由水下施焊潜水员携带材料、工具, 按方案程序, 再次潜入水下并进行水下焊接; (3) 焊接作业。首先进行焊接平台及档流装置的安装, 安装完毕先在裂纹两端钻直径6-8 mm的止裂孔, 保证止裂孔要离裂纹可见端有一个距离, 超出10-20 mm为宜。接着使用直接点焊法将补板进行固定, 定位焊缝长度不得小于20 mm, 以防开裂滑落。再以较大的焊接电流, 较大的焊接倾角, 用电弧吹力将融化金属除掉, 形成U型坡口, 最后用分段反焊法进行补焊。完成水下焊接作业后, 机舱停止进水, 船上人员通过排水措施排掉机舱内的积水, 船舶可以继续航行。
3 结论
随着水下焊接技术的不断发展和成熟, 水下焊接技术已经成为水下修复的关键技术。这种技术将广泛应用到船舶行业的各个方面, 其能够迅速恢复船舶的航海性能, 具有重要的经济意义。
摘要：水下焊接技术是一种可以提供及时修复能力的水下修复技术, 本文首先分析了目前船舶水下修理过度依赖船坞的现状, 提出在船舶航行途中受损无法及时上排的情况使用水下焊接技术对船舶进行抢修, 通过对现有水下焊接技术的比较分析, 选取了水下手工电弧焊法, 并制定水下焊接方案对受损部位进行焊接修复, 最终证明了水下焊接技术在船舶抢修中的可行性。
关键词：水下焊接,应急维修,焊接方案设计
参考文献
[1]朱加雷, 焦向东, 蒋力培等.水下焊接技术的研究与应用现状[J].焊接技术, 2009, 38 (08) :2-3.
全球最美的水下餐厅 篇8
Set under the crystal-clear blue water, the restaurant is so bright that diners and staff are required to wearsunglasses.
Rated“the most beautiful restaurant in the world" by the New York Daily News this year, Ithaa一meaning“mother of pearl”一offers breathtaking 180-degree panoramic views.
The unusual building seats 14 people, and will cost about ￡ 190 per person for dinner.
It serves contemporary European food in a six-course set dinner menu including dishes such as caviar andlobster for dinner while the four-course lunch menu offers lighter fare.
The ingeniously designed restaurant has never had water inside; it was built on dry land in Singapore be-fore workers carefully lowered it into the ocean in one piece.
参考译文:
马尔代夫港丽酒店的这家五星级餐厅以鲨鱼、黄貂鱼、海龟和绚丽珊瑚等绝佳景观为豪。其建造目的就是让顾客不用弄湿双脚便可欣赏海洋之美。
在水晶般清澈的湛蓝海水下, 餐厅里十分明亮, 用餐者和工作人员都被要求戴上太阳眼镜。
今年被《纽约每日新闻》评为“全球最美餐厅”的Ithaa (意为“珍珠之母”) , 提供壮观的180度全景景观。
这座与众不同的建筑里可坐下14位顾客, 而一顿晚餐的费用约为每人190英镑。
餐厅提供现代欧式餐饮:6道式的晚餐菜品包括鱼子酱和龙虾等;4道式的午餐菜品费用较低。
水下闹龙宫 篇9
赤裸宣言：让海水吻上我的每一寸肌肤
“PG岛是一个潜水者的天堂，我从1985年就来到这里，再也不想离开。”说这话的是澳大利亚人Frank，在20年后的今天，他身边有了一位菲律宾妻子和一个漂亮的混血女儿，他还拥有了一间在PG岛富有盛名的潜水学校—PADI（ Professional Association of Diving Instructors，专业潜水教练协会，是总部在美国全球最大的潜水教育机构）认证的五星级潜水培训中心Lalaguna Beach Club。
波多格雷拉（Puerto Galera）是菲律宾最著名的潜水胜地之一，也是亚洲技术潜水大本营，每年都有络绎不绝的游客来这里度过一个潜水假期。它位于菲律宾第七大岛民都洛（Mindoro）岛的北部，与首都马尼拉所在的吕宋（Luzon）岛相隔着八打雁海湾（Batangas Bay），相比有五个音节的全称，华人都喜欢简称它为”PG”岛。
德国心理学医生雷尔在对度假的游客们进行大规模的调查后认为，大多数游客喜欢躺在海边或游泳池边一动不动，更别说进行一些心智活动了。在这种情况下，脑部前叶神经细胞就会开始萎缩，五天后，智商会衰退5%，三周后就会衰退20%。为了避免在去菲律宾PG岛度假后变得愚蠢，我以为最好的选择莫过于潜水了。这是一项难度并不大，只要一点时间学习、一点点思考和体力的运动，而且更多时候我觉得在海底是在享受失重带来的自由感—我像一只行动缓慢的鸟。
在旺季到PG岛，也不是一个好时机，至少房价涨了不少。刚到的时候，我找到去年住过的海边旅馆，老板娘貌似很热情地和我打招呼，却同时伸出了一把“快刀”。她说房价要1800比索（约250人民币），一个子儿都不能少，而去年“十一”的价格是900比索。我心里边大骂奸商边退下，之后在半山上找了一家名为Steps & Garden 的旅馆，那里都是独立的小木屋，刷成了白色，具有一定的地中海风情。屋前屋后还有鲜花开放，站在阳台就是无敌海景，符合“面朝大海，春暖花开”的影像，而打折后只需800比索，我忽然觉得自己是一个幸福的人。
第二天，我和我的buddy琦琦就开始了潜水计划，自然是找我们潜水母校之一的Lalaguna beach club。去年教我们AOW的Simon教练仍然精神百倍地忙碌着，由于我们有半年没有潜水，他安排我们先跟着其他人去难度不大的潜点Monkey beach，那里大约18米左右，进行适应性潜水正合适。天气不错，潜点的能见度也有二十米，这里的珊瑚沿山坡往下生长，有粉红色的桶状珊瑚和各色的海绵海葵，色彩斑斓。中间自然少不了各种珊瑚鱼，最可爱的就数躲在海葵中间的尼莫（Nemo，小丑鱼）了。别看它们个子小，实际上还很凶悍，只要有人接近它们的家，尼莫会立刻冲出来，瞪着入侵者，摆出一副保家卫国的姿态，但只要我向它挥一下手，尼莫又会立刻躲到海葵丛里。当然，作为潜水者要有环境保护意识，原则上不能接触海底的任何东西，另外一个角度也是为了保护自己，因为不少海底生物都是有剧毒的。PG岛的近海潜点就是一个巨大的水族馆，现实版的《海底总动员》。在Monkey beach我还看到了蓝吊鱼（Blue tang），电影中健忘又多嘴的多利。它大约10厘米，小鱼鳍振动得很快，在水底就像一个蜂鸟。
由于很长时间没有潜水，琦琦显然有点不适应。刚下水就碰到海流，我看她有点手脚慌忙，不停在面镜排水，中性浮力也控制得不好，神色紧张。为了安全，我示意她拉住我的BCD（潜水背心，浮力控制系统）后面，趴在我的肩上一起游，过了不久她就安定下来。可能我是烟民的缘故，而且也没控制好呼吸，只不过半小时，我就发现我的空气压力表已经降到50bar左右，一般来说，这是必须上升到水面的极限。而琦琦的压力表显示是100bar，整整比我多一倍的空气，我看到潜导和其他潜友还在兴致盎然地观赏海底生物，为了不扫兴，我扔掉自己的呼吸器，把琦琦的备用气管放进嘴里开始吸她的气。这样，我们都能在差不多的时间上浮。
我带琦琦游泳，她给我气体，我们两相扯平。潜水就像开车一样，很久没开车后，上路肯定有点别扭。事隔多日没有潜水，显然我们俩都出现了一些状况，幸好，这种不适应只是暂时的，在Monkey beach上浮后，我们都已经很放松了。
在PG岛有一些很有意思的潜点，如看鲨鱼的shark cave，海流汹涌、鱼群众多的canyons，还有沉没在30米海底的St. Christopher大船等。尽管这些潜点在去年我都已经玩过，但我仍然乐此不疲，每天怀着兴奋的心情下海。特别是去Sabang wreck夜潜，在那里，我看到了两条一尺多长的狮子鱼（Lion fish），在手电筒的灯光下，狮子鱼全身通红，张牙舞爪的蓑衣也发出耀眼的光芒。趴在潜点的小破船下，我还发现了两条如巨蟒般的海鳗，它们似乎对光线敏感，电筒照过去它们就开始不停蠕动，像是在躲避什么。
水下量子通信的研究 篇10
关键词：量子,海水特性,水下通信,通信安全
1 引 言
据不完全统计,地球有四分之三的面积被海水覆盖,海洋是各国民用作业及军事活动的重要场所,水下通信更是这些领域可以正常运作的必须保障。截止2000年,全球现役潜艇大约1 000艘。潜艇的这些优良特性主要得益于其超强的水下续航能力——由核反应堆提供长期水下续航的动力和艇员必须的氧气,为保证其生存性和打击突然性,值班核潜艇通常需要在远离大陆的大洋水下200 m左右潜航。水下通信,包括海下指挥潜艇,以及潜艇间的保密通信就显得格外重要。
研究表明,在400～580 nm波段,海水对光波传播损耗较低,水质较好时损耗可低于0.05 dB/m,这被称为海水的“蓝绿窗口”,利用海水的底损耗“窗口”即可实现对潜水下光通信。对潜激光通信的成功对于水下量子通信的研究有极大的参考价值。
传统的光通信已经可以实现水下通信,但是由于海水复杂的物理条件,传播过程中的损耗很大。而主要应用于军事作业的水下通信,需要高效,并且安全的信息传输。安全性无疑成为最为重要的条件。量子通信的天然安全性,满足军事通信的基本要求,量子通信的保密特性,具备经典通信所没有的优势,最大限度地符合军事通信的需求。量子通信的隐形传态无障性是水下传输的保证。相比于传统水下经典通信,抗毁性强,安全性高,并且有很高的效率。这里,提出水下量子通信实现的条件,并给出一些的模型参数。
2 量子通信的概念
量子密码是利用微观粒子的量子属性实现对信息的保护。一个最基本的量子属性是不确定性原理,这是量子物理学的基本原理,该原理表明两个具有互补性的物理量不能同时精确测量。量子不确定性原理的一个重要推论是未知量子的不可克隆定理。这两个性质使得量子密码具有无条件安全性。这也就是说,在量子通信的过程中,如果量子信息遭到测算或者破译,那么量子态将随之改变,故信息发送方可以此判断密钥是否曾被截获,从而保证了量子信息通信的安全性。
BB84协议是量子通信的一个基本通信协议,简要地给出通信的模型来说明通信过程。
图1中,Alice通过量子信道发送随机选择的四种量子态给Bob,接收端Bob随机选择测量基对接受的量子态进行测量,再通过经典信道将他的测量基告诉Alice,由Alice确定后将正确的测量基告知Bob,这样完成信息的传输。量子通信方式经证明是无条件安全的。
由于光子制备方便,目前的密钥分发多采用光子进行。目前实现的有单光子以及光子纠缠对等。这里主要研究单光子作为量子通信的信息载体。
3 海水信道的特性
3.1 海水的透射光谱特性
可见光波段,海水有较好的透射特性。海水对光波的衰减主要是由海水吸收和悬浮微粒散射引起,因此其衰减系数与光波波长﹑海水的浊度﹑生物含量﹑温度及深度有关,由不同海水的衰减可以确定不同的发送光,以保证量子的最大效率。
3.2 海水对光子传播的影响
光束在海水中传播遭受损伤的机理与大气中传播基本相同,也有所谓吸收`散射﹑扰动﹑热晕等。此外,对潜通信时光束往往需要从空气进入海水,因此还有光束在水空界面处受到损伤。
海水的吸收系数随深度变化,通常吸收系数随海水的深度增加而减少。
3.2.1 海水散射
海水的散射包括水本身的瑞利散射和海水中悬浮粒子引起的米氏散射及透明物质折射所引起的散射。对于量子通信来说,海水散射可以使光能量得到衰减,而衰减与传播距离的比例关系可以应用到单光子的产生。
3.2.2 水空界面反射与散射
由于海水与空气折射率不同,因此水空界面存在反射以及散射。
3.2.3 海水扰动
海水因为温度、盐度的不同而拥有不同的折射率。对潜通信中,光束在海水中传播距离一般在10～300 m,单光子的海水传播距离要远小于激光束。海水中量子通信的中距离以及远距离都需要中继器保证。
3.2.4 热晕效应
由于海水对光能量的吸收较大,并对光束有强烈的散射,可造成大的损耗,对光束的传播有致命的影响。
4 水下量子通信的关键技术
4.1 单光子信号的产生
量子通信系统的实现依赖于具体的量子比特及对其的操作。而量子信号是量子信息中的基本概念,是量子信息和经典信息的载体。这里把单光子作为实现通信的量子信号。光子是基本粒子,不具有内部结构,因此单光子具有不可分离性。目前,制备单光子的技术主要有:光子转栅技术,自发辐射参量下转换技术等。这些技术制备出的单光子有一个很大的问题,就是传输距离短,因为其在信道中损耗较大。在水下,由于其复杂的物理特性,使得本身能量较小的单光子更加无法长距离传输。而且,单光子在复杂外界环境中,容易受到影响出错,这势必会使传输效率降低很多。
为了克服单光子信号的技术缺陷,可以利用具有强相干性与高亮度的激光来增强光子信号强度。激光中的每个脉冲都包含了大量的光子,但这样的激光并不具备量子特性,需要植被接近单光子性能的量子信号,最简单的办法是将激光衰减,使其变的非常微弱。理论上,我们要求单光子脉冲的平均光子数满足:N≤0.1。
目前实现的方法是:让一束弱激光脉冲通过一个合适的衰减器可产生微弱激光脉冲量子信号。
需要说明的是,在实际中,由于弱相干光源仅仅是一个近似的单光子源,无法保证通信的绝对保密性。在实际的通信的过程中,我们可以考虑量子纠缠对,在两点间形成量子纠缠,以保证更高的安全性。并且,在量子纠缠对的通信过程中,还可以用中继器保证更远的传输距离。本文只对单光子做研究,以便于获得实验数据。
4.2 海水色散条件下的发送策略
我们由光子在水中传输的时延差,来确定一次成功的发送。光子在水中传输时,由于受到海水多径色散的影响,一部分光子会延时到达接收端,为了保证量子通信的保密性,在光子延时达到一定时间时,我们认为发送失败。
光束在穿过海水的过程中,粒子对光束的影响作用与粒子大小(相对于波长的断面尺寸)和粒子密度﹙粒子的体积浓度﹚关系很大。海水粒子引起了光子脉冲色散。
由海水散射引起的激光脉冲传输延时差为:
式中c为光速,z为海水深度,n为海水折射率,ω0= b/C为海水单程散射反照率,C为海水体积衰减系数,b为海水体积散射系数,1/b即为海水的标准散射长度,τ=b×z是海水中深度z范围内所包含的标准散射长度的个数,也就是光子与海水中粒子相互作用的次数,进而可以用ΔT描述在深度z范围内光子被粒子散射的次数,γ0是光子与粒子单次碰撞时的散射角,P(γ0)为粒子标量散射位相函数,他随水质的不同而具有不同的形式,实际应用中,一般都是通过实验测定各个散射方向上的散射光强度,然后拟合成经验公式,对于大粒子的散射情况,有如下经验公式:
从式(1)中可以看出,脉冲传输距离z,海水反照率ω0,海水衰减系数C,以及光子散射角γ0直接影响着脉冲传输延时差ΔT。图2中的曲线族描述了不同的海水状况对激光脉冲延时差的影响。
图2(a)中,海水反照率ω0和光子散射角γ0的均值一定,ω0=0.75,<cos(γ0)>=0.995,曲线A、B、C、D、E分别对应衰减系数C=0.3m-1,0.5m-1,0.7m-1,0.9m-1,1.1m-1,1.3m-1。当衰减系数增大时,意味着水质变差,脉冲传输延时差显著增加。
图2(b)中,海水衰减系数C和光子散射角γ0的均值一定,C=0.3 m,<cos(γ0)>=0.995曲线A、B、C、D、E分别对应于海水反照率ω0=0.60,0.70,0.80,0.90,1.0。当海水反照率增大时,同样意味着散射系数增大,水质变差,类似于图3(a)中的情况,脉冲传输延时差显著增大。
根据时延差和海水关系,我们可以通过实验来确定不同的发送,接收策略,以保证量子信息传输的安全性。
4.3 多点发送,大透镜收发信号
单光子信号经过海水传输后,受到了海水的衰减A(L)、辐射率分布引起的衰减(R,0)、激光发射器和接收器孔径面积比引起的衰减,因此得到激光接收机探测器接受到的单脉冲能量为:
式中EP为发射器光学系统输出的单脉冲能量(单位为J),S为接收处光斑面积,A为接收器空经面积。
能量的损耗使得自身能量很弱的单光子脉冲的能量受到极大影响。为了保证接收信号的完整性,在发射和接收端都应增大透镜的半径。
4.4 大半径收发光子透镜
光子脉冲在海水中传播时除了沿传播方向的衰减外,还有在垂直于传播方向上的横向扩展。光束受到海水强散射作用,其向上的辐射能量将分布在一个越来越大的圆形(或椭圆形)光斑内。
扩散的程度与水质、激光发射器在水中的深度和水下发射角等因素密切相关。设辐射率分布f(θR,φ0,δ)是视场接收角、方位角和发射器深度的函数,可用数值积分法求出:
式中θR为接收视场角,φ0为信号辐照度到达零时的角度,δ为接收器光轴和入射光轴之间的偏斜角。
由此可以知道,如果在发送端多点发送信号,可以改善随机散射的影响,以保证信号的传输距离。而发送点的间隔和范围,可以由收发端散射角的关系得出。
4.5 由海水衰减系数确定的发送策略
光束在海水中传输,如果传输距离较短,与在大气中传输一样,衰减规律也服从指数规律:
式中αm为海水分子吸收系数,αa为海水中悬浮微粒的吸收系数,βm为海水分子散射系数或瑞利散射系数,βa海水中悬浮微粒的散射系数或米氏散射系数,e海水中光扰动的系数。L为光子传播距离。
而对于量子信号,光子的衰减又可以写为:
海水的衰减服从指数分布,可以由图象衰减曲线来确定不同深度的传播条件,具体确定发送策略。
4.6 纠缠光子对
单光子的传输由于能量微弱,并不适合长距离传输。随着量子通信技术中,纠缠光子对制备的成功,可以应用到水下量子通信中,这样可以通过在两点形成纠缠来实现信息的传输,中继器可以弥补传输距离的限制,实现水下长距离的通信。
5 结 语
水下量子通信对于提高信息传输的准确性,保证信息安全性具有很高的价值。量子通信技术已经取得了一些成果,在陆地通信中已经可以实现百余公里的信息传输。随着量子中继设备的不断研制,量子通信的传输距离将有更大的突破,而水下的量子通信技术也会随之得到发展。水下量子通信技术的研究无疑对于国家的军事发展具有举足轻重的价值。
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