水下三网融合系统的制作方法

1.本发明涉及海底通信、监测技术领域，尤其是指一种水下三网融合系统。


背景技术：

2.现有水下(或者“海底”)通信、监测、能源均为各自独立的网络，各网络仅能实现一种功能，比如，水下通信网络，得益于海底光缆的大范围铺设以及中继器和分支器的成功解决，能够实现跨洋传输通信。水下监测网络由观测网 传感器实现水下环境的定点监测，但传统的监测网，由于接驳盒、传感器等设备器件以及电力传输的限制，仅能用在近海的定点监控。水下能源网络由海底电缆实现水下各终端的电力传递，但传统的能源网，由于传输电缆的成本耗费，以及对应的经济性，仅用于短途的海底电力能源传输，不具备auv(antonomous underwater vehicle)/uuv(unmanned underwater vehicle)等水下无人机的光电转换终端功能。


技术实现要素：

3.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中水下各网络之间各自独立建网造成的资源浪费问题，水下监测仅能近海定点监测的问题，以及水下能源仅能短途传递电力的问题，提供一种集通信、监测、能源为一体的水下三网融合系统，实现一网多用。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种水下三网融合系统，包括，
5.主干海缆，其包括通信光纤、电力传输线和监测光纤，由所述主干海缆连接的终端之间通过所述通信光纤传输通信数据、通过所述电力传输线传递电力、通过所述监测光纤传输监测数据；
6.水下终端网络，其包括通信终端和监测部件，所述监测部件用于获取水下环境的监测数据；所述通信终端和监测部件分别通过支路海缆连接所述主干海缆；所述通信终端的通信数据和所述监测部件的监测数据传输至所述主干海缆；
7.岸基数据处理系统，其设置于岸基、并连接所述主干海缆，用于接收并处理所述主干海缆传输的通信数据和监测数据；
8.岸基供电设备，其设置于岸基、并连接所述主干海缆，用于给连接所述主干海缆的各个终端提供电力。
9.在本发明的一个实施例中，所述岸基供电设备输出高压恒流直流电，该高压恒流直流电给连接所述主干海缆的各个终端提供电力；其中，所述高压恒流直流电的阳极配置于所述岸基供电设备侧，其阴极接入水下线路中。
10.在本发明的一个实施例中，还包括中继网络，所述中继网络包括分布于水下各个节点的中继器；所述中继器连接所述主干海缆，其用于沿线光信号的中继放大。
11.在本发明的一个实施例中，还包括分支网络，所述分支网络包括分布于水下各个节点的分支器；所述分支器连接所述主干海缆或/和所述支路海缆，其用于沿线光电信号的分支。
12.在本发明的一个实施例中，还包括接驳网络，所述接驳网络包括分布于水下各个节点的接驳盒；所述接驳盒通过支路海缆连接所述分支器，所述接驳盒还连接下级终端，所述接驳盒的下级终端包括与之直接连接的所述监测部件、通过下级分支器扩展连接的所述监测部件、水下储能模块，以及水下光通信模块，所述水下储能模块用于给水下载具(auv)、水下航行器(uuv)充电；所述接驳盒通过所述水下光通信模块与所述水下载具、水下航行器、监测部件通信。
13.在本发明的一个实施例中，所述接驳盒包括电压转换模块、电传输模块、水下光通信模块和信号处理模块；
14.所述电压转换模块，所述主干海缆传递的电力经所述分支器分支后接入所述电压转换模块，所述电压转换模块用于将输入电压转换成终端适配电压；
15.所述电传输模块，其连接所述电压转换模块，用于将所述终端适配电压传递至所述接驳盒的下级终端，给所述接驳盒的下级终端供电或者充电；
16.所述信号处理模块，用于接收并处理所述接驳盒下级终端上传的监测数据和通信数据，并将处理后的监测数据和通信数据汇入所述主干海缆中进行传输。
17.在本发明的一个实施例中，还包括接头盒，该水下三网融合系统通过所述接头盒在水下连接两根所述主干海缆或/和所述支路海缆。
18.在本发明的一个实施例中，所述主干海缆上直接连接有所述监测部件。
19.在本发明的一个实施例中，所述监测部件还集成于各终端内，该终端包括中继器、分支器和接头盒。
20.在本发明的一个实施例中，所述监测部件至少包括温度传感器、压力传感器、振动传感器、盐度传感器、酸碱度传感器、加速度传感器中的一种或者多种的组合；或者所述监测部件配置为海缆上的监测光纤，基于所述监测光纤通过分布式光纤传感实现海缆的沿线监测。
21.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
22.本发明所述的水下三网融合系统，水下大范围、超长铺设主干海缆，分布于水下各个节点的通信终端和监测部件直接或者间接的连接所述主干海缆，一方面将通信数据和监测到的水下环境数据传输至所述主干海缆，由所述主干海缆传输至岸基数据处理系统，另一方面岸基供电设备接入的电力通过所述主干海缆传递至水下各个终端(通信终端和监测部件)实现集通信、监测、能源为一体的水下三网融合，实现一网多用。
附图说明
23.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
24.图1为本发明优选实施例中水下三网融合系统的结构框图；
25.图2为图1所示接驳盒的模块框图。
26.说明书附图标记说明：
27.10
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主干海缆，20
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通信终端，30
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传感器，40
‑
岸基数据处理系统，50
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岸基供电设备，60
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中继器，70
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分支器，80
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接驳盒，90
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接头盒，100
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分支海缆；
28.801
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电压转换模块，802
‑
电传输模块，803
‑
水下光通信模块，804
‑
信号处理模块，
805
‑
水下储能模块。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
30.参照图1所示，本发明公开一种水下三网融合系统，包括主干海缆10，所述主干海缆10内部同时包括通信光纤、电力传输线和监测光纤，由所述主干海缆10连接的终端之间通过所述通信光纤传输通信数据、通过所述电力传输线传递电力、通过所述监测光纤传输监测数据；水下终端网络，所述水下终端网络包括通信终端20和监测部件，所述监测部件用于获取水下环境的监测数据；所述通信终端20和监测部件直接连接所述主干海缆10，或者分别通过支路海缆100连接所述主干海缆10；所述通信终端20的通信数据和所述监测部件的监测数据传输至所述主干海缆10；岸基数据处理系统40，所述岸基数据处理系统40设置于岸基、并连接所述主干海缆10，用于接收并处理所述主干海缆10传输的通信数据和监测数据；岸基供电设备50，所述岸基供电设备50设置于岸基、并连接所述主干海缆10，用于给连接所述主干海缆10的各个终端提供电力。
31.所述的水下三网融合系统，基于现下的施工技术可以在水下(或者“海面以下”)大范围、超长铺设主干海缆10，分别用于水下通信和水下环境监测的通信终端20和监测部件各自分布于水下各个节点，所述通信终端20和监测部件布置好以后直接或者间接的连接所述主干海缆10，也就是，所述通信终端20、监测部件可以根据需要直接连接所述主干海缆10，也可以通过支路海缆100连接所述主干海缆10，此处，所述支路海缆100可以根据需要使用与所述主干海缆10结构相同的海缆，一根海缆同时包含有通信光纤、监测光纤和电力传输线；所述支路海缆100也可以单独采用不同于所述主干海缆10的结构的海缆，比如只包含有通信光纤、或者只包含有监测光纤，或者只包含有电力传输线，或者包含有以上三种的任意两种等。
32.以上搭建的水下三网融合系统，一方面将通信数据和监测到的水下环境数据传输至所述主干海缆10，由所述主干海缆10传输至岸基数据处理系统40，由所述岸基数据处理系统40集中处理通信数据和监测数据；另一方面岸基供电设备50接入的电力通过所述主干海缆10传递至水下各个终端(通信终端20和监测部件)，给整个三网融合系统的水下终端供电，以此实现集通信、监测、能源为一体的水下三网融合，实现一网多用。
33.具体的，所述监测部件设置为用于监测环境数据的各类传感器20，比如至少包括温度传感器、压力传感器、振动传感器、盐度传感器、酸碱度传感器、加速度传感器中的一种或者多种的组合，当然，根据实际使用需要，还可以接入现有技术中其它不同种类的各类传感器。以及，所述监测部件还可以配置为海缆上的监测光纤，基于所述监测光纤通过分布式光纤传感实现海缆的沿线监测。
34.为了支撑水下大范围沿线终端的数据处理，本发明水下三网融合系统使用的所述岸基数据处理系统优选设置为das数据处理系统，实现系统的光信号处理与展示，利用das和光纤传感，极大程度的提升了信号监测的光度。
35.为了支撑水下大范围沿线终端的稳定供电，本发明水下三网融合系统使用的所述岸基供电设备优选设置为pfe(power feed equipment)供电设备，pfe供电设备将市电转换
成压值为15kv～20kv的高压恒流直流电输出，该高压恒流直流电给直接连接或者间接连接所述主干海缆10的各个终端提供电力，高压恒流直流电在传递过程中没有电磁感应干扰和涡流损耗，能够稳定、并持续性的被传递至各个终端，支撑水下大范围沿线终端的稳定供电。
36.考虑到高压恒流直流电使用过程中需要不定期的对阳极做维护，本发明实时方案中所述高压恒流直流电的阳极配置于所述岸基供电设备50侧，其阴极接入水下线路中10，便于日常维护阳极。此处，可以在水下各个终端处配置阴极，也可以只在接驳盒处配置阴极，把所有的水下的电都汇集到接驳盒处，再转到阴极。
37.为了支撑水下大范围沿线终端的通信、监测数据传输，本发明水下三网融合系统还包括中继网络，所述中继网络包括分布于水下各个节点的中继器60；所述中继器60连接所述主干海缆10，其用于沿线光信号的中继放大，实现远距离的光信号传输。其中，所述中继器60可以直接连接所述主干海缆10，也可以直接连接支路海缆100，分别用于主干线路上的光信号中继放大和支路上的光信号中继放大。
38.为了支撑水下大范围沿线终端的通信、监测数据传输，本发明水下三网融合系统还包括分支网络，所述分支网络包括分布于水下各个节点的分支器70；所述分支器70连接所述主干海缆10或/和支路海缆100，其用于沿线光电信号的分支，从而实现1对多的光信号传输。其中，所述分支器70可以基于波长分支或者物理分支实现光信号分支，基于物理分支实现电信号分支，将所述主干海缆10传递的电力分支出来给连接所述分支器70的下级终端使用，或者将所述主干海缆10传递至支路海缆100的电力分支出来给连接支路海缆100的下级终端使用；或者将所述主干海缆10传输的光信号分支出来给连接所述分支器70的下级终端，以及将连接所述分支器70的下级终端的光信号耦合至所述主干海缆10传输。
39.所述的主干海缆10受限于工艺制程、搬运和安装问题等，一根主干海缆10的长度有限，而为了搭建水下大长度传输线，本发明水下三网融合系统还包括接头盒90，该水下三网融合系统通过所述接头盒90在水下连接两根所述主干海缆10，由所述接头盒90将单根长度受限的主干海缆10接续成大长度的系统海缆，以支撑水下大范围的沿线铺设。
40.所述的监测部件可以直接连接所述主干海缆10，还可以集成于所述中继器60、所述分支器70和所述接头盒90内，实现通讯线路沿线的定点监测。
41.作为本发明实施例的进一步改进，所述水下三网融合系统还包括接驳网络，所述接驳网络包括分布于水下各个节点的接驳盒80；所述接驳盒80通过支路海缆100连接所述分支器70，所述接驳盒80还连接下级终端，所述接驳盒的下级终端包括与之直接连接的所述监测部件、通过下级分支器70扩展连接的所述监测部件、水下储能模块805，以及水下光通信模块803，所述水下储能模块805用于给水下载具(auv：antonomous underwater vehicle)、水下航行器(uuv：unmanned underwater vehicle)充电；所述接驳盒通过所述水下光通信模块803与所述水下载具、水下航行器、监测部件通信，其中，所述水下光通信模块803配置为蓝绿激光通信，所述接驳盒80基于蓝绿激光通信与水下auv/uuv通信，传输通信数据。参照图2所示，所述接驳盒包括电压转换模块801、电传输模块802和信号处理模块804；
42.所述主干海缆10传递的电力经所述分支器70分支后接入所述电压转换模块801，所述电压转换模块801用于将输入电压转换成终端适配电压，该终端适配电压为根据实际
使用需要进行适配；
43.所述电传输模块802连接所述电压转换模块801，用于将所述终端适配电压传递至所述接驳盒80的下级终端，给所述接驳盒的下级终端供电或者充电，比如给连接所述接驳盒80的水下储能模块805充电，所述水下储能模块805再给水下auv/uuv充电，提升水下水下auv/uuv的工作效率，从而避免上岸充电，并将能量储存至水下储能电池，将系统的能量进行储备，不仅可以大大提升水下auv/uuv的充电效率，同时也能避免或者降低因系统供电失效或者维修等进而影响水下auv/uuv的充电的风险。
44.所述信号处理模块804用于接收并处理所述接驳盒80下级终端上传的监测数据，并将处理后的监测数据汇入所述主干海缆10中进行传输。
45.因此，本发明所述的水下三网融合系统，能够真正实现通信、监测和能源三网融合，充分利用资源，降低网络架构的搭建成本。
46.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
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rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
47.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
48.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
49.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
50.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。