Узлы регионального масштаба - Regional Scale Nodes

Эта статья об океанской обсерватории США на плите Хуан де Фука. Канадскую обсерваторию см. НЕПТУН.

В Национальный научный фонд (NSF) Инициатива океанических обсерваторий (OOI) Узлы регионального масштаба (RSN) составная часть является электрооптически подводная обсерватория с кабелем который напрямую связан с глобальным Интернет. Это самый большой связанный кабелем морское дно обсерватория в Мир, а также первый в своем роде в Соединенные Штаты.

Расположен в южной части Тарелка Хуана де Фука, с берег из Вашингтон и Орегон, это первый океан обсерватория, охватывающая тектоническая плита.

RSN использует несколько Высокая мощность, высокая пропускная способность подводные терминалы, называемые первичными узлами, которые связаны между собой опто-волоконный кабель и оказывать поддержку океанографический датчики на ключе локации.

После завершения сети в 2014 году RSN покроет расстояние более 900 километров на глубинах до 3000 метров. Внедрение узлов регионального масштаба OOI осуществляется под руководством Вашингтонский университет (UW) Школа океанографии, то Лаборатория прикладной физики UW, и L-3 МариПро.

Текущие данные RSN с более чем 100 участков морского дна и столб воды инструменты будут доступны прямой эфир в интернете. Это позволит как ученые и широкая публика изучить долгосрочные изменения в океанских системах в течение следующих 25 лет.

Строительство RSN будет завершено в 2014 году. Существенную помощь в работе оказывают экипажи ROPOS (дистанционно управляемая платформа для наук о наблюдениях). В 83-дневная экспедиция VISIONS ’14 на борту 274-футового глобального класса R / V Томас Дж. Томпсон отвечает за окончательную реализацию обсерватории.

OOI Узлы регионального масштаба карта

Обзор

Узлы регионального масштаба (RSN) являются компонентом Инициативы океанических обсерваторий (OOI) Национального научного фонда (NSF). OOI NSF управляется и координируется Проектным офисом OOI в Консорциум лидерства в океане (COL) в Вашингтон. UW, расположенный в Сиэтл, Вашингтон, является организацией-исполнителем RSN для COL.

В видение RSN открывает новую эру научных открытий и понимания Мирового океана.

RSN состоит из двух инфраструктуры: первичный и вторичный. Сеть первичной инфраструктуры, которая была спроектирована, квалифицирована, изготовлена ​​и установлена ​​в 2012 г. L-3 Марипро, состоит из берегового сооружения, расположенного в Пасифик-Сити, Орегон; две волоконно-оптических кабельных линии протяженностью 800 километров и семь основных научных узлов.

Система RSN обеспечивает 200 киловатты власти и 240 Гбит / с из TCP / IP Передача данных через Интернет к семи основным научным узлам. RSN рассчитана на 25 лет эксплуатации и может значительно расшириться, чтобы служить будущее наука нуждается.

В НИС Томас Г. Томпсон был использован при строительстве Узлы регионального масштаба OOI Предоставлено: М. Эленд, Вашингтонский университет.

История

До появления подводных кабельных обсерваторий океанографы и другие исследователи, изучающие Мировой океан, для сбора данных, как правило, полагались на использование исследовательских судов и пилотируемых подводных аппаратов. За этим последовал сдвиг в сторону Транспортные средства с дистанционным управлением (ROV) и космические исследования спутники. Ограничением этих методов было то, что они были либо нерентабельными, либо данные можно было собирать только в течение короткого периода времени. Хотя важность экспедиционный разведка была признана, решение было необходимо.

В 1987 году концепция использования мощных и широкополосных подводных кабельных обсерваторий появилась как долгосрочное и экономичное решение для мониторинга океанских систем в реальном времени.

В начале 1990-х США и Канада заключили соглашение о создании подводной океанической обсерватории с электронно-оптическим кабелем в масштабе пластины в северо-восточной части Тихого океана. В этом регионе находится самая маленькая из тектонических плит Земли - плита Хуан-де-Фука. Небольшие размеры и близость к побережью плиты Хуан-де-Фука предоставляют уникальную возможность наблюдать динамические системы в регионах подводных вулканов.

Партнерство между США и Канадой переросло в план по созданию канадской кабельной сети, которая покрывала бы верхнюю 1/3 плиты Хуана де Фука, и американской системы, покрывающей нижние 2/3 плиты (см.). Вместе эту обсерваторию в масштабе пластины можно было бы назвать НЕПТУН (Подводные сетевые эксперименты с временными рядами северо-восточной части Тихого океана) и обеспечит непрерывные наблюдения в течение 25 лет.

К середине 2000-х годов NEPTUNE Canada получила полное финансирование, и их кабельная сеть была завершена и подключена к 2009 году. Она была передана под зонтичную сеть Ocean Networks Canada (ONC). Между тем, NEPTUNE U.S. был переименован в Узлы регионального масштаба и стал компонентом OOI. Его планируется завершить в 2014 году. И NEPTUNE Canada, и RSN будут интегрированы через цифровую инфраструктуру ONC и Киберинфраструктура OOI предоставление доступа в реальном времени любому, кто подключен к Интернету.

"Цель программы - начать эру научных открытий и понимания в океанских бассейнах и внутри них с использованием широко доступного интерактивного телеприсутствия. Это новый мир. Мы будем присутствовать во всем океане по желанию, общаясь в реальном времени ... Итак, что мы можем сделать завтра? Мы собираемся оседлать волну технологических возможностей. В области океанографии появляются новые технологии, которые мы будем внедрять в океанографию, и благодаря этой конвергенции мы будем превратить океанографию во что-то еще более волшебное ».

Джон Делани, Директор программы RSN и главный исследователь

Научная мотивация

Научные цели RSN значительны. Огромный спектр природных явлений, происходящих в Мировой океан и морское дно находятся в северо-восточной части Тихого океана. В целом миссия RSN - обеспечить человеческий телеприсутствие в океане, который будет служить исследователям, студентам, преподавателям, политикам и общественности. Ученые смогут проводить локальные исследования таких глобальных процессов, как крупные Океанские течения, зоны активных землетрясений, создание нового морского дна и богатый среды обитания морских растений и животных.

OOI Морские процессы на дне. Изображение предоставлено: программа OOI по узлам регионального масштаба и Центр визуализации окружающей среды Вашингтонского университета

RSN также разработан, чтобы помочь предвидеть как краткосрочные, так и долгосрочные угрозы и возможности, связанные с океаном. В частности, RSN сможет отслеживать тектоническая активность вдоль границы плиты. Есть надежда, что сейсмические датчики может быть установлен на ключевых участках вдоль центр распространения который служил бы системой раннего предупреждения для землетрясения и цунами.

Наличие долгосрочного кабельная обсерватория позволит проводить длительные измерения биологические сообщества. В частности, расходящаяся граница плиты Хуан-де-Фука привела к существованию морского дна. гидротермальные источники экосистемы и другие подобные группы. Эти глубоководные сообщества, процветающие в чрезвычайно суровых условиях, ставят ряд нерешенных научных вопросов, которые RSN сможет исследовать.

Инфраструктура

Карты станций узлов в региональном масштабе

    Первичная инфраструктура

    Основная инфраструктура RSN состоит из семи основных узлов, которые были установлены в 2012 г. L-3 Марипро. Это конечные точки, которые помогают распределять мощность и полосу пропускания между сетями развернутых датчиков.

    Приблизительно 900 километров кабеля (называемого магистральным кабелем) было использовано для соединения основных узлов вместе. Эти кабели выходят на берег на береговой станции в Тихий океан, Город, Орегон.

    В 2005 году более 175 ученых из Соединенных Штатов откликнулись на запрос Национального научного фонда о помощи в разработке кабельной обсерватории на плите Хуан де Фука. Узлы расположены на заранее выбранных экспериментальных участках по всей пластине Хуан-де-Фука. Осевая подводная гора, Hydrate Ridge на окраине Каскадии и мелководных участках к западу от Ньюпорт, Орегон (Массив выносливости) все имеют установленные первичные узлы. Все основные узлы расположены в экологически безвредных областях.

    Узлы также преобразуют 10 кВ постоянного тока Напряжение уровни от магистрального кабеля до 375 В постоянного тока, который затем направляется во вторичную инфраструктуру. Системы коммутации 375 В и системы телеметрии узла были разработаны и изготовлены Texcel Technology Plc, базирующейся в Англии. Программное обеспечение для управления портами и системами защиты телеметрии также было поставлено Texcel в качестве менеджера элементов, находящегося в системе управления сетью (NMS).

    Первичные узлы имеют ряд дополнительных портов, которые предлагают потенциал для крупномасштабного расширения в будущем (> 100 километров).

    Вторичная инфраструктура

    Преобразованное напряжение 375 В постоянного тока от первичных узлов затем направляется на узлы малой и средней мощности и распределительные коробки. Узлы и распределительные коробки (похожие на удлинители) обеспечивают прямое питание и связь с приборами на экспериментальных площадках. Вместе эти части составляют вторичную инфраструктуру RSN. Удлинительные кабели используются для подключения первичных узлов к вторичной инфраструктуре, обеспечивая питание и связь.

    Подключение оборудования осуществляется с помощью разъемов «мокрый ответ». В зависимости от требований к нагрузке были установлены разные типы кабеля. Пропускная способность этих кабелей составляет от 10 Гбит / с до 1 Гбит / с.

    Во время экспедиции VISIONS ’13 по продолжению строительства RSN на дне океана было проложено более 22 000 метров удлинительных кабелей. Все кабели успешно подключились.

    После завершения в 2014 году будет введено в эксплуатацию более 100 приборов для измерения морского дна и водяного столба с кабелем. Эти инструменты позволят отслеживать биологические, химические, геологические и геофизические процессы в океане. Вторичная инфраструктура также будет включать шесть систем швартовки для профилографов водяного столба.

    Кабели часто прокладывают по всему миру в океанских бассейнах и на окраинах. У них довольно долгая жизнь. Магистральный кабель был проложен летом 2011 года. Торгово-кабелеукладочное судно, г. TE SubCom Dependable, выполнили этот этап проекта.

    Также учтены особые экологические требования. Некоторые кабели в значительной степени хорошо бронированы, особенно те, которые проложены в вулканических районах, таких как Axial Seamount.

    Изображения, полученные ROPOS во время строительных и исследовательских погружений RSN

      Инструменты

      ROPOS готовится к развертыванию неглубокого профилировщика Фото: М. Эленд, Вашингтонский университет

      Чтобы полностью понять сложные океанские системы, необходимы самые разные сенсорные матрицы, способные работать в течение длительного времени в суровых условиях. Набор датчиков (более 100) был выбран и стратегически размещен по всей RSN. Они расположены на осевой подводной горе, хребте Гидрат, а также у причалов водной толщи.

      Инструменты, подключенные к RSN, включают:

      • Электропроводность Температура Глубина (находится на профилометрах)
      • Растворенный кислород,
      • Трехмерный одноточечный измеритель тока
      • Температура
      • Флуорометры
      • CDOM,
      • Хлорофилл-а,
      • Оптическое обратное рассеяние

      Инструменты - это конечная точка каждого филиала региональной сети.

      Киберинфраструктура

      Топология развертывания CI. Графика создана Дж. Б. Мэтьюзом.

      Узлы регионального масштаба подключены к киберинфраструктуре OOI.

      Компонент Cyberinfrastructure OOI связывает морскую инфраструктуру с учеными и пользователями. Киберинфраструктура OOI управляет и интегрирует данные от всех различных датчиков OOI. Он обеспечит общую операционную инфраструктуру, Интегрированную сеть обсерваторий (ION), соединяющую и координирующую работу морских компонентов (массивов глобального, регионального и прибрежного масштаба). Он также будет обеспечивать управление ресурсами, командование и контроль миссии обсерватории, производство продукции, управление данными и их распространение (включая надежное происхождение данных) и централизованно доступные инструменты для совместной работы.

      Интегрированная сеть обсерваторий (ION) связывает и координирует работу морских компонентов OOI с научными и образовательными задачами океанографических исследовательских сообществ. Киберинфраструктура разрабатывается и строится Калифорнийский университет в Сан-Диего.

      Статус

      Строительство RSN продолжается. По состоянию на 19 сентября 2014 г. основная инфраструктура и большая часть вторичной инфраструктуры были успешно созданы, и бригады OOI RSN и UW APL работали над завершением вертикальной швартовки мелководного профилографа.

      Информационно-пропагандистская деятельность

      Вашингтонский университет приветствовал участие студентов во внедрении RSN. По состоянию на 2014 год было проведено восемь экспедиций, в которых студенты имели возможность поработать на борту НИС «Томас Г. Томпсон» и стать свидетелями строительства обсерватории с кабельной проводкой. Во время этих круизов студенты разрабатывают проекты с использованием всего имеющегося на борту технологического и научного оборудования.

      Студенты, которые участвуют в этих экспедициях, продолжают делиться своим опытом с другими.

      В 2014 году более 30 аспирантов и студентов работали вместе с исследователями, инженерами, преподавателями и командой во время 83-дневной экспедиции VISIONS ’14.

      использованная литература

      • Карр, Джеффри (15 ноября 2007 г.). «В гостях у царства Нептуна». Экономист. Получено 17 сентября 2014.
      • Делейни, Джон; Алан Чав (январь 2000 г.). "НЕПТУН: волоконно-оптический телескоп во внутреннее пространство". Oceanus. Получено 17 сентября 2014.
      • Томсон, Эшли (7 марта 2014 г.). «Канадский научный подводный центр и Вашингтонский университет подписали в 2014 году соглашение об установке кабельной обсерватории Узлов регионального масштаба в США». Канадский научный подводный объект. Получено 18 сентября 2014.
      Студенты экспедиции VISIONS '14 готовятся к развертыванию CTD Предоставлено: М. Эленд, Вашингтонский университет.

      внешние ссылки