Noder i regional skala

Den här artikeln handlar om USA:s havsobservatorium på Juan de Fuca-plattan. För det kanadensiska observatoriet, se NEPTUNE .

National Science Foundations (NSF) Ocean Observatories Initiative (OOI) Regional Scale Nodes (RSN) -komponent är ett elektrooptiskt kablat undervattensobservatorium som direkt ansluter till det globala Internet . Det är det största kabelanslutna havsbottenobservatoriet i världen och även det första i sitt slag i USA .

Beläget på den södra delen av Juan de Fuca-plattan , utanför Washingtons och Oregons kust , är det det första havsobservatoriet som spänner över en tektonisk platta .

RSN använder flera undervattensterminaler med hög effekt och hög bandbredd som kallas primärnoder som är sammanlänkade med fiberoptisk kabel och ger stöd till oceanografiska sensorer på viktiga platser .

Efter färdigställandet av nätet 2014 kommer RSN att täcka en sträcka på över 900 kilometer på djup upp till 3000 meter. Implementeringen av OOI Regional Scale Nodes leds av University of Washingtons (UW) School of Oceanography , UW Applied Physics Laboratory och L-3 MariPro .

Live RSN-data från >100 havsbotten- och vattenpelarinstrument kommer att göras tillgängliga live på Internet. Detta kommer att göra det möjligt för både forskare och allmänheten att studera långsiktiga förändringar i havssystemen under de kommande 25 åren.

Konstruktionen av RSN kommer att slutföras 2014. Ansträngningarna får avsevärt stöd av besättningarna på ROPOS (Remotely Operated Platform for Observation Sciences . 83 -dagars VISIONS '14-expeditionen ombord på den 274-fots globala R/V Thomas G. Thompson är ansvarig för observatoriets slutgiltiga genomförande.

Karta över noder i regional skala OOI

Översikt

Regional Scale Nodes (RSN) är en del av National Science Foundations (NSFs) Ocean Observatories Initiative (OOI). NSF:s OOI hanteras och koordineras av OOI Project Office vid Consortium for Ocean Leadership (COL) i Washington, DC. UW, som ligger i Seattle , Washington, är RSN Implementing Organization för COL.

Visionen bakom RSN är att lansera en ny era av vetenskaplig upptäckt och förståelse av haven .

RSN består av två infrastrukturer : primär och sekundär. Det primära infrastrukturnätverket, som designades, kvalificerades, tillverkades och installerades 2012 av L-3 Maripro , består av en strandanläggning belägen i Pacific City, Oregon ; två fiberoptiska kabellinjer som täcker en sträcka på 800 kilometer och sju primära vetenskapsnoder.

RSN-systemet levererar 200 kilowatt effekt och 240 Gbit/s TCP/IP Internet- datakommunikation till de sju primära vetenskapsnoderna. RSN är designat för att hålla i 25 år och kan expandera avsevärt för att tillgodose framtida vetenskapsbehov.

R /V Thomas G. Thompson användes för att bygga OOI Regional Scale Nodes Kredit: M. Elend, University of Washington

Historia

Innan uppkomsten av kablage undervattensobservatorier, tenderade oceanografer och andra forskare som studerade det globala havet att förlita sig på användningen av forskningsfartyg och bemannade undervattensfartyg för att samla in data. Detta följdes av ett skifte mot fjärrstyrda fordon (ROV) och rymdbaserade forskningssatelliter . Begränsningen för dessa metoder var att de antingen inte var kostnadseffektiva eller att data bara kunde samlas in under korta varaktigheter. Även om vikten av expeditionsbaserad prospektering erkändes, behövdes en lösning.

År 1987 uppstod konceptet med att använda högeffekts, högbandbredd kabelbundna undervattensobservatorier som en långsiktig, kostnadseffektiv lösning för att utföra realtidsövervakning av havssystem.

I början av 1990-talet ingick USA och Kanada en överenskommelse om att utveckla ett elektrooptiskt kablat havsobservatorium för ubåtar i plattskala i nordöstra Stilla havet. Denna region är hem för den minsta av jordens tektoniska plattor – Juan de Fuca-plattan. Juan de Fuca-plattans ringa storlek och närhet till kusten ger en unik möjlighet att observera de dynamiska systemen i undervattensvulkanregioner.

Partnerskapet mellan USA och Kanada utvecklades till en plan för att bygga en kanadensisk kablage array som skulle täcka den övre 1/3 av Juan de Fuca-plattan, och ett amerikanskt system som spänner över de nedre 2/3 av plattan (citera). Tillsammans skulle detta observatorium i plattskala kallas NEPTUNE (Northeast Pacific Time Series Underwater Networked Experiment) och skulle ge kontinuerliga observationer i 25 år.

I mitten av 2000-talet hade NEPTUNE Canada fått full finansiering och deras kabelanslutna system var färdigt och online 2009. Det togs under paraplynätverket Ocean Networks Canada (ONC). Under tiden döptes NEPTUNE US om till Regional Scale Nodes och blev en del av OOI. Det beräknas vara färdigställt under 2014. Både NEPTUNE Canada och RSN kommer att integreras genom ONC:s digitala infrastruktur och OOI Cyberinfrastructure som ger realtidsåtkomst till alla som är anslutna till Internet.

"Målet med programmet är att lansera en era av vetenskaplig upptäckt och förståelse över och inom havsbassängerna, med hjälp av allmänt tillgänglig, interaktiv telenärvaro. Det är en ny värld. Vi kommer att vara närvarande i hela havets volym, efter behag och kommunicera i realtid...Så vad kan vi egentligen göra imorgon? Vi är på väg att rida på vågen av tekniska möjligheter. Det finns framväxande teknologier inom hela området kring oceanografi, som vi kommer att införliva i oceanografin, och genom den konvergensen kommer vi att förvandla oceanografi till något ännu mer magiskt."

John Delaney , RSN-programdirektör och huvudutredare

Vetenskaplig motivation

De vetenskapliga målen för RSN är betydande. Ett brett spektrum av naturfenomen som förekommer i hela världens hav och havsbotten finns i nordöstra Stilla havet. Som helhet är RSN:s uppdrag att tillhandahålla en mänsklig telenärvaro i havet som kommer att tjäna forskare, studenter, lärare, beslutsfattare och allmänheten. Forskare kommer att kunna genomföra lokala undersökningar av sådana globala processer som stora havsströmmar , aktiva jordbävningszoner, skapande av ny havsbotten och rika miljöer av marina växter och djur .

OOI Seafloor processer. Bildkredit: OOI Regional Scale Nodes-programmet och Center for Environmental Visualization, University of Washington

RSN är också utformat för att hjälpa till att förutse både korta och långa havsgenererade hot och möjligheter. Särskilt kommer RSN att kunna övervaka den tektoniska aktiviteten längs plattans gräns . Det finns hopp om att seismiska sensorer skulle kunna installeras vid nyckelområden längs spridningscentrumet som skulle fungera som ett tidigt varningssystem för jordbävningar och tsunamier .

Förekomsten av ett långtidskabelat observatorium kommer att möjliggöra långsiktiga mätningar av biologiska samhällen . I synnerhet har Juan de Fuca-plattans divergerande plattgräns resulterat i förekomsten av hydrotermiska öppningar på havsbotten och andra liknande grupper. Dessa djuphavssamhällen , som frodas i extremt tuffa miljöer, ställer ett antal olösta vetenskapliga frågor som RSN kommer att kunna undersöka.

Infrastruktur

Regional skala noder Stationskartor

Primär infrastruktur

Den primära infrastrukturen för RSN består av sju primära noder som installerades 2012 av L-3 Maripro . De är terminalpunkter som hjälper till att distribuera kraft och bandbredd till nätverken av utplacerade sensorer.

Cirka 900 kilometer kabel (kallad stamkabel) har använts för att koppla ihop de primära noderna. Dessa kablar landar vid strandstationen i Pacific, City, Oregon .

År 2005 svarade över 175 forskare över hela USA på en begäran om hjälp från National Science Foundation för att utveckla ett kabelanslutet observatorium på Juan de Fuca-plattan. Noder är belägna på förutvalda experimentella platser i hela Juan de Fuca-plattan. Axial Seamount , Hydrate Ridge på Cascadia Margin och grunt vatten platser väster om Newport, Oregon (Endurance Array) har alla primära noder installerade. De primära noderna är alla belägna i miljövänliga områden.

Noder konverterar också 10kVdc- spänningsnivåerna från stamkabeln till 375Vdc som sedan riktas till den sekundära infrastrukturen. 375V-växlingssystemen och Node-telemetrisystemen designades och tillverkades av Texcel Technology Plc baserat i England. Mjukvaran för att hantera portarna och telemetriskyddssystemen levererades också av Texcel som en elementhanterare som sitter under ett nätverkshanteringssystem (NMS).

De primära noderna har ett antal extra hamnar som erbjuder potential för storskalig framtida expansion (>100 kilometer).

Sekundär infrastruktur

Den omvandlade 375Vdc-spänningen från primärnoderna riktas sedan mot noder och kopplingsdosor med låg och medelhög effekt. Noderna och kopplingsdosorna (liknande grenuttag) erbjuder direkt ström och kommunikation till instrumenten på experimentställena. Tillsammans utgör dessa delar den sekundära RSN-infrastrukturen. Förlängningskablar används för att länka de primära noderna till den sekundära infrastrukturen, vilket ger ström och kommunikation.

Utrustning kopplas ihop med hjälp av våtmate-kontakter. Olika typer av kabel installerades beroende på belastningskrav. Bandbredden från dessa kablar sträcker sig från 10 Gbit/s till 1 Gbit/s.

Under VISIONS '13-expeditionen för att fortsätta bygga RSN installerades över 22 000 meter förlängningskablar på havsbotten. Alla kablar gick online.

Efter färdigställandet under 2014 kommer över 100 kablade havsbotten- och vattenpelarinstrument att vara i drift. Dessa instrument kommer att möjliggöra övervakning av biologiska, kemiska, geologiska och geofysiska processer i havet. Den sekundära infrastrukturen kommer också att omfatta sex förtöjningssystem för vattenpelarprofilerare.

Kablar är ofta utplacerade över hela världen i havsbassänger och marginaler. De har avsevärt lång livslängd. Stamkabeln installerades sommaren 2011. Det kommersiella kabelläggningsfartyget TE SubCom Dependable genomförde denna fas av projektet.

Särskilda miljökrav beaktades också. Vissa kablar är väsentligen välbepansrade, särskilt de som är utplacerade i vulkaniska områden, såsom Axial Seamount.

Bilder tagna av ROPOS under RSN konstruktion och undersökningsdyk

Instrument

ROPOS förbereder sig för att distribuera en ytlig profilerare Kredit: M. Elend, University of Washington

För att till fullo förstå komplexa havssystem krävs ett brett utbud av sensormatriser, som kan överleva under långa tidsperioder under svåra förhållanden. En uppsättning sensorer (över 100) valdes ut och placerades strategiskt i hela RSN. De är belägna vid Axial Seamount, Hydrate Ridge, och även på vattenpelarens förtöjningar.

Instrument anslutna till RSN inkluderar:

  • Konduktivitet Temperaturdjup (finns på profiler)
  • Upplöst syre,
  • 3-D enpunktsströmmätare
  • Temperatur
  • Fluorometrar
  • CDOM,
  • Klorofyll-a,
  • Optisk backscatter

Instrumenten är slutplatsen för varje regional nätverksgren.

Cyberinfrastruktur

CI-distributionstopologi. Grafik skapad av JB Matthews.

De regionala noderna är anslutna till OOIs cyberinfrastruktur.

Cyberinfrastrukturkomponenten i OOI länkar marin infrastruktur till forskare och användare. OOI Cyberinfrastructure hanterar och integrerar data från alla olika OOI-sensorer. Det kommer att tillhandahålla en gemensam operativ infrastruktur, det integrerade observatorienätverket (ION), som förbinder och samordnar verksamheten för de marina komponenterna (globala, regionala och kustnära skala). Det kommer också att tillhandahålla resurshantering, ledning och kontroll av observationsuppdrag, produktproduktion, datahantering och distribution (inklusive stark datahärkomst) och centralt tillgängliga samarbetsverktyg.

The Integrated Observatory Network (ION) kopplar samman och samordnar verksamheten för OOI:s marina komponenter med de vetenskapliga och pedagogiska sysselsättningarna hos oceanografiska forskningssamhällen. Cyberinfrastrukturen designas och konstrueras av University of California, San Diego .

Status

Byggandet av RSN pågår. Den 19 september 2014 var den primära infrastrukturen och det mesta av den sekundära infrastrukturen framgångsrikt på plats, och OOI RSN- och UW APL-besättningar arbetade med att färdigställa de vertikala förtöjningarna för den grunda profileraren.

Uppsökande

University of Washington har välkomnat studenters deltagande i implementeringen av RSN. Från och med 2014 har det varit åtta expeditioner där studenter har haft möjlighet att arbeta ombord på R/V Thomas G. Thompson och bevittna byggandet av det kablage observatoriet. Under dessa kryssningar utvecklar eleverna projekt med hjälp av den mängd teknik och vetenskaplig utrustning som finns ombord.

Studenter som deltar i dessa expeditioner delar med sig av sina erfarenheter till andra.

Under 2014 arbetade över 30 doktorander och studenter tillsammans med forskarna, ingenjörerna, utbildarna och besättningen under den 83 dagar långa VISIONS '14-expeditionen.

  • Carr, Geoffrey (15 november 2007). "Besöker Neptunus rike" . The Economist . Hämtad 17 september 2014 .
  • Delaney, John; Alan Chave (januari 2000). "NEPTUNE: Ett fiberoptiskt 'teleskop' till det inre rymden" . Oceanus . Hämtad 17 september 2014 .
  • Thomson, Ashley (7 mars 2014). "Canadian Scientific Submersible Facility och University of Washington undertecknar 2014 års avtal för installation av kablage observatorium för noder i regional skala i USA" . Canadian Scientific Submersible Facility . Hämtad 18 september 2014 .
Studenter på VISIONS '14 expeditionen förbereder sig för att distribuera en CTD Credit: M. Elend, University of Washington

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Regional_Scale_Nodes&oldid=1136327523 "