海洋论坛▏海底观测系统及其实例
【编者按】在北京人民大会堂召开的第十二届全国人民代表大会第四次会议上，公布了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要（草案）》。根据《纲要（草案）》，“十三五”时期，我国将计划实施100个重大工程及项目，其中涉海工程就包括“逐步形成全球海洋立体观（监）测系统”。可喜的是我国的有关大专院校及科研机构已经相继迈出了第一步，其中就包括同济大学牵头的东海小衢山海底观测网试验站、浙江大学牵头的摘箬山岛海底试验系统及中科院南海海洋研究所牵头的三亚海底观测示范系统，等等。计划针对我国周边典型海域的特点，在我国东海和南海建立海底长期观测系统。相信随着我国相关科技水平的不断提高，在海底设立观测网将会成为我国海洋科学发展的新标记。国外的海底观测网建设已经走过了20多年，其中美国和加拿大的海底观测网技术比较成熟，日本及欧洲也正在完善中。那么，借鉴国外的成功经验，不断完善我国海底观测网的相关技术，就是编发本文想要达到的目的。
一、海底观测系统建设的作用与意义
海底观测系统是人类研究探索海洋，开发和利用海底资源的重要前提之一。海底观测系统的主要任务主要有三项：一是探测未知世界；二是寻找海底资源；三是监控人类活动对海洋带来的影响。对海洋乃至海底的物理、化学和生物量的观测，如海洋的流、浪、潮等动力参数，海底的结构构造参数和海洋的PH、CO2、DO(溶解氧)、营养盐、蛋白总量等化学和生物量等等，都是海洋科学研究的基础。
在深海海底资源勘探领域，除了探测新的海底资源之外，海底观测系统还可在这样三个方向进行应用：一是研究矿物生长与发展，如热液硫化物的生成机理研究；二是开展面向生物资源开发的特定地区生态系统研究，如热液生态体系的研究；三是进行大洋资源开发过程及其后续过程的环境变化监测，从而避免资源开采过程中对海洋周边环境所带来的不良影响。
海底观测系统实质上是海底实验室，由海底观测节点和岸基站组成（岸基站向海底站提供电力并接收海底站回传的观测数据以及图像资料等信息），通过电缆或光纤把各站点联接起来形成一个海底观测网。海底观测系统的重要特征在于其观测的长期连续和实时性。长期现场观测是当代地球科学研究的要求，因为只有通过过程观测才能揭示机理。以前的各种海底观测都有一个共同的瓶颈，就是受能量供应和测量数据传送困难的制约。如锚定浮标，需要定期派船更换电池、取回观测记录，虽然观测连续但并不及时，一般数月之后才能取回，而海洋预警则要求实时观测信息。另一方面，海上作业的更大制约是安全，而往往海况最小安全时的观测数据最有价值，比如台风和海啸。海底的观测设备则要依赖深潜器等深海运载工具去补给能量和回收数据。海底观测系统的建立从根本上摆脱了受制于电池寿命、船时与舱位、恶劣天气和数据延迟等因索的影响，使海洋学家可以从陆上通过网络实时监测深海实验，实现对海洋物理、化学、生物、地质变化过程的不间断观测。
海底观测系统的最大优势是原位分析。海洋生物学、海洋化学和海洋地质研究的传统做法是从海里取样后带回室实验室进行分析。其缺陷是显然的，一是容器可能污染水样，二是采回后的海水化学性质可能已发生变化，如pH值等，一些深海生物可能已死亡。新的方法——原位分析，不是把样品采回实验室分析，而是把海水传感器放在海里直接进行探测。原位分析是海洋环境研究的基本要求。只要将海水中的原位观测传感器与海底的节点连接，其就成了海底观测系统的有机组成部分(见图1)。
图1 海底热液口的原位观测
海洋观测总体上已进入立体观测时代，“全球海洋观测系统”(GOOS)也阐明了这种立体观测的构思和目标。2004年1月初，科学家们齐聚波多黎各商讨未来美国在这一领域的优势地位。作为新海底观测网络计划的一部分，美国国家科学基金会NSF已经拨款2亿美元作为沿岸与深海观测站基础设施建设的投资基金。与此同时，欧洲和日本的研究人员也在规划建立大批海底观测站及海底观测网络。
到目前为止，海底观测站、海底观测链和海底观测网的实际应用案例已有很多，例如：美国“海王星”海底观测网络计划、欧洲海底观测网ESONET(European Sea floor Observatory Network)、日本新型实时海底监测网(Advanced Real-Time Earth Monitoring Network in the Area，ARENA)、美国Hobo海底热液观测站、美国LEO-15(the Rutgers Long-Term Ecosystem Observatory)生态环境海底观测站、美国NeMo(New Millennium Observatory)海底观测链、夏威夷-2(Hawaii-2Observatory)海底观测网络、美国新泽西大陆架观测网(the New Jersy ShelfObserving System NJSOS)、美国ORION(Ocean ResearchInteractive Observatory Network)计划等。下面就分别介绍一下这些系统。
二、“海王星”(NEPTUNE)海底观测网络计划
美国于1998年正式启动了著名的NEPTUNE（the North East Pacific Time–IntegratedUndersea Networked Experiment）——“海王星”海底观测网络计划(加拿大于1999年6月加入)，NEPTUNE海底观测网络试验计划的设想是由美国华盛顿大学的约翰·德莱尼和美国著名的伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution，WHOI)的科学家们共同提出来的，“海王星”海底观测网络计划最终可能建成世界上规模最庞大、技术最先进的海底观测科学和实验平台。科学家们普遍认为，今后NEPTUNE海底观测网络计划所获得的海洋知识将带来一场革命，就像哈勃太中经远镜给天文学带来的革命一样，NEPTUNE海底观测网络计划将从根本上改变人类研究探索海洋与地球的方式。
数百名科学家和工程师参与了NEPTUNE计划的实施，美国方面负责协调的是华盛顿大学和美国伍兹霍尔海洋研究所的科学家们，另有12所大学参与。其中加拿大方面则由维多利亚大学负责，其他的一些与海洋有关的研究中心也参与其中。NEPTUNE计划由美国和加拿大共同投资，投资巨大。
海王星计划的最终目标就是建立区域的、长期的、实时的交互式深海观测平台，在几秒到几十年的不同时间尺度、几微米到几千米的不同空间尺度上进行多学科的测量和研究。其主要研究方向包括深海的三大领域：一是板块构造研究，特别是美、加西海岸外的板块构造，主要用来预测地震可能发生的地点及其所产生的影响；二是海洋对气候的影响以及南部富氧洋流，而南部富氧洋流对太平洋沿岸生态和鱼产量都有着决定性的影响；三是各种深海生态系统研究，观察这些由成千上万种生物组成的各种生态环境在自然环境变化时作出的反应。这个计划预计设立33个观测中心，每个中心将设置有潜标、CTD、ADCP、人工磁场海流计、波浪传感器、光源和相机、营养盐测量仪、地震仪，还有ROV、AUV、ROVERR，其中ROV用于水下仪器和网络的布放、安装和维护，AUV用于数据的转驳和能源的补允，ROVER用于各节点之间的空白区的观测。网络设计中，有可以“即插即用”的接口，使仪器的更换和新仪器的使用更方便。各观测中心利用水下光缆/电缆组成网络,所有这些系统都是交互式的，这样就可以从两个海岸基站控制中心(一个设在维多利亚，一个设在俄勒冈)发送控制指令和接收数据。这两个基站控制中心的数据通过因特网供国际科学界和全世界的科学家及公众共享。
海王星计划环绕“胡安·德富卡”板块在500km×1000km的海域铺设3000km长的光缆/电缆，进行为量化海洋学和板块相关过程间的关系而设计的四维（3D加时间）、实时观测25年。具体海底观测网络布局如图2所示。
图2 海王星系统观测布局
作为海王星计划的原型试验，美国和加拿大分别建立的小型试验观测系统MARS(Monterey Accelerated Research System)和VENUS(Victoria Experimental NetworkUnder the Sea)。美国承担的是蒙特雷湾海洋科学观测站MARS,2007年已完成了电力和通讯两用光缆的铺设、所有水下观测仪器设备及相关装置安装。最大水深约900m，光缆全长52km并组成网络，通过该网络向各个观测点供应电力，并将观测数据和图像通过光缆传回岸基站。二期工程于2013年结束并投入业务化运行。加拿大承担的是维纳斯(VENUS)观测站，设在水下约3000 m海床上。MARS与VENUS两部分组成一个统一的深海底观测网。2007年8月开始铺设海底光缆，11月完成了第一阶段的光电缆铺设和仪器安装，并与Internet接通。VENUS系统是用800km长的电力通讯光缆在海底围成个与岸站联通的环路，环路上设有6个节点，包括700多个传感器(图3)。在2008年8～9月沿海底光电缆安装水下节点、随后的第二阶段是铺设二级光电缆，安装连接箱。
科学家们表示，建设诸如NEPTUNE海底观测网络这样的地区性网络系统，面临的首要技术挑战就是系统的长期维护问题。NEPTUNE海底观测网络有长达3000km的光缆线，连接着20或30个观测站，每个观测站还有支路延伸至几千米远的各种观测仪器。NEPTUNE预计的使用年限至少为20或30年。要保持网络系统在漫长崎顺不平的海底地形中一直畅通无阻并非易举。
为了整个人类能够真正地了解海洋，人们必须融入海洋，灵活地适应它、观察它，对它进行深入的研究。NEPTUNE海底观测网络是前沿研究，科学家们以此可以开发出相应的各种新传感器和新的测量方式。
三、欧洲海底观测网计划(ESONET)
根据GMES计划(Global Monitoring for Environment andSecurity——全球环境监测与保)开展4D观测的需要，英、德、法在2004年制定了ESONET欧洲海底观测网计划。欧洲海底观测网(ESONET)计划是与海王星计划类似的海底观测网，它是为了对地球物理学、化学、生物化学、海洋学、生物学和渔业等提供战略性的长期监测能力。针对从北冰洋到黑海不同海域的科学问题，在大西洋与地中海精选10个海区（北冰洋、挪威海、爱尔兰海、大西洋中央海岭、伊比利亚半岛海、利古利亚海、西西里海和科林恩海以及黑海等）设站建网，进行长期海底观测。整个系统包括约5000km长的海底电缆。ESONET将承担系列科学项目，诸如评估挪威海海冰的变化对深水循环的影响以及监视北大西洋地区的生物多样性和地中海的地震活动等。理想的话，该计划将涵盖从北冰洋到黑海的所有欧洲水域，也将探寻从冷水珊瑚到火山等大量的神秘自然现象。ESONET计划汇集了来自欧洲大陆的14家研究所的高级科学家，他们希望根据项目的实际情况逐渐探求发展完整海底观测网络系统的巨大潜力，而不愿在一开始时就力求获取整个海底观测网络系统的全部建设资金。
ESONET欧洲海底观测网计划是通过在这些海域连接电缆式观测系统或引入浮标系统来实现GMES的计划。欧洲的科学计划不是由欧洲科学基金(European ScienceFoundation)资助，而是直接从欧盟获得资金。ESONET计划从2004年夏季也直接从欧盟获得预算，2005～2008年完成设备的研制和开展电缆式、浮标式的仪器试验工作，2009年进入观测状态。
在处理从ESONET取得的数据资料的同时，参考德国国际海洋数据中心的PANGEA系统，并与ORION的标准仪器接口相协调。ESONET欧洲海底观测网使用的海底观测传感器如表1所示。
表1 ESONET欧洲海底观测网使用的海底观测传感器
化学传感器 | 包括DO、CO2、甲烷、H2S、pH、营养盐、碳氢化合物传感器 |
物理传感器 | 温度计、磁力计、重力计、倾斜计、水听器、地震检波器、浊度计、压力传感器、荧光计 |
CTD | 测量电导率、温度和深度 |
ADCP | 测量海流 |
光学传感器 | 视距测量仪、水中照相机、分光计 |
ESONET计划不像NEPTUNE计划那样是一个独立完整的海底观测网络系统。它是由不同地域间的网络系统组成的联合体。ESONET计划的研究人员希望20年后，ESONET欧洲海底观测网将具备监视整个欧洲的强大能力。为了实现目标，ESONET计划的科学家们正在探求与其他合作伙伴共享基础信息的可能性。致力于地中海2400m水下中微子望远镜建设项目的科学家已经架设了一条通向海岸的光缆来传输数据，从当地的海底观测站也可以获得这些数据和信息。
四、日本新型实时海底监测网络计划(ARENA)
随着海底光缆通信技术、基于水下潜器的海底作业技术、水下连接技术以及水下传感器技术的突飞猛进。2002年2月，日本在IEEE Oceanic Engineering Society Japan Chapter的例会上设立了“地球考察海底电缆网络研讨委员会”，开始了可行性研究。日本海底电缆科学应用研究组于2003年1月提出了ARENA(Advanced Real-time Earth Monitoring Network in the Area，新型实时海底监测网络)提案。日本新型实时监测网络计划是由日本东京大学主持的，其目标是沿日本海沟建造跨越板块边界的光缆连接观测站网络（图4、图5）。ARENA主要应用于地震学和地球动力学研究、海洋环流研究、可燃冰监测、水热通量研究、生物学与渔业研究、海洋哺乳动物研究、深海微生物研究。
在日本新型海底实时监测网络计划(ARENA)中，构成网络的基本海底观测网络干线是利用基于已经成熟商业化程度的海底通信光缆系统，在这同时还充分利用了可任意进行各观测站点观测仪器的扩展功能。由此可在削减其构筑成本的同时，使观测枢纽中的仪器即使在出现障碍时，也不会对基本海底观测网络上的其他观测仪器造成影响，从而保证整个系统拥有最大限度的可靠性。另外，站点式的网络构成形式，可在位于不同的多个海底电缆控制站登录及电源供给。这样的话，万一出现基本干线电缆或海底电缆控制室发生故障时，即使在海底电缆控制室所辖间的电力及信号停止工作时，也可通过其他控制室进行电力和信号传输的作业，保障其海底工作的继续正常进行。ARENA计划正是因此而具备了低成本、高效率、高抗故障能力的极具整体高可靠性的系统。在大地震发生时，系统的局部区域可能因此受到损坏，但在这种整体高可靠性系统的基础上，能保持连续工作从而获得重要数据。这一点其意义非同寻常。日本新型实时海底监测网络（ARENA）使用的海底观测传感器如表2所示。
表2 日本新型实时海底监测网络使用的海底观测传感器（ARENA）
地球物理传感器 | 地震检波器、海啸传感器、倾斜计、磁力计 |
光学仪器 | 海底照相机 |
CTD | 测量电导率、温度和深度 |
ADCP | 测量海流 |
温度传感器 | 测量温度 |
化学传感器 | 测量pH、H2S、溶解氧 |
日本新型实时海底监测网络计划将在每间隔50km设置一个相当于局域网LAN枢纽作用的海底网络观测站点，在该观测站上，联结与观测点及观测目的对应的海底地震仪、海啸测量仪、磁力仪、电位差仪、倾斜仪、流向流速仪、温度仪、地球测量用音响脉冲发生仪、摄像机、放射能传感器及各种化学传感装置等观测仪器。这些水下仪器的最大作业水深为6000m，它们是通过水下潜器与水下离合接头连接。由于采用的是水下离合式接头，所以在万一出现故障时，也不会因此影响到整个系统的工作，或导致整个网络系统的瘫痪，而仅在对故障中的仪器进行替换或维修的基础上就能保证ARENA网络的正常运行。在ARENA的观测节点上，不仅仅有直接连接式的固定观测仪器设备，还会有AUV、ROV及浮标锚泊系统的连接方式。另外，也还可连接以考察地球深部为目的的“地球”号考察船钻的深孔内部的孔内窥镜，进行地球内部的观察。AUV可用于观测仪器设置极为困难并需往返观测的场所(例如热水地带)以及固定式观测仪器所无法涉及区域。这时的AUV可长期停留海底作业，而当考察任务完成后，又可在海底船坞装置内进行充电和完成测试数据的读取。另外，这种海底停留式的AUV也可在海洋作业船的支援下，广泛地用作海底观测网络路径、观测点选址的海底前期勘察、海缆及观测设备矩阵构筑后的系统维护等作业中。而ROV则可充分在海底网络的联贯中，在基于陆地控制下，通过机械手开展复杂的测量作业，并可由此构成所谓的无人海底观测试验站。
各种海底测量仪器设备所获得的观测数据，可经由陆地上的数据管理中心经Internet，向各研究机构和研究室传送，拥有IP地址的观测仪可直接由研究室登录及控制。如此的研究室与海底的直接联系，是ARENA具有的又一重要特征。除此之外，还可在上述学术研究的基础上，构筑起双向性的海底观测仪器设备新技术的开发和验证研究。
日本新型实时海底监测网络计划的构筑，还存在必须解决的技术难题，而在主要的网络构筑方面，则是由VENUS开发和海洋科学技术中心在进行研究开发。ARENA网络预定将开展最大范围达6000m的工程，其网络的构筑必将以各种各样的作业来给予支撑。但运用现有的工程设备(主要有海洋科学技术中心的作业船、ROV、AUV等)的水下作业技术，仍需要进一步地发展，能满足海底观测网络建设的需要。
五、海洋研究交互观测网络(ORION)计划
为了调整海洋观测的战略，并且保证不断增加的海洋观测网络系统之间的互相补充，美国国家科学基金会(NSF)在2004年开展了海洋研究交互观测网络(ORION)计划研究。美国的ORION计划是一个包括美国国内和国际海洋观测网络的海洋观测计划。它包括现在已经建立起来的多个海底观测网络和计划，比如OOI(Ocean Observatory Initiative，海洋观测台初建)计划、NEPTUNE计划等等。
ORION计划为一个统一的海洋观测网络的结构和运行的所有方面提供一个大环境，它也促进了美国自然科学基金会和其他联邦局之间的合作。ORION计划的责任有实施海洋研究互动观测网络计划、管理网络建筑、操作和维护网络。从这个角度上说，海洋研究交互观测网络对基础研究、海洋观测成果和保证观测系统不同元素之间的统一和协调有个全局的掌控。ORION计划的职责之一就是开展OOI计划中的海洋观测项目，这些海洋观测项目将从美国自然科学基金会的主要调查设备和仪器的建设投资中得到资助。
2004年1月4日～8日在波多黎各的圣弗思召开了ORION会议，会议有350人参加，他们研究讨论了世界海洋研究的新方向。在这次会议上制定了实施ORION计划的初期科学计划(Initial Science Plan)，并对海洋中使用4D(Spatial and Temporal，空间加时间)基础观测网的创新研究进行了讨论，以争取获得美国国家科学基金会NSF的经费支持。
基础观测网由三个主要部分组成：①利用海底电缆的区域(Regional)观测；②沿岸(Coastal)观测；③浮标的全球(Global)观测。在ORION的研究经费中，基础设施使用的费用称为OOI，此预算从美国国家科学基金会NSF的主要装置和设施费中支出。ORION会议分为17个学术组，如大气海洋通量(Flux)；生物化学循环Ⅰ(全海域)；生物循环Ⅱ(从河流到大陆架斜面)；气候、地球构造、教育、工程、大型生物生态学和板块动力学等。会议向各学术组提出了许多相关问题，这些问题是确定今后研究内容的参考依据，如地球内部构造及组成，固体地球内部的对流规模和从地核向地表传导热的机制的重要性；不规则变形和板块边界及其内部的岩浆活动的控制因素；在海洋地壳、海岭、背弧海盆形成的过程中，水和岩浆流动的作用；通过大气-海洋边界向海洋内部流入的物质和能量通量(Flux)是什么，这些通量怎样影响局部的、全球性的气候变化；暴风雨、飓风、ENSO、地震等极限现象在海洋生态系统再构筑中的作用等。
利用海底电缆的区域观测通过NEPTUNE计划予以实现，该计划内容是在凡蒂夫卡海岭至美国和加拿大西海岸的卡斯开蒂和凡蒂夫卡板块周围及其内部铺设海底光纤电缆网，总长度为3700km。在这个电缆网上拟开展地震观测，电磁测量和CTD、压力、温度等基本观测，观测面积达到500km×1000km。全球性观测利用15～20个浮标开展大气-海洋通量，海水的物理、生物、化学和大范围地震等的海底地球物理测量，发现浮游生物异常和海洋哺乳类动物等亦是目的之一。提出在南半球60°S附近大范围设立地震观测点，用浮标进行观测，但在技术上还存在一定困难。沿岸观测主要是对沿岸的海洋环境，营养素、碳素收支等的物质平衡、生态系统、沿岸地形变化和海岸侵蚀等进行的观测。通过这些研究，有望阻止有害藻类的异常发展，减轻暴风雨对沿岸的侵蚀和提高预报精度。通过浮标、雷达、各种水下运载器、海底电缆、船舶和飞机等获得数据资料。NEPTUNE计划在后文中还将进行介绍。
ORION计划的观测范围从海面到海水中，再到海底甚至到海底以下。ORION计划的目的是要获得更多和更好的观测数据来进行处理，这些数据中包括那些很少发生或短暂发生，但又是很重要的现象的数据，比如海底火山喷发的数据等。也包括那些很多年都有某种倾向或波动的现象数据，如十几年或更长时间的气候波动数据。ORION计划的这些观测数据可以通过国际通信卫星传送给世界各地的数据处理中心进行处理，也可以把这些数据发送到国际互联网Internet上供有关人员分析使用。当然，ORION计划是否进行的成功和有效，也可以部分地内世界各地不同的观测团体和项目合作的好坏来判断。
ORION计划的重点之一是很高带宽的通信系统和大容量的电能输送供给。这些可以利用已经研发的技术和布设的网络，比如利用NEPTUNE计划中的技术和网络。ORION计划还包括在海岸附近的观测计划。这些海岸附近的观测网络计划既可以用光缆来构成，也可以采用锚系浮标(锚系浮标可以实现卫星通信和水声通信，也可以采集太阳能)来构成，这包括美同新泽西大陆架观测计划(New Jersey Shelf ObservingSystem)等。
ORION计划中包括了通信系统、通信协议、观测器系统、数据存取与管理、接驳盒、电能供给与输送等很多技术问题。这些问题的解决应该立足于现有的技术和已经进行的海底观测网络计划，利用这些网络和技术成功的经验并不断地加以开拓和创新。
ORION观测系统计划必须是保持开放性的，不仅要能适应未来更新更好的技术进步，还要适应科学研究不断增加的需求。从长远来看，ORION观测计划最终将成为一个集成的、不断发展完善的、需求驱动的国际海洋观测网络系统，同时，它也必将成为一个普及海洋知识教育的有力工具和平台。
六、夏威夷-2海底观测网络(Hawaii-2 Observatory，H2O)
另—个典型的海底观测网络系统是美国的夏威夷-2海底观测网络(Hawaii-2Observatory，H2O)，该系统位于夏威夷和加利福尼亚正中间的海底5000m处。夏威夷-2海底观测网络是世界上第一个海底的地震观测网络系统，而且该系统的接驳盒带有多个水密接插件，H2O海底观测网络使得海洋科学家们具有了更好的在大洋海底布置和操作远程观测仪器设备的方法和手段。
图6 夏威夷-2海底观测网络的结构示意图
夏威夷—2海底观测站把不间断工作的地震仪与安装了海水温度、化学成分和海流速度自动检测装置的集装箱相连接，海底的地震记录数据不断地输往夏威夷州立大学。尽管地球主要是由海洋覆盖的，但是目前几乎所有的长期地球物理学的数据都来自陆地。通过解决实时通信和电能供应的问题，给科学家们提供了重新利用海底废弃的电缆进行长期的海底观测的大好机会。夏威夷-2海底观测网络系统建设开发的驱动力量先是地震学，后来地磁学、海啸研究、生物海洋学等学科和领域也都提出了利用夏威夷-2海底观测网络进行研究的需求。夏威夷-2海底观测网络使用的海底观测传感器如表3所示。
表3 夏威夷-2海底观测网络使用的海底观测传感器
化学传感器 | 包括溶解氧、营养盐传感器 |
物理传感器 | 温度传感器、压力传感器、倾斜计、水听器、地震检波器 |
海流计 | 测量海流 |
地震学的研究需要覆盖全球网络，许多全球地震网站都建立在岛屿上。但是岛屿是不能代表广袤的海洋的，而且很多洋面是没有岛屿的。夏威夷-2海底观测网络系统解决了东北太平洋地区没有地震观测网站的问题，并已是美国西部阿拉斯加和夏威夷地区控制地层、进行地震学研究的重要观测网站。在夏威夷群岛的瓦胡岛所采集到的实时数据可以通过夏威夷-2海底观测网络系统立刻传送到国际地震数据处理中心进行处理。现在夏威夷-2海底观测网络系统也被越来越多地用于地磁学、海啸等方面的研究。夏威夷-2海底观测网络系统通过AT＆T公司的海岸基站把电缆放到海底，再通过多个接驳盒连接大量的地震观测仪器和设备进行地震、海啸等领域的科学研究。
七、美国LEO-15生态环境海底观测站
美国LEO-15生态环境海底观测站，是由美国著名的伍兹霍尔研究所海洋系统实验室设计、路特葛斯大学主持的离新泽西州海岸16km处的一个长期海洋生态系统海底观测站。LEO-15生态环境海底观测站的目标是监测海水温度和水流数据，并将同时采集到的视频影像—起发送给岸上实验室，LEO-15生态环境观测站代表了当今世界近海观测系统的水平。
LEO-15生态环境海底观测站的一个“节点”，是专门为在观测站周围巡游的REMUS自主式无人潜水器(伍兹霍尔远程环境感受器)配置的服务站。REMUS自主式潜水器能够与该节点对接，下载数据和更换电池。科学家期望在胡安·德富卡板块附近也能有一群类似的水下运载器往来穿行，不时造访“海王星”海底观测网络系统的节点并从节点中收集信息。另外，这些水下运载器还能够对系统探测到的偶发事件做出回应，譬如前往发生地并探测地震活动的震源位置等。
路持葛斯大学还计划将LEO-15生态环境海底观测站与马撤葡萄园岛海岸观测站等类似系统连接起来，建立一个覆盖东海岸大部分地区的网络监视系统。结合海底观测站的数据、卫星影像资料以及监视海洋表面水流状况的雷达观测报告，还有海洋浮标与传统测量子段获得的测量数据等，科学家们希望揭示大陆架的碳循环模式。海洋学家们正在花越来越多的时间沉浸于远程显现所勾勒的世界之中，那些打算进一步拓展这种可能性的人们对LEO-15生态环境海底观测站未来的巨大价值坚信不已。利用船舶和人造卫星等传统方法，科学家们已经在征服海洋的道路上跨出了重要的一步，迈入了一个崭新的阶段。
事实证明，LEO-15生态环境海底观测站不仅让科学家们收益颇丰，对美国东海岸的渔民来说也是好处多多。1976年，由于海水神秘缺氧导致贝类产业损失惨重。污染被首先怀疑为凶手，但结果证明一股强烈的上升冷水流才是真正的罪魁祸首。它给海岸沿线带来了深水区营养丰富的冷水流，结果导致浮游植物滋长，随后死亡腐烂，水中的大部分氧气因此被消耗殆尽而导致贝类大量死亡。现在，LEO-15生态环境海底观测站能够对上升冷水流做山早期预警，使渔民提早做好准备。
八、美国NeMO海底观测链
美国NeMO海底观测链位于距离美国俄勒冈州海岸250mile，海面下方1600m处的Axial Volcano火山，NeMo海底观测链的主要目的是研究Axial Volcano海底火山热液口附近的各种相互关联的地质学、生物学和化学现象，并且建立可连续工作多年的海底观测链来进行观测。NeMO海底观测链是一个通过海底多种观测仪器设备来监测海底火山活动现象，并把这些观测数据连接到Internet上的海底观测链系统。
NeMO海底观测链采用了两种不同的通信方式来实现数据的传输，通过水声调制解调器和水声通信方式把海底观测仪器设备的数据传输到水面上的通信浮标(Buoy)，通信浮标再把这些原始采集的数据通过卫星通信方式传递到天空中的卫星，再由卫星将这些数据传输到美国国家海洋与大气局(National Oceanic andAtmospheric，NOAA)的太平洋海洋环境实验室去集中处理。该实验室的控制信号和指令，则可以沿着与上述相反的方向传输到海底仪器设备中去。
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