海底光缆工程的现状与发展前景(09-5-12)

海底光缆工程的发展历程与前景展望叶银灿[e-mail]国家海洋局第二海洋研究所目录1历史和现状2海底光缆通信技术飞速发展3海缆施工技术日趋完善4海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步5海底光缆工程发展前景展望1、历史和现状★国际海底光缆的发展概况1851年:世界上第一条海底通信电缆问世1980年:英国铺设了世界上第一条实验海底光缆1984年:英国标准电话公司铺设了第一条实用的海底光缆1988年:世界上第一条跨洋海底光缆（TAT-8）建成，标志着国际通信进入了一个崭新的历史时期。1988-2008年：●全球投资累计超过600亿美元●累计建设总长度已超过100万公里●形成了覆盖全球海底连接170余个国家和地区的国际海底光缆网络系统。●海底光缆四大优势：容量大、通信质量高、低成本和安全可靠。●已取代了原有的海底（模拟）通信电缆，逐步取代了卫星通信，成为最主要的国际通信手段,约占国际通信业务量的90%.1、历史和现状1、历史和现状★中国国际海底光缆建设情况1988年:李鹏总理提出的“大力推广光纤通信在我国的应用”方针1990年:在青岛邻近海域建成了我国第一条无中断实用化海底光缆1993年12月15日:我国参加投资建设的第一条国际海底光缆系统——中日海底光缆系统建成投入使用1990-2008年：●建成中日、中韩、环球、亚欧、中美、亚太、城市间等7大系统18条光缆（不含香港和台湾）●在建有东亚交汇海底光缆系统（EAC）、跨太平洋直达海底光缆系统（TPE）、亚洲内环海底光缆系统（VSNLIACS）、亚美海底光缆系统（AAG）等。●形成了连接世界各主要国家的海底光缆通信网●成为国际海底光缆通信网络中的重要一员●是亚太地区国际通信的一个重要的通信转接中心●国内沿海岛屿间或岛屿与大陆间的海底光缆数以百计1、历史和现状表1联接中国的国际海底光缆系统Tab.1InternationalsubmarineopticcablesystemsconnectingwithChina序号系统名称联接地区传输速率系统结构总长度(km)投产日期投资(US$)备注1中日海底光缆系统（CJ-2）中国上海—日本宫崎560MB/S点对点、多维点对点12601993.120.77×108于2006年12月废弃2中韩海底光缆系统（CKC）中国青岛—韩国泰安560MB/S点对点、多维点对点5491995.120.47×108于2005年废弃3环球海底光缆系统（FLAG）中国（上海、香港）、日本、韩国、印度、阿联酋、西班牙、英国等5GB/S分支型结构270001997.916×1084亚欧海底光缆系统（SMW3）中国（上海、台湾、香港、澳门）、日本、韩国、菲律宾、马来西亚、新加坡、澳大利亚、塞浦路斯、英国、法国等2.5GB/S×8个波长环形自逾结构390001999.1222×1085中美海底光缆系统（CH-US）中国（上海、汕头、台湾）、美国（班顿、圣路易斯）、关岛、韩国（釜山）、日本（千仓、冲绳）等10GB/S×8个波长环形自逾结构300002000.112×1086亚太海底光缆系统2号（APCN2）中国（上海、汕头、香港、台湾）、日本、韩国、新加坡、泰国、澳大利亚、菲律宾等10GB/S×64个波长，终期容量为2560GB/S环形自逾结构190002002.1011×1087城市间海底光缆系统（C2C）中国（上海、台湾、香港）、日本、韩国、新加坡、菲律宾等80GB/s×64个波长环形自逾结构240002001.119×1088东亚海底光缆（EAC）中国（青岛、台湾、香港）、新加坡、日本、韩国等640GB/S环形自逾结构198002002（2005EAC1投产）9跨太平洋直达海底光缆（TPE）中国（上海、青岛、台湾）、韩国（巨济）、美国（俄历冈州）等2560GB/S多环自逾结构265002008.9(一期)4.8×108（一期）1、历史和现状西北太平洋地区海底光缆分布图1、历史和现状太平洋地区海底光缆分布图1、历史和现状2、海底光缆通信技术飞速发展近20年来商用系统已经历了四代各代海底光缆通信系统的特点项目第一代1985-1990年第二代1990-1993年第三代1994-1997年第四代1997年以后光纤类型1310nm，G6521550nm，G6541550nm，G653G655损耗0.4dB/km0.22dB/km0.18dB/km0.01dB/km速率和制式280MB/sPDH560MB/sPDH2.5-5GB/sSDH10GB/s-10TB/sSDH、DWDM中继方式光-电-光光-电-光全光EDFA全光EDFA中继距离50-70km70-100km100-300km＞3000km典型系统TPC-3、TAT-8TPC-4、TAT-9/10/11TPC-5/6、TAT-12/13CH-US、C2CAPCN2施工船只：由小吨位普通木制船发展到带自动遥控遥测的专用海缆施工船施工设备：由人工施放发展到具有监控装置的埋设机和ROV施工施工作业：由近岸敷设发展到目前2000m以上水深的埋设3、海缆施工技术日趋完善3、海缆施工技术日趋完善目前通常的施工方法有以下五种：※直接敷设法※开挖法※冲埋式埋设犁施工法※刀犁式埋设犁施工法※ROV冲埋法以上所述的施工方法，其中的埋设犁施工法在世界上应用最为广泛。目前一般在近岸浅海区使用冲埋式埋设犁施工，而深海区使用刀犁式埋设犁施工。ROV的冲埋速度较慢，只适合短距离的后冲埋施工。3、海缆施工技术日趋完善冲埋式埋设犁施工法埋设犁的掘削部装有喷嘴.有两种型式：靴式冲埋机:固定在船舷，“靴子”的高度依水深变化调节。其底部和根部都装有喷嘴，从喷嘴喷射出的高压水在海底冲出沟槽，然后通过靴筒内的导轨把光缆和中断器引导到沟槽中，自然回填掩埋。犁式埋设机:通过钢缆牵引埋设犁，埋设臂的下方装有喷嘴，光缆进入埋设臂通道被引导至沟槽中。最大埋深:10m埋设速度:1-15m/min作业水深:50m靴式冲埋机3、海缆施工技术日趋完善刀犁式埋设犁施工法由敷缆船用牵引索拖拉埋设犁，使安装在埋设犁尾部的刀犁在海床上掘削出一条沟槽，然后将光缆和中继器埋入。除岩石以外的其他底质都可以进行埋设，刀犁式施工法使用的敷缆船较大、所需的辅助船较少、抗风能力强、施工速度快。常用1.1m、1.5m的埋设犁.最大埋设深度：4.0m最大工作水深：2000m准备作业中的“水下机器人”ETPM’s4mCablePloughStandardCablePlough3、海缆施工技术日趋完善4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步★新技术的应用A.水下定位技术B.海底数字式高分辨率的地球物理探测技术C.海底原位测试技术★埋设评价调查方法的发展★调查技术要求的规范化趋势★海底光缆信息管理系统的研发4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步A.水下定位技术差分GPS：定位精度优于5m双频DGPS：定位精度提高到分米级水下定位系统：大大提高采集的资料质量全覆盖测量记录镶嵌拼接4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步B.数字式、高分辨率地球物理探测技术技术方法：●多波束测深和相干声呐测深的应用，使全覆盖、高精度的水深地形测量成为可能；●数字声呐、合成孔径声呐、三维声呐和专用计算机声呐工作站的应用，提高了对海底面状况和海底目标物探测的分辨率，并使声呐记录的镶嵌图得到广泛应用；●地层剖面仪从模拟发展到数字式，出现数字式地层剖面仪、Chirp技术、参量阵技术、专用计算机工作站的应用●磁法探测和侧扫描声呐的组合，对铁磁性目标的探测可得到理想的效果对水深和海底地形的全覆盖精密测量水深数据集和水深图数字高程模型(DTMand3DView)水深等值线图(BathymetricChart)立体光照图(RasterImaging)多波束回声测深4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步侧扫声纳(SideScanSonar)扫测成像根据海底面声反向散射回波强度的检测，形成海底声学图像，用于了解海底面状况，包括海底微地貌特征、底质变化和可能的障碍物、构筑物分布等。从模拟声纳发展到数字式声纳,使用专用计算机声纳工作站进行处理.GeoSwathPlus相干声纳测深系统在青岛附近海域的测量记录BenthosCAP-6600Chirp浅穿透地层剖面仪3X3换能器阵，船底安装海底地层剖面探测4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步磁法探测探测海底磁性物体,海洋上目前主要有质子旋进磁力仪与光泵磁力仪及磁梯度仪。探头拖曳作业G-880磁力仪G-881g磁梯度仪側扫声纳与磁力仪组合系统磁力仪探头侧扫声纳拖鱼4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步近海底、近目标探测利用深拖、ROV、AUV作平台，可将各类物探传感器、采样及摄像设备等安装在上面，进行近距离综合检测。ROV深拖4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步海底静力触探仪（CPT）:测得土的贯入阻力、孔隙水压力等。得到一系列图示形式给出的各种测量值和推导得出的参数与贯入深度的关系曲线，用于解释确定土的分层和土质状况、粒状土的相对密度、粘性土的超固结化和灵敏度等。C.海底原位测试技术春晓管道路由调查CPT作业现场4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步电阻率剖面测试仪：近年来REDAS系统、RHOBAS系统仪相继研发成功,并已用于埋设评价调查。获得的的视电阻率剖面曲线。用于解释海底底质的土工性质，预测海缆海底安全线的深度，分析得到不同条件路由的埋设保护指数（BPI）等。RESISTIVITYPROFILEKpn°(m)Rhobas★埋设评价调查方法的发展----海底光缆埋设施工前进行---通过原位试验获得海底浅表数米土层的土质和埋设施工的难易程度的相关参数，作为选择埋设施工方法的重要依据，已成为国际上标准的埋设评价技术。●埋设犁试验性埋设的方法（PAS）●CPT试验埋设评价调查（C-BAS）●电阻率测试仪方法(E-BAS)4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步★调查技术要求的规范化趋势---国际自20世纪90年代中期以来，世界上最重要的四大海缆公司，即AlcatelSubmarineNetworks，GlobalMarineSystemsLimited，TyComLtd和KDDSubmarineCableSystems，对海缆路由调查技术要求(包括调查项目、内容、作业程序、技术标准、仪器性能指标、用船要求、成果报告格式等)趋于一致，最主要的成果图几乎均采用条带式的综合图，调查技术要求更为成熟、规范。---国内制订了第一部“海底电缆管道路由勘察规范”（GB17502-1998），作为强制性国家标准于1998年4月颁布实施。2006年列入国标委第一批制修订国标项目，现已完成该标准的报批稿。4、海缆路由调查与埋设评价调查技术不断进步SEABEDFEATURESandSHALLOWGEOLOGYLandingpointCABLEBURIALandTENSIONBATHYMETRYandSHIP'STRACKN200LandingpointLandingpointHIGHTIDALFLATSEABEDPROFILEandSHALLOWGEOLOGYMIDDLETIDALFLATLOWTIDALFLATNNCABLENETWORKSYSTEMo￡?ò1ú?ó??CHINA-US125115ClayeySILT115ClayeySILTNSEDIMENTTHICKNESS