国家自然科学基金重大项目“南海海底观测网”的报告正文
参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，标题突出。请勿删除或改动下述提纲标题及括号中的文字。
（一）立项依据与研究内容（5000-10000字）：
1．项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）；
项目立项基于如下几个方面依据：
第一、海底观测网是实现党的“十八大”提出建设海洋强国、实现中华民族伟大复兴目标的重要基础。
关于海底观测网，给我们琼州大学来信说“赵老师,您好！我们仅作技术指导,有技术问题可以随时联系我们。祝一切顺利！项目申报成功！”的国家“千人计划”领军人才、浙江大学机械学院杨灿军院长于2006年在海洋出版社合作出版的《海底观测系统》一书就对重要性做全面详细的论述（刚见杨灿军教授已担任浙江海洋大学正校长）。
不久，温家宝总理主持国务院常务会议2013年1月16日通过并发布《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012年~2030年)》，明确这时期最先5年，国家“优先安排海底科学观测网、精密重力测量设施等16项重大科技基础设施建设”。
最近从人民日报新华社等报道可见: “我国海洋领域第一个国家重大科技基础设施——国家海底科学观测网已正式立项,建设周期5年,总投资逾21亿元”。
然而,下面看到加拿大的建设了约十年的NEPTUNE网都已投资花费百万元人民币,它也才仅建设到5个节点，也仅用在部分科研等偏狭的方面，而世界各国每一个海底观测网的使用期限都25年左右。可见,它建设到足够节点、使用周期完结后的投入将更多；海底观测网主要是为民用，加拿大仅有约3千万人，而我国是13亿人大国，按我国在www.qzu5.com/zc.htm第17的投入，预算将是巨大的。
第二、电力系统和通信系统可靠性的基础上，海底观测网的各方面怎么做都不碍，而我们琼州大学在这2方面都是最有优势的。
广义的电力系统显然延伸到整个海底观测网；通信系统也如此。电力系统和通信系统需要做的就是研究确保其可靠性。而且海底观测网的其它方面都是围绕着在电力系统和通信系统可靠性的基础上去建设、去开展。也就是可靠性保障了，海底观测网其它方面怎么做都行。
然而，迄今为止，我国电力系统和通信系统可靠性的论文才有几篇，这也是迄今海底观测网发展迟滞缓慢的主要原因。
（1）先说我校在我国电力系统可靠性的优势：
1993年当选中科院院士的我国电力系统可靠性先驱、中国电力研究院名誉院长周孝信大师主持翻译的这《电力系统可靠性新技术》第五章“电网中的关键输电线路和变电站”是这书第1主编领衔撰写的，这章的各节都是研究图谱论应用于电力系统网络可靠性的，正如这章引言所说“当图谱论应用于电力系统网络时，它提供了一个令人感兴趣的可能性。对电力网络图的特征值和特征向量的研究，不仅可以洞察系统的内部结构，还可以识别结构模式和脆弱点。所以，图形特征值分析可用来设计系统遭受到多重故障、连锁故障和灾难性事故时的安前策略”，这章引言首节也说“大量针对电力系统的脆弱性分析和灾难性事件下安全性分析，目前已有大量技术，这些方法包括通过运用决策分析技术和图论代数方法进行的控制孤岛或计划孤岛方法。为了找到关键节点、关键输电线路和系统脆弱性指数，已有更加复杂的技术如代数网络理论…”。
“图谱论具有识别电网电网结构特性的可能性，这一点可以方便地应用到电网络可靠性分析中”。这章最后说“图谱论是一个对可靠性、安全性、能观性和状态估计等方面的研究都很有前的领域”。
关于图谱论，这网www.qzu5.com/sg.htm或www.qzu5.com/tk.htm见本申请人赵克文和“电路与系统”美国顶级大师Thulasiraman教授（1998年当选IEEE电路与系统学会主席、2002年当选欧洲科学院院士、2004-2005年担任IEEE Transactions on Circuits
and Systems I主编）合作多篇由他亲自修改的世界领先的图谱论论文。其实本申请人赵克文的研究生导师柳柏濂教授被教育部批准为全国数学界前3本研究生教学用书就主要讲“图谱论”，它也是国内第一个最系统讲图谱论的。
（2）再说我校在我国通信系统可靠性的优势：
著名的二级教授王世英所著的该校大学建校110周年学术文库专著《互连网络的容错嵌入》的“网络的容错”就是“网络可靠性”的容许出错的可靠度量，此书第2章讲泛连通性、第3章是边泛圈性、第4章是一类哈密顿圈、第5章是泛圈性、第6章是哈密顿连通性、第7章是哈密顿圈的容错嵌入性。
即这全书都讲哈密顿图的这几个主要领域，而本申请人赵克文在20多年前起在一般图的上面这几个领域中的每一个领域都一直保持世界领先；当然对上面这几个领域综合起来而论更是全世界做得最全面的（见 www.qzu5.com/articles.htm ）。
其实，上面几个领域也是图网络连通系统可靠性。就如这网www.qzu5.com/tw.htm
的国内和国外院士写的通信网或通信系统的最权权威教材和专著，都是主要讲本申请人从事的图论和哈密顿图延伸而成的系统，也就是申请人20多年前读研究生时所攻读的图论就是通信系统的重要组成部分。
第三、欧美各海洋强国大型海底观测网都布放在2、3千米深的海底。所以，中国的主战场将在南海。世界各国大中型海底观测网也由离它们较近的大学管理，而我国每年有百万人留学,那随着高层人才引进,最终应归三亚的大学管理.
如美国LEO-15由美国Rutgers大学管理，美国H2O由夏威夷州立大学管理，美国ALOHA由夏威夷大学主持管理，日本ARENA由东京大学主持管理，加拿大NEPTUNE由维多利亚大学管理，加拿大VENUS也由离它最近的维多利亚大学管理，欧洲沿海各国正在建设的ESONET也是这情况，当然,还有许多协调管理。
因此,琼州大学做为中国唯一深海之滨的国立本科大学，特别期望相应项目上给予支持，才能达到从协助各重要大学的工作,过渡到发展壮大中国唯一深海之滨大学以为能更多承担建设中国唯一深海的重任。
关于南海,法国著名海洋学家卡罗×拉伊曾说“南中国海可能有地球上最迷人的地质记录”，“对海洋学家和气候学家来说就是块绝佳的宝地”。许多专家也希望最终能在南海建立一个属于中国自己的海底观测系统，“这是真正了解海洋的唯一途径”。因此,发展建设南海的任务是艰巨的重大的,也是紧迫的,做为中国唯一深海之滨的三亚市更不能等待观望。
关于海底观测网的功能或说建设的必要性,如在对中国唯一的深海-南海的功用，首先将体现在海洋资源的研究开发上。但只有懂得南海的形成机理，才会知道最好的盆地在哪里，这将有利于寻找深海石油和可燃冰等资源。其次是能够用于减灾防灾，了解南海下的板块运动情况，可用来监测地震、海洋灾害等，还可以用来应对海底工程方面的突发事故…。海底观测网将通过有线和无线网络向各个观测点供应能量、收集信息，从而实现全天候、长期、连续的自动观测。
海底观测网不仅是进行海洋科学研究舞台，也是海洋权益维护、海洋防灾减灾和生产环境保障特别是保障海洋安全的必然要求。可我国海洋安全形势异常严峻复杂，其中水下安全问题尤为突出，海洋水下“门户洞开”。突出表现在水下探预警的基本空白状态及海洋战略资源信息安全隐患等方面。这些安全隐患都是由于我海洋水下目标监视手段弱，水下探预警信息获取能力不强，看不见、看不远、看不清，缺少完善有效的海洋观测体系，水下战场对外呈现“单向透明”状态，海洋安全面临极大威胁。
的确,一般的海底观测系统并不是军用的，但不等于说没有政治和社会意义。如果说，过去的“炮舰外交”时期争夺的是海面，现在的争夺扩展到了深海海底。
特别是，南海在中国、亚太、世界的位置上具有极其重要的战略地位。
现在，越南租借俄罗斯的核潜艇“查克拉号”据说能下潜到水下500米。
而我国渤海平均水深25米，连航母都进不去，黄海平均深度44米，东海除了靠近日本琉球群岛的冲绳海槽有约2千米深外，东海大陆架的平均深度仅约是90米，即东海大陆架向东南接近冲绳海槽的水深才急剧加大。而南海中部海底的深度常达5、6000米。所以，就是为了洞察敌人的核潜艇和将来为中国海军的航母潜艇等保驾护航，也只有发展南海海底观测网。2010年3月中国政府就首次向美国明确表态：“南海是中国核心利益”，地位等同于台湾问题、西藏问题。那发展南海海底观测网更是必然选择。
海洋水下观测也是海洋防灾减灾的重要手段，特别是对海啸、台风、海底地震、海底地质灾害的实时监测，可有效减少沿海社会经济损失。
海底观测网也是展示国际形象及综合国力的现实需要。目前，世界各海洋强国积极构建水下监视网，美国、加拿大、日本、欧州等已建成或正在建设大型海底观测网。我们与国际发展差距巨大，迫切需要改变“三个不相称”，即：水下观测和目标监视预警的科技水平与大国地位严重不相称;水下观测与监视预警规模发展与国家科技实力、经济实力、战略威胁的增长严重不相称;水下监视警戒能力与海军水面水下的作战能力严重不相称。
可以预料，海底观测网建设的国际竞争，在若干年内必将引发国际权益与安全之争。在新一轮的海洋竞争中，我们不要再走“迟到”和“跻身”的老路了。海底联网观测早晚都要国际化，尽早介入，才能在相关国际规则的制定中取得话语权。
海底观测网是一项庞大的工程，风险高、投资大。关于投资，如2009年在北美太平洋建成使用的加拿大海底观测网NEPTUNE，主海缆800公里，最大深度2660米，它旁边的VENUS在2008年末在水深300米海底建成第3个节点，它俩在2012年10月也已实行合并。同济大学吴自军和周怀阳两教授最近的论文“加拿大海底科学长期观测网的研究进展”中说两网至今主体基础设施和设备的总投入额已达20亿加元（100余亿人民币。虽然NEPTUNE只有5个水下节点而VENUS也有3个节点，其投资量、工程难度等虽没见较具体指标但相差可能是几个数量级，相差主要基于深度，VENUS就常被称仅是试验网-当然是否试验站主要基于系统结构程度，如此平均深度仅几十米的我国东黄渤海和中部5千米的南海的建设将更是几个数量级之差-其实海洋强国似乎就是对平均几百米深的海洋也早已少为之浪费。周怀阳教授是很严谨负责任的权威如他的论文是我国海洋地质学界在《自然》杂志的第一篇第一作者论文）。
可见这是国家艰巨的原创性研究，更将是建设海洋强国的至高战略性项目！
总之，南海做为中国真正意义上的深海，必需要海南省唯一的海洋大学参与。重点院所能完成的项目或短期深海项目可以不需要中国深海之滨的唯一海洋大学参与，但至少，对很多重点院所很难在短期内完成的、背负过于特别沉重压力的项目，且别人参与又不影响合作和进程、还具有相对独立性的深海子项目应该让中国唯一深海之滨的海洋大学参与促进。现在的海底观测网正是这样一个国外已历经十几年研究建设仍正如很多专家所说很多问题尚没有大的进展、尚处于初级阶段的项目，使很多离深海较远的大学其责任心都受打折扣而渐渐有所疏离或淡漠。如此，海底观测网就是历史上最适合中国唯一深海之滨的海洋大学参与的项目：并拥有天时（现在欧美海洋强国已在它上先走一步，而党的十八大又提出要尽快建设海洋强国，此正其时也）、地利（中国唯一深海-南海之滨的唯一海洋大学正为它居守于此）、人和（现在国内博士和留学博士专家已越来越多、水平越来越高，如我校刚从中国2个“电力大学”之一引进的本项目主要成员郭新辰教授等就是“电力系统可靠性”的优秀博士，如此，只要国家重视中国唯一深海之滨的海洋大学，我们就能聘到充分多的优秀博士合作攻关，更激发他们立志为了我国海洋强国的建设、为了祖国和人民的使命扎根于深海之滨。我们海洋大学许多院系的很多专家也都可以加入到中国唯一深海的与他们学科相关的研究之中，可全副身心组成“百团大战”，而海底观测网也正是这样一个长期性的大战役，虽许多工作甚至硕士研究生就能承担，但唯有舍去其它需要付出很多精力负担的国家部级项目等、专心深耕才能合力打好这个大战役。而且地方大学若和重点大学竟争世界高远的课题那是扬短避长，唯有就地取材才是立足立校之本），更特别是从前面“二”节的首段所述，可知做中国唯一深海之滨的海洋大学、唯一公立本科大学，是不能逃避推卸这沉重的历史责任的，也唯其国家在项目等上帮助扶持中国唯一深海之滨的海洋大学一把，才能更好地和各重要院所共同为驻守发展我国深海观测网把根扎深。
迄今，我国在海底观测网电力系统或通信系统可靠性方面也只有二、三个在读博士研究生为第一作者发表有限的一些以及周教授也发表一篇他自已也说尚待发展完善的研究论文，而本项目组6个博士长期从事“电力系统或通信系统可靠性”的各方面的密切相关工作，本项目组其余人也是长期从事与此相关的教授，而且现在研究海底的“电力系统可靠性”几乎仍然依赖陆地上的理论技术方法，期望驻守深海之滨的我校时常面对深海能有所感悟并竭尽全力探索有所突破，天助更需有伯乐助，如此我们海洋大学申请这项目得到中国海底观测网的领军权威大家杨灿军教授多次给本申请人来信表达大力支持我校申请。在意向明确之日我们也将为了学校和南海等的建设发展、广纳良策群策群力地寻求省市校有关部门的支持尽早选派更多成员和编外成员到杨灿军教授的团队或国内外建设海底观测网的相关方面居国际领先的机构访问合作学习。
（如在今年的网上可见标题是“世界首次！浙大科学家从万米深处提取海水”的很多报道，它说“这一取得创纪录数据的深海水体序列取样器，是由浙大杨灿军教授带领的HOME团队研制的”
在网上可见很多媒体报道:“杨灿军教授的HOME研究团队在国内首次实现在超过1700米的深海区完成国内最长距离的海底观测网络组网建设任务，迄今仍是国内最大深度和最长距离”。在我国只有南海和冲绳海槽才有超过1700米的深海区，但冲绳海槽只有沿着狭长海槽才有足够长，但目前没有必要去靠近日本的冲绳海槽布放，可见杨灿军鼓励支持我们海洋大学是从国家的高度需要出发的)。
第四、下面海底观测网主要的5方面关键技术，都是以电力和通信系统的可靠性为前提的条件下去发展这些技术以及其它技术。基于此以及海底深度海洋地貌环境状况之上的电力和通信系统的可靠性是本项目的主要课题。
1、海底负高压直流输配电和高压高频直流变换技术。
新兴的海底观测网均采用恒压供电方式。据此，观测网的核心电力装备主要有海底主基站高压直流变换器、海缆、电切换型分支器和岸基高压直流馈电设备。
即海岸基站将陆地电网提供的工频交流电变换为负高压直流电，通过主干海缆、电切换型分支器和分支海缆给各个海底主基站内的高压直流变换器供电，并由高压直流变换器将数千伏以上的高压直流电降压变为SIIM所需的中压直流电，再由SIIM将中压直流电降压变换为各类观测设备所需的48V以内的低压直流电，因此，观测网采用的是级联式直流变换方案。
1996年建成的美国LEO-15（the
long-term ecosystem observatory at 15m）,是世界上最早的用海缆连接的海底观测网络。它由美国Rutgers大学建设和管理，采用1650V三相交流电给海底观测设备供电，最大传输功率为8千W，水下接驳盒和主干海底光电缆物理连接，并把1650V高压三相交流电转换为240V和120V低压直流电，RU COOL观测设备插座模块则把120V低压直流电转换为48/24/12/5V的多种直流电供海底观测设备使用。
2009年建成使用的加拿大的NEPTUNE是迄今为止世界最大的区域海底观测网，它由维多利亚大学管理，其海缆长约920千米(主干网由800千米的海底光电缆构成，分支缆长120千米)，能够输送10kV DC总功率为60kW的电能量和10Gb/s的数据信息（DC和AC是直流和交流的英文缩写）。主干光纤网传输来的2~10kV高压直流电，在水下接驳盒处被转换为240V和48V两种标准的低压直流电，供海底观测仪器作为工作电源使用。但由于在接驳盒和观测设备之间没有采用“观测设备插座模块”，使得该系统的接驳盒较难实现标准化，不利于整个海底观测网的进一步扩充和维护。
2、海底远程电力监控技术.
由于海底电力运行比陆地上的低可靠性和可达性，为了确保持续可靠地供电，除了在设计阶段开展仔细的理论分析、计算机仿真和模型模拟外，还要在运行阶级实时监控并在线分析其关键节点的工作状态。基于受制于深海底腐蚀和压强，使体积受限，标准海缆、海底中继器、海底分支器通常无法安装遥测和遥信单元，只有海岸基站和海底主基站具有电压和电流测量功能，因此，无法直接测量主干网关键节点处的潮流和开关状态。海底远程电力监控系统（PMACS）的核心功能是海底电力系统的远程监控、分析和控制。PMACS以数据采集、报警处理、命令发送、人机界面等基本模块为基础，实现负载管理、状态评估、故障处理等高级功能。
3、海底远距离信息传输技术。
由于光信号在光纤中有传输耗损，超过400千米的远距离数据传输通常需要采用有中继器的海缆通信系统。在有中继器的系统中，两套海岸基站分别在海缆两端通过海缆内的铜导体给光中继器以恒流模式供电，每隔一百公里左右重建光纤数字信号的幅度和波形。
4、海底原位科学实验技术。
随着复杂科学仪器的研发进步，总体趋势是将实验室直接布设在海底，进行原位科学观测。深海探测由于人类所难于达到，所以，不少任务适合利用水下机器人去执行。水下机器人主要有自主水下航行器、水下滑翔机、远程遥控运载器、海底爬行车等。水下机器人可通过连接到观测网上的接驳坞（Docking Station）实现水下充电、上传数据、下载指令，构成活动式的海底实验室，从而将固定式的和活动式的各自优势结合起来。
5、接驳盒技术
海底观测网常有主接驳盒和次接驳盒二级接驳。浙大杨灿军教授等的“海底观测网接驳盒技术”（《机械工程学报》2015年第10期）说：接驳盒是整个海底观侧网的核心、中枢部件，其功能是：1、电能的高低压变换，2、电能、通信的分配和管理。它不仅为信号处理、控制和管理提供一个集中的站点，同时也为观测设备模块提供接口（可借助水下机器人ROV在海底接驳盒上直接对观测设备插座模块进行热插拔），还为海底观测网络电能的低功耗输送、转换、分配及管理提供手段。（后面附杨灿军教授给申请人的回复“有技术问题可以随时联系我们”等。）
小型观测网常用单接驳技术，如海底观测网HUGO，H2O和ACO是建立在通信中继器技术基础上的单接驳盒观测系统，采用的是恒流供电系统，接驳盒实现恒流到恒压的变换，通信系统则采用串行传输方式，只能用于小功率、低带宽的观测设备。日本的DONET也采用恒流供电技术。由于该技术具有极高的故障容错能力，因于适用于地震带区域的应用。但恒流供电方式不易于扩展应用，同时其使用功率增加时，其供电电压也应需要相应提高，而难于适应大功率观测网。LEO-15和MVCO是用于近岸的观测网，采用交流输电方式，接驳盒实现交流-直流变换，通信方式则可结合串行通信和以太网通信2种方式，以适应多种设备，该方式采用交流供电，易于扩展，输送功率也相应提高，但交流供电系统需要3或4根传输导体，其输电耗损和敷缆成本随着输电线路变长或输电功率变大而明显增加。相对前2种方式，直流恒压供电方式更易于实现扩展和大功率应用，并可采用单导体电缆进行远距离输电和以海水作为回路，不但可降低海缆成本，同时也降低了线路的耗损。新兴的海底观测网均采用恒压供电方式，如加拿大VENUS和NETPUNE、美国的MARS和Kilo Nalu、美国正在建设的RSN，以及欧洲多国计划共建的ESONET。对于通信，基于TCP/IP协议的以太网通信逐渐被新的海底观测网所采纳。
总之，各自从自已的目的和现有条件出发，海底观测网总体结构框架也是有所不同 ，如吕枫和周怀阳等（见“缆系海底观测网电力系统结构与拓扑可靠性”，同济大学学报），虽从文字只说电力系统框架的大概，但从图4，可知整个系统方案为：岸基®主海缆®分支器®水下基站®SIIM®观测仪器；以交流电经岸基站PFE变换为负高压直流输电，以海水作为电流回路。主干海缆可达数百公里以上、输送电压可达-10kV、通信带宽可达100Gb/s以上，通过装有信号变换器的分支器（BU）的后续分支缆可达数十公里、输送电压可不变、通信带宽可达2~10Gb/s，通过装有电压变换器和信号变换器的水下基站的后续可扩海缆可达数十公里、输送电压转换为360~400V、通信带宽可达100~1000Mb/s，通过SIIM的后续仪器海缆可达数公里、输送电压变换为48V以内、通信带宽可达10~100Mb/s，他们没有另给次接驳盒的定义，但从上面功能看SIIM已相当之。而从每一篇描绘加拿大NEPTUNE结构图看，其没有SIIM，甚至没有次接驳盒，应是接驳盒上有部分接口等功能。
上面浙大杨灿军教授等的“海底观测网接驳盒技术”的图1是观测网总体结构图，从图1和表1，可知整个系统方案为：岸基®主海缆®分支器®水下基站®SIIM®观测仪器；以交流电经岸基站PFE变换为负高压直流输电，以海水作为电流回路。主干海缆输送电压为-2~-10kV、通信带宽可达100Gb/s，通过装有电压变换器和信号变换器的水下基站时输送电压转换为375V、通信带宽可达100~1000Mb/s，通过次接驳盒输送电压变换为48V/24V两种、通信带宽可达10~100Mb/s。
关于光纤通信，其有效通信距离仅数十公里，对超过这距离的主干海缆上要安装光放大器或光纤中继器。各端口也配备相应的协议通信。常用光以太网协议或结合TCP/IP或串行通信协议。
由于海底观测网风险高、投资大，因此，可靠性和经济性是建设海底观测网的原则，而影响海底观测网可靠性的因素很复杂（如供电系统的用电效能，各腔体温度、漏水状况、电缆绝缘情况、内外部负载用电情况。发生这些情况就要采取相应的控制、维修或故障隔离等措施，才能保持观测网系统的可靠运行）。
第五、国内外研究现状及发展动态分析。
众所周知世界上最有影响的海底观测网是2009年12月8日正式启用的加拿大的NEPTUNE海底观测网，是世界首个深海海底大型联网观测站,位于东太平洋的胡安·德·夫卡板块，该网海缆长920公里（主海缆800公里），最大深度约3000米。
美国最有代表性的是计划2015年建成的OOI海底观测网（包括三个子网：区域网、近海网和全球网），其中区域网采用的是海底电缆连接方式，全球网采用的是无海底电缆连接方式，即主要采用锚系和水下机器人等观测工具，依靠电池供应电力和海面浮标传送卫星数据，近海网主要采用后种方式也兼用前种方式。而采用缆系的区域网是OOI中技术难度最大的。因美国海域较大，所以只能采用近海网和全球网来考查某些海点，真正的海底观测网只有RSN区域网其总缆长900公里、最大工作深度3000米内（见中科院声学所副所长李风华等的“海底观测网技术进展与发展趋势”,《海洋技术学报》）。
欧洲的ESONET海底观测网不是一个完整的区域网，而是由欧洲各个不同海域的13个区域网并联为一个网的模式建设的，不同的区域网有不同的研究主题和支持国家。2015年计划安装，第一阶段（2015-2019年）计划完成北冰洋网（德国）、黑海网（罗马尼亚）、希腊网、东西西里网（意大利）、Ligurian海网（法国）、Mamara海网（土耳其、法国）、Azores网（法国、葡萄牙）、北欧网（瑞典等）、豪猪盆地网（英国）、PLOCAN网（西班牙）等，第二阶段（2018-2022年）计划完成Iberian Margin网（葡萄牙、西班牙、意大利）、挪威大陆边缘网（挪威）等的建设。
日本ARENA海底观测网计划是延伸至阿留申群岛，并与加拿大NEPTUNE系统相连，因计划宏大预算大而暂时无法实现，2011年转而先建为日本DONET观测网。
目前世界上主要有上面四个海底观测网。观测网起源于20世纪末的海洋观测站，当时得海洋观测站主要有美国1996年建成的LEO-15，1997年美国夏威夷建成的HUGO，1998年建成的H2O，美国在2001年建成使用的MVCO。
相对于有缆海底观测网，观测站的特点是结构较为简单，为封闭式设计，供电能力和通信带宽极为有限，仅能支持小量低功耗的传感器，使得功能较为单一，灵活性和扩展性较差。
其后，海底观测站逐渐发展为小型海底观测网，主要有美国MARS观测网、ALOHA观测网，加拿大2008年末在水深300米海底建成第3个节点的VENUS。
目前世界上已初步建成的较大规模的海底观测网主要有上面四个，即已建成的加拿大的NEPTUNE、美国OOI的区域部分、日本2011年建成的DONET观测网，和正在建设的欧洲的ESONET海底观测网正在建设中。
海底观测网总体结构可分为开放式和封闭式两种。开放式观测网可根据科学需要不断升级，在ROV（用于水下观察、检查和施工的有缆水下机器人）协助下灵活更换或扩展各种科学设备，甚至连接浮标、潜标以及AUV（无缆水下机器人）、Glider等移动观测平台，从而有针对性地开展各类科学原位实验，科学用户多、科学应用广。而封闭式观测网的科学仪器较为单一，不具有扩展性或扩展性较为有限，功能升级难、应用面较窄。因此，用于多学科综合海洋观测的是开放式观测网，如加拿大的NEPTUNE、美国OOI的区域网、欧洲的ESONET海底观测网，用于某方面海底专用观测的是封闭式观测网，如日本的DONET观测网，它具有一定的扩展性。总体上，开放式观测网相对于封闭式观测网，实现难度更大，技术风险和工程风险更高。
在我国东海，2009年4月同济大学建成的东海缆系海底观测试验网包括一个海岸基站、一个水下基站、一条光电复合验海缆和若干观测平台，基本设计要求高可靠性、高稳定（见吕枫、周怀阳等的“东海缆系海底观测试验网电力系统设计与分析”《 仪器仪表学报》，2014年4期）
在南海，“2012年5月，我国首个海底观测示范系统在三亚海域建成，该系统由岸基站，2公里长海缆，3个节点，11个主接驳盒和1个次接驳盒，3套观测设备组成，岸基站提供10KV高压直流电、接驳盒布放在20米水深海底”（见张伙带等的“国内外海底观测网络的建设进《海洋地质前沿》）。我国东海和海南陵水也建有其它较专用些的观测试验站。
为了更多些聊解海底观测网的演化过程，下面再更详细介绍国际上最先建设的海底观测站和最大的海底观测网：美国LEO-15、加拿大的NEPTUNE，也进一步介绍我国东海的观测试验网：
1996年建成的美国LEO-15（the
long-term ecosystem observatory at 15m）,是世界上最早的用海缆连接的海底观测站。它的工作水深仅为15米，采用1650V三相交流电给海底观测设备供电，最大传输功率为8千W，采用1000BASE-LH光纤以太网进行双向波分复用（bi-directional
wave division multiplexed）高速通信，采用基于TCP/IP协议的千兆光纤以太网实现高速通信，采用工业监控系统SCADA（Supervisory control and Data acquisition）的远程终端单元和标准的MODBUS应用层通信协议实现电压、电流等运行工况的远程监测。其电能、信号的转换、管理和控制由水下接驳盒和一种称为RU COOL Scientific instrument interface
module的观测设备插座模块共同完成。 水下接驳盒和主干海底光电缆物理连接，并把1650V高压三相交流电转换为240V和120V低压直流电，RU COOL观测设备插座模块则把120V低压直流电转换为48/24/12/5V的多种直流电供海底观测设备使用，同时把主干光纤网的1000BASE-LH双向波分复用光信号转换为10/100/1000BASE-TX网络电信号，并可根据不同海底观测传感器的通信接口再次转换为RS232/RS422/RS485串口电信号。
而2009年建成使用的加拿大的NEPTUNE是迄今为止世界最大的区域海底观测网，布置长约920千米海缆(主干网由800千米的海底光电缆构成，分支缆长120千米)，观测水深范围17~2660米，能够输送10kV
DC总功率为60kW的电能量和10Gb/s的数据信息。海缆按环形回路铺设，能量和数据可以双向传输，大大增加了传输的安全性。整套海底观测网有5大海底节点，正在建一个新的节点。通过海底节点，可以将电缆传输来的高压电进行降压，提供给水下接驳盒使用，每个节点周围可连接数个接驳盒。水下接驳盒则通过分支光电缆与观测仪器相连。所有节点都自带一套标准仪器，包括地震仪、压力仪等。除了各观测仪器，NEPTUNE还有各类水下机器人如远程遥控运载器ROV、自主水下航行器AUV、海底爬行车ROVER等，其中ROV用于水下仪器设备和网络的布放、安装和维护，AUV用于数据的接驳和能源的补给，ROVER用于各节点之间空白区的观测。
其主干光电网传输来的2-10kV高压直流电，在水下接驳盒处被转换为240V和48V两种标准的低压直流电，供海底观测仪器作为工作电源使用。
因该系统采用光中继器（optical
repeater）来延长光纤通信的距离。岸基站通过光中继器和主干光纤网，把1Gbit/s波特率的光信号传输到接驳盒，并在接驳盒内被进一步转换为10/100BASE-TX的网络电信号，实现与各种海底观测仪器设备的高速数据通信。
但由于在接驳盒和观测设备之间没有采用“观测设备插座模块”，使得该系统的接驳盒较难实现标准化，不利于整个海底观测网的进一步扩充和维护。
至于我国的海底观测网，在东海的上海、浙江省近海和南海的陵水以及三亚正在建设的几个海底观测网都基本上仍属于试验性质的。下面只说吕枫等在“东海缆系海底观测试验网电力系统设计与分析”（仪器仪表学报，2014年第4期）介绍的东海缆系海底观测试验站。
该试验站包含一个海岸基站、一条光电复合海缆、一个水下基站和若干观测平台。试验站采用单极负高压直流输电，以海水作用电流回路，其输电电压为-2kV高压单极输电（2Gb/s高速光纤通信），配电电压为375V中压双极输电（1000/100Mb/s光/电通信），再通过SIIM转换为观测设备使用的48V低压双极输电（100/10Mb/s光缆通信）。其核心电力元件为岸基高压远供设备（power
feeding equipment, PFE）、单极光电复合海缆、水下基站高压变换器）
试验网核心电力元件介绍：1、岸基PFE，其为三相桥式相控整流器，它将陆地电网提供的三相工频交流电能变换为负高压直流电能，PFE输出电压Uss与相控角a之角的关系为：Uss=2.34U2cosa=2.34 U1cosaN2/N1 ，其中U1和U2分别为变电器一次侧和二次侧相电压有效值，N2/N1为变电器二次匝和一次匝数之比。
由于PFE存在等效源抗阻Rss，实际输出电压U¢ss随着输出电流Iss的增大而减少，即U¢ss= Uss-IssRss，但Rss远小于海缆等效电阻，因此，在分析海底电力系统稳定性时，可假设PFE在允许输出电流范围内为理想的直流恒压源。
2、单极海缆：试验网采用在跨洋通信系统中普遍应用的单极光电复合海缆，以降低海缆研制和敷埋的成本。海缆从里到外依次为光纤、不锈钢光纤护套、内铠装钢丝、钢管、绝缘层、外铠装钢丝、外被层。其功能单元为钢管和光纤，分别用于输送电能和传输数据。假设Z和Y分别为海缆的等值抗阻和等值导纳，则Z=Zcsinh(rLc)，Y/2=(cosh(rLc) -1)/(Zcsinh(rLc))。假设z和y分别为单位长度海缆的抗阻和导纳，Zc=Ö(z/y)为海缆的特征抗阻，r=Ö(y×z)为海缆的传播系数，Lc为海缆的总长度。当海缆总长度小于100千米时，其等效导纳和抗阻分别采用r= y×Lc和Z=z×Lc简化计算。
3、海底变换器：受海底设备的体积限制，海底变换器必须具有较高的功率密度，因此，适合采用高频开关直流变换技术，以提高电能变换效率和降低发热损耗。
根据IEEE std 399，任何负荷特征可表示为恒阻抗负荷(CRL)、恒电流负荷(CCL)、恒功率负荷(CPL)的叠加，P= PCRL+PCCL+ PCPL=au2+bu+c。海底变换器的输入功率为：PUS,in= PUS,out /h= UUS,inIUS,in。式中，PUS,in、PUS,out、UUS,in、IUS,in和h分别表示海底变换器的输入功率、海底变换器的输出功率、输入电压、输入电流和电能变换效率。假设h为常数，在平衡状态下PUS,out恒定，则PUS,in= PCPL= c，因此其为CPL。
通过仿真和试验，得知通过改变海底试验网核心电力元件的某些特性或参数，如减少海底负荷、增大海缆等效电阻、减少海缆等效电容或增加岸基远供设备电压的调节时间等方法，均可提高系统的暂态稳定性。
第六、附主要参考文献目录：
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Observatories-A New Vision of the Earth from the Abyss》，Springer-Verlag，2012（有26篇相关研究论文，见www.springer.com/us/book/9783642113734 ）
9、Y. Kaneda , N.Takahashi, T. Baba，Advanced Real Time Monitoring System and Simulation Researches for
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10、P. Favali, L.
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11、周孝信主译，G. Ahders主编，《电力系统可靠性新技术》，中国电力出版社。
12、M.N.S.Swamy，K.Thulasiraman, 《图、网络、算法》，高等教育出版社，1998（这2个作者Swamy和Thulasiraman 分别是IEEE Circuits and Systems
Society-即IEEE电路与系统学会正主席和副主席）
13、梶谷洋司，《电路图论》，天津大学出版社，1989年。
14、C.A.Desoer，葛守仁，《电路基本理论》，人民教育出版社，1981年（葛守仁教授也曾是IEEE电路与系统学会正主席）.
15、陈惠开主编的《The Circuits and Filters
Handbook》共5卷，CRC出版社，第三版，2009年（这5卷都是电路与系统方面的权威合撰，如其中的1卷《Fundamentals of Circuits and
Filters》是陈惠开邀请IEEE电路与系统学会3个正主席Choma、Reddy、Nossek等为编委合写的30个主题汇成的巨著-此卷有925页，若都读这5卷的相关方面-融汇这些大师的思想并能有所集大成-就了不得-某方面可比别人居高统揽。陈惠开的一些图论名著如《应用图论：图和电网络》等也极具参考价值，陈惠开也是IEEE电路与系统学会正主席，文革一结束他就被中科院及许多大学聘为荣誉教授并1982年受到邓小平的接见和赞赏。当然对其它密切的基础和专著如Valkenburg、Ghausi、蔡少棠、Wing、Mitra这些电路与系统学会主席及其它大师的书也值得有所专精或较广泛涉猎，如本申请人的中国科学先驱师祖(见报道)的师兄的博士帕普里斯的名著唯一被中国高校电路与系统教学研究会理事长郑君里在《通信学报》为此写“《电路与系统：现代方法》书评”）。
2．项目的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键科学问题（此部分为重点阐述内容）；
（一）具体研究开发内容和要重点解决的技术关键问题
本项目的研究内容是在对国内外海底观测网的发展情况深入研究的基础上（特别是有代表性的大型海底观测网的通信系统和电力系统的可靠性），借鉴它们的理论方法技术加以开拓创新，以研究规划设计深度为将来扩展到约5千米的具有良好通信电力系统可靠性的南海海底观测网的系统拓扑结构。
海底观测网的建设，投资大、风险高。海底设备维修艰难，维修周期长、费用多。因此，其主干核心部件基本要求免更换和免维修，又要求海底观测网运行周期通常要在25周年以上。要达到这么长的运行周期，就要充分确保其拓扑结构系统具有足够的可靠性。
因海底观测网在国际上也刚起步不久，特别是我国至今仅建设个别试验网系统或观测站或小型专用网，在中国期刊网也可看到，迄今为止，我国观测网系统可靠性方面的研究论文尚少，这方面已有的论文主要是2012年樊诚博士生等的“海底观测网连通可靠性分析”（《光通信研究》2012年第6期）、2011年周学军教授等的“缆系海底观测网恒流输电系统供电方案选择方法”（《电力系统自动化》第19期）和2012年吕枫教授等的“缆系海底观测网电力系统结构与拓扑可靠性”（同济大学学报2014年第10期）。当然，本项目也不只限与可靠性研究，也会研究相关的电力系统状态估计-即系统的某些单元状态是岸基站不能直接获得的，只有通过一些相关已知参数和应用相关技术方法等去估计，如分支单元，我们知道它是海底观测网中实现海缆分支连接的重要设备，在海底观测网的电能传输和故障隔离过程中发挥着不可替代的作用，为了降低它的复杂性、提高它的可靠性，它不具有通信模块，因此岸基站不能直接获得它得电压值、电流值，就只有去研究估计它们的状态）。
本项目主要是，基于樊诚等的要求多分支节点尽量少、周学军教授等的需要研究各级供电回路包含的观测节点数量和系统可靠性能之间的关系，以确定节点分配策略、吕枫教授等的网型拓扑的可靠性高于其它系统拓扑。我们将综合这三方面要素，去研究设计深海观测网进而南海海底观测网系统结构。当然，有些问题可能很复杂，如周学军教授等的各级供电回路包含的观测节点数量和系统可靠性能之间的关系，可能因互相牵制而使得错综复杂。因一、二层回路可能其牵制性易解，但多层回路，特别在较深海底可能就错综复杂了。不过，一般性的优选方案经过研究探素是可以解析的，并可根据特别海况不断做相应改进。
总之，海底观测网的可靠性是观测网建设发展的首要指标。因海底观测网风险大，稍有不慎，整个系统就崩溃瘫痪。因此，本项目是根据建设规模的可能性，做相应程度同步前瞻的观测网的通信电力系统可靠性能良好的拓扑网络等的研究。可靠性也应研究其后的合并、灵活性、扩展性，必竟南海海底观测网的扩展还是有限度的。同时，因骨干光电复合缆的敷设需要重点考虑路由设计与选择和敷设工程两个方面。在开展路由设计和选择的过程中，应以骨干网规划和设计任务书为依据，依照路由稳定可靠、走向科学合理、易施工维护及抢修的原则，进行多方案设计。在对南海布放区域的海底地形地貌调查研究的基础上，考虑海况和涉海活动，确定出可靠性经济性合理的路由选择方案。海底光电复合缆的安装分为敷设和埋设两种，要合理选用相应的光电缆和施工方式进行施工布放。
因南海海底观测网既是较大规模又主要位于很深的海底，导致其研制、布放和维修难度大，成本高。因此，确保其可靠性、灵活性和可扩展性外，还要尽量降低其建设和维护维修的总成本。
当然，可靠性是总体设计的前提指标。我们知道，可靠性定义包括对象、条件、时间、功能和能力5个方面的内容。系统可靠性评估方法主要分为确定性方法和概率性方法两大类。确定性方法指系统工作在确定运行状态下，并未考虑系统状态的概率性分布特性，与系统实际运行不完全相符，评估得到的指标通常与实际有很大偏差。因此，分析系统可靠性时更多采用概率性方法。最常用的概率性方法有蒙特卡洛方法和解析法，分别适用于小型和大型系统可靠性评估，但它们的缺点也很明显，如此，许多专家考虑结合贝叶斯网络、深度搜索算法等来评估系统可靠性，如贝叶斯网络能很好地改进传统评估方法的不足，既能评估可靠性，也能找到对系统故障影响最大的薄弱环节。
基于这样的原则，樊诚等的论文“海底观测网连通可靠性分析”（《光通信研究》2012年第6期），分别研究采用波分复用技术的2分支和3分支至多是4分支节点通信模型（波分复用技术可参考哈佛大学博士张煦院士的专著《光纤通信系统》第5章）。它主要是对迄今世界最大的区域海底观测网-加拿大NEPTUNE简化优化为交叉环拓扑网，使多分支节点较大幅减少，这符合供电、铺设和维护维修便利的原则，但可靠性如何呢？通过对它俩进行仿真对比分析，得到它俩的可靠性相近。
樊诚博士等的这论文主要是抽象为图论的有向图和无向图分别研究节点存活率仿真和网络全端可靠性仿真。本申请人20多年前攻读研究生起至今已在图论取得多项世界领先重要成果并20多年一直居于世界领先。图论按是否定向，分别划分为两类图：有向图和无向图。因此这论文之类的工作就可充分利用我们图论学科知识。同时，他研究节点存活率仿真和网络全端可靠性仿真就只用两种方法：图论的深度搜索算法和概率统计的蒙特卡洛方法（可靠性评估较常用方法还有基于概率论的解析法。本课题组王春红博士在西安交通大学攻读的就是概率统计博士、最近陈杰博士也撰著许多马氏过程的论文。当然，本课题组其余成员全都不同程度读过概率统计。在这2个方法之外,也有不少电力系统可靠性分析用贝叶斯网络-它是上面图论和概率论结合的模型）。
周学军等的“缆系海底观测网恒流输电系统供电方案选择方法”（《电力系统自动化》2015年第19期）。为了克服旁路电容的影响，在水下通常采用直流输电技术，包括恒压和恒流两种方式。虽然恒压具有独有的优点，但对于恒压输电系统，短路故障将导致使整个系统的停运，需要在水下节点中安装复杂的保护电路，并设计故障定位算法。而恒流输电系统，具有较好的抵抗短路故障的能力。此文基于日本著名的ARENA提出的恒流分支技术，观测网可实现网络型拓扑结构，但存在多种不同的主供电回路和分支供电回路的供电组合方案，因此有必要研究评估不同供电方案的优劣。该文把N级供电方案抽象为与其一一对应的我们图论的多个连通图，而评估其可靠性之首要指标仍是节点存活率，这当然也是评价供电方案优劣的重要指标。这论文所用方法也是只用图论的深度搜索算法和蒙特卡洛方法进行评估。该文研究3种供电方案，由于PBU节点应承担尽量少的供电任务，主供电回路应涵盖较多的观测节点，如此，选择C方案作为供电方案。不过，该文没有研究各级供电回路包含的观测节点数量和系统可靠性能之间的关系。但只有弄清楚这关系，按这关系配备节点比无序的可靠性可能更高。
上面主要是初步探讨研究海底光电网络的可靠性，以及简单介绍基于恒流供电模式的网络型拓扑结构的供电方案。而在目前普遍采用的恒压供电下海底电力网络的可靠性方面，吕枫博士生和周怀阳、岳继光和何斌的“缆系海底观测网电力系统结构与拓扑可靠性”（同济大学学报2012年第10期）说“文献[22]采用蒙特卡洛方法比较同一观测网拓扑下两种常见通信系统结构的可靠性，而未涉及电力系统的可靠性，且该法计算量较大”。（周怀阳教授的论文是我国海洋地质学界在《自然》杂志第一篇第一作者论文；岳继光先后任同济大学电信学院副院长、校人事处长、组织部长；何斌是第62项国家科技进步二等奖第一完成人，和教育部副部长吴启迪等合作）
吕枫等的论文中也说‘文献[24]在2000年研究NEPTUNE时已得出：网型拓扑从各PFE到水下各基站均有多条冗余通道，因此可提高电网的可靠性和生存性，且能提供更大功率和具有更高电压稳定性’。其实，网型拓扑比线型、树型、环型拓扑具有更高可靠性和生存性等，这在我们1991年研究泛连通图或哈密顿连通图等时就已知道，其容错性比其它高必然具有更高可靠性和生存性等。吕枫等的论文和上面两篇不同的是以水下基站平均供电可靠度做为可靠性指标，比较几类典型拓扑的可靠性，这有别于上面樊诚等的和周学军等的两篇以节点存活率做为可靠性指标。不过，平均供电可靠度和存活在一定程度上有相关性。吕枫等的具体作法是，设计了一类海缆观测网，从其图4，可知整个系统方案为：岸基®主海缆®分支器®水下基站®SIIM®观测仪器；以交流电经岸基站PFE变换为负高压直流输电，以海水作为电流回路。主干海缆可达数百公里以上、输送电压可达-10kV、通信带宽可达100Gb/s以上，通过装有信号变换器的分支器（BU）时分支缆可达数十公里、输送电压可不变、通信带宽可达2~10Gb/s，通过装有电压变换器和信号变换器的水下基站时可扩海缆可达数十公里、输送电压转换为360~400V、通信带宽可达100~1000Mb/s，通过SIIM时仪器海缆可达数公里、输送电压变换为48V以内、通信带宽可达10~100Mb/s。
这设计中没有更多看到他们标出主接驳盒和次接驳盒的具体设计功能范畴。当然，水下基站、主接驳盒、次接驳盒和SIIM的功能并不死硬地定固，根据需要功能可扩可收，即功能也会根据需要可大可小可多可少地模块集成化。
吕枫和周怀阳等的论文设计了“海缆终端组件”（cable
termination assembly,CTA,也称光电分离器）。从名称看是把光和电分离器，在国内外海底观测网论文似乎很少见CTA，这CTA似乎都集成在分支海缆的分支器或水下节点里。
总之，目前仅是起步的系统拓扑结构设计的初级阶段，海底观测网系统尚需多方面的优化和改进，可靠性程度等更优的某些新型系统也还需要根据复杂的海况去开发创造设计。
吕枫等在此系统设计思想的主导下，按常用的海底观测网络型的线型、主干型、树型、环型这四个基本类型，进一步研究基于此设计思想的放射式、链式、环式、两端供电式、负荷集中式双电源环式、负荷分散式双电源环式、网型拓扑等系统可靠性，得到网型拓扑通常远高于其它简单拓扑，其后是有备结线方式双电源环式拓扑仅次于网型拓扑，链式、放射式拓扑的可靠性为最低。
该文也说，此可靠性计算方法用于总体设计阶段快速比较不同拓扑结构的可靠性。进入详细设计阶段时，需要仔细分析各元件的可靠性数据。
其实，周学军等的网格型拓扑和吕枫等的网型拓扑都属于主干网是网格状而支路网为树状发散型的结构-称为网状结构，这是相对于树型结构和环状结构来说的。不过，至今还很少见各国的海底观测网有使用此网型拓扑模式的。这是因为该结构极其复杂，在三型中技术难度最大、出故障率最高、建设和维修成本也最高。少使用之主要还是因海底观测网技术尚在起步研究阶段，尚有很多技术难关需要突破。
周学军等的是基于恒流供电模式下的网格型拓扑模式，而吕枫等的是基于负高压直流供电-也就是恒压供电。那么就有必要看看恒流和恒压之异同优劣特别是适合的环境状况。
恒流输电方式是指保持输电线上的电流恒定，水下设备的电压供给依靠串联在输电线上的DC/DC变换设备来提供。恒流系统的最大优势是其具有强大的抗故障能力，当线路出现短路故障如线缆断裂，在故障点和供电岸站之间的输电网络上的电流依然不变，其间的所有设备仍然可以正常运作。因此，恒流系统适合使用在海底地质情况复杂、容易发生地质灾害的地带如地震带（如上面日本的ARENA就使用它）。但恒流系统具有明显的缺点：首先其扩展难度大；其次恒流系统电能利用效率较低，大适合于大规模大功率的组网建设。而恒压输电方式刚好相反。在恒压系统中，系统扩展容易实现，在扩展处不需要任何电气设备，水下设备的电能供给由具有极高转换效率的DC/DC变换设备提供，电能传输和利用效率都高于恒流系统。但恒压系统最大的缺点就是对短路故障极其敏感，容易引起供电系统崩溃。而另一种供电方式-交流输电虽然技术极其成熟，多用于陆上，但海底几乎已不使用，至多用于近岸的小范围观测系统。因此，只要提高供电系统的故障诊断和隔离能力，则直流恒压系统更适合于大规模大功率的水下供电网设备。
上面系统可靠性方面的论文都主要是用图论的深度搜索算法和概率统计的蒙特卡洛方法这两种方法为主去研究系统可靠性的。
关于电力系统通信系统，因本申请人20多年前攻读研究生时以图论算法为主要研究方向之一。图论和电力系统、通信系统的关系，如搜索可见《中国电子学会电路与系统分会图论与系统优化专业委员会》的成立已有约二十年了。
也如下两段见和本申请人赵克文合作多篇论文的美国Thulasiraman教授在1998年当选IEEE电路与系统学会常务主席，而Thulasiraman教授的每篇论文几乎都是图论应用于电路与系统的，是真正的图论专家。
关于图论的深度搜索算法和概率统计的蒙特卡洛方法，看下面“（二）研究基础与工作条件：1．研究基础”，就见这是我们项目组较透彻精通的方法。当然，我们也会尽可能多地去掌握其它用于系统可靠性分析的方法。
如1993年当选中科院院士的周孝信主持翻译的《电力系统可靠性新技术》（中国电力出版社，2014年）就说“电力系统的可靠性主要由电网拓扑、元件参数、运行参数等决定”。
而不仅陆地上的电力系统的可靠性由它们决定，在中国知网见所有研究海底观测网的电力系统的可靠性也主要由电网拓扑、元件参数、运行参数等决定。
周孝信院士主持翻译的这《电力系统可靠性新技术》第五章“电网中的关键输电线路和变电站”是这书第1主编领衔撰写的，这章的各节都是研究图谱论应用于电力系统网络可靠性的，正如这章引言所说“当图谱论应用于电力系统网络时，它提供了一个令人感兴趣的可能性。对电力网络图的特征值和特征向量的研究，不仅可以洞察系统的内部结构，还可以识别结构模式和脆弱点。所以，图形特征值分析可用来设计系统遭受到多重故障、连锁故障和灾难性事故时的安前策略”，这章引言首节也说“大量针对电力系统的脆弱性分析和灾难性事件下安全性分析，目前已有大量技术，这些方法包括通过运用决策分析技术和图论代数方法进行的控制孤岛或计划孤岛方法。为了找到关键节点、关键输电线路和系统脆弱性指数，已有更加复杂的技术如代数网络理论…”。
“图谱论具有识别电网电网结构特性的可能性，这一点可以方便地应用到电网络可靠性分析中”。这章最后说“图谱论是一个对可靠性、安全性、能观性和状态估计等方面的研究都很有前的领域”。
关于图谱论，这网www.qzu5.com/sg.htm见本申请人赵克文和“电路与系统”学科世界顶级大师（即1998年当选IEEE电路与系统学会常务主席、2002年当选欧洲科学院院士、2004-2005年担任IEEE
Transactions on Circuits and Systems I主编）的美国Thulasiraman教授合作多篇由他亲自修改的图谱论论文。其实本申请人的研究生导师柳柏濂教授被教育部批准为整个全国数学界第3本研究生教学用书就主要讲“图谱论”，也是国内第一个最系统讲图谱论的（第1、2本研究生用书分别是北京大学和清华大学的，前者是和数学诺贝尔奖得主陈省身合作的微分几何、后者是华罗庚的研究生写的数论）。在这网还见安徽省优秀教师余桂东院长的博士学位论文是专门研究“图谱论”的，它只引用2篇综述文章其中1篇是国内的杂志综述论文，也仅引用一篇国内杂志论文，是本申请人和第二主持人陈德钦教授合作的。一直以来，本申请人也已多次评审国外权威杂志的图谱论方面的论文等，因此，本申请人可说是较全方面地把握周孝信院士推崇的正被国际上重用于研究系统可靠性的“图谱论”的，项目组也已有多人甚为感兴趣和有一定的掌握。
也许是一些很好的理论技术方法尚待检验，使迄今我国在海底观测网电力系统或通信系统可靠性方面也只有二、三个在读博士研究生为第一作者发表有限的一些以及周教授也发表一篇他自已也说尚待发展完善的研究论文，而本项目组6个博士长期从事“电力系统或通信系统可靠性”的各方面的密切相关工作，本项目组其余人也是长期从事与此相关的教授，而且现在研究海底的“电力通信系统可靠性”几乎仍然依赖陆地上的理论技术方法，期望驻守深海之滨的我校能有所感悟有所突破，如此，我们海洋大学申请这项目得到中国在海底观测网发表研究成果和到美加海网强国访问考察合作最多之一的我国领军权威人才杨灿军教授支持申请。当然，本项目也会根据需要去研究与此密切相关互相促进的问题，如对因各种原因不能在岸基站获得工作状态数值的深海里的各类子系统或部件，若其状态对系统可靠性甚有影响的也要研究评估（主要是通过与它们相关的已知参数去评估状态）这需要发展相应技术方法（我们的目的也不是为评估而评估，而是归纳总结好的状态评估方法技术等）。
3．拟采取的研究方案及可行性分析（包括研究方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明）；
海底观测网系统结构复杂，一般处于海洋深处，维修难度和成本高较，为达到令人满意的网络可用性，需将系统可靠性的分析贯穿于整个海底观测网规划和设计的全过程。可靠性既要考查海底环境设备的耐受性，又要研究系统层的可靠性评价指标和分析方法。目前尚缺少平评估海底观测网性能可靠性的指标以及计算方法。
海底观测网络系统总的研究指导思路为：需要实地考查→项目研究状态的相关国内研究机构调研→理论研究方案研讨确认→理论研究→实验仿真验证→实验测试→实地实验测试→理论总结形成→深化发展研讨。
具体拟采区的方法、技术路线以及工艺流程
（1）总体采取模块划分诸点击破的方法，进行技术搭接，完成整体方案设计。
（2）系统实验模拟环境拟采用部分功能演示系统室外化与实验室结合设计整个系统。
（3）应用现有技术的前提下，充分发挥电子系统设计的EDA仿真功能
（4）努力在技术上革新创新。以系统稳定耐用为基础，以经济实惠、符合应用为标准，力求创新，走软件实现道路，降低成本。
总之，这都是基于本申请人已尽可能研读中国期刊网上与海底观测网有关的所有论文，大概了解从事海底观测网研究和设计的各方面各子系统各节点模块具体需要的软件硬件，特别是需要什么仪器设备，各节点、模块由什么集成怎样集成，所需经费的大概等等。当然更知道国内从事海底观测网的各单位和专家的侧重点在哪？也知道现在我国和国外有哪些主要厂家生产哪些方面的仪器设备，功能如何？当然，这仅是有利于今后有的放矢地去调研，了解哪些是南海海底观测网优先做又有条件做的，以及经费预算，人员配置等。
项目的合作方式：
“他山之石，可以攻玉”。在国内，浙江大学在我国海底观测网的发展中独领风骚尚，而下面见海底观测网唯一的“国家科技创新领军人才”杨灿军教授说“技术问题可以随时联系我们”。这很难得！因为我国目前的问题主要还不是海底科学研究问题，即阻碍我国海底观测网发展步子尚迈不大基于观测网系统规划设计和技术制造集成等的问题。因此，浙江大学有流体与机电系统国家重点实验室做为这方面发展的依托，如此，我国海底观测网很多自主创新的核心技术都是浙江大学开创的。它不仅为我国海底观测网的科技进步做出很大贡献，其在培养人才上贡献也很大，如在中国期刊网看到中国已培养海底观测网的近十个博士，而且似乎全是浙江大学培养的。因博士总要或多或少发表期刊论文啊，而全国才有约百篇论文，如此海底观测网博士是容易找出的，即除了上面樊诚博士外，几乎其它博士都是浙江大学培养的。
下面是浙江大学机械工程学院副院长、流体与机电系统国家重点实验室原副主任杨灿军教授回信说：
“赵老师,您好!
我们仅作技术指导,有技术问题可以随时联系我们。
祝一切顺利!项目申报成功!
杨灿军”。
杨灿军教授自2004年以来多次访问过美国明尼苏达大学、美国华盛顿大学APL实验室、美国WHOI海洋工程研究所、美国康涅狄格大学、美国MBARI海洋工程研究所，参加美国AT11-07航次深海科学考察活动，参与美国MARS观测网实现了成功对接等。杨灿军教授到美国访问、考察、研究的大多是与海底观测网密切相关的工程和技术工作，部分也亲身参与获主导工作。
杨灿军教授2012年入选国家科技部中青年科技创新领军人才，2013年入选国家“万人计划”科技创新领军人才，获得国家科学技术发明二等奖1项(排名第2)、国家教育部高校科学技术奖技术发明一等奖1项(排名第1)等。
因此，在如此胸怀国家的中国领军科学家的大力支持下，我们做为中国南海之滨唯一海洋大学，虽深感责任重大，更应必须充满信心和希望。并将积极引进相关项目需要的国内外优秀博士，加强国内合作，聚集优势研究力量，深化多学科融合，广泛开展国际合作，为国家深海事业发展贡献全部力量。
4．本项目的特色与创新之处；
深海观测网的研究发展不同于陆地，有很多复杂的因素，制约着发展和研究，各方面都需要进一步的技术创新和发展，最大的特色和创新仍是基于至今国外的海底观测网的最大深度近约3千米，而南海的中部底层常处5千米深（《中国工程科学》 2000年07期一文标题是“中国科学院沈阳自动化研究所研制6000m水下有手机器人”。那不仅国外，我国也应具备能力研制出适应5、6千米的水下应用的其它半或非智能设备）。
因此，本项目就可计算并比较各类系统拓扑结构，研究传感设备失效时间的可靠性指标（包括系统可靠度和节点抗毁性）；节点存活率做为的可靠性指标；水下基站平均供电可靠度做为可靠性指标。以为海底观测网的拓扑规划提供依据，可为国家未来建设大型深海海底观测网提供参考。
显然，随着作业区域增大，海底深度更深，将使可靠性等面临更大更多挑战，单是能源供给方面就面临水下降压、能源监控管理、中继器保护、水下湿插拔接驳、错误定位隔离等方面更严峻的问题。虽然，现在留学人才已很多，做为中国唯一深海之滨的海洋大学近年不断引进许多博士，但我国海底观测网的科学成果和技术水平都仍处于起步试验阶级所以，必须先走国际合作研究和自主创新相结合的道路。而要在国际合作研究中提升我国科技实力，需要制定符合国内需求、有利于与国际接轨的战略发展计划。也就是走国内特色为主、国际特色为辅并紧密相结合的道路。
根据海底观测网风险高、投资大，因此可靠性和经济型是建设南海海底观测网的原则。特别是可靠性，樊诚博士等的这论文开头就说“现有文献对于海底观测网的可靠性评估只有定性阐述和分析，定量分析连通可靠性的论述比较少见”。
考虑“连通可靠性”应结合我国的海底地形地貌。因海底观测网路由应尽量避开大于30°的陡峭斜面。而我国渤海、黄海、东海海域大部分属于浅海，水深一般在约百米，而南海属于深海，不少地方超过5千米。因此，相比渤黄东海，陡峭斜面必多，随着布放海域向纵深拓展，很多所需技术会和已建的观测网有非常大的不同，需要进一步研究突破。
关于有别于陆地的特色。基于目前海底观测网的研究集中于论证网络体系结构的发展方向。由于极有限的节点计算与存储能力为海底观测网络技术的研发带来了巨大的挑战，并且通信原理的差异也使许多传统陆地网络的协议和算法无法被应用到海底观测网络，因此如何基于海拔底观测网络特性构建合理的网络架构和系统，开发高效、实用和易扩展的网络，以及研究网络拓扑管理相关技术并应用拓展到海底观测网络研究中是有待解决的重要问题。
在电力系统的可靠性评估中，分析过程一般由3个步骤组成：状态选择、状态估计和计算指标。大电力系统可靠性的指标可用一个统一的公式表达为：E(F)=åxÎXF(x)P(x)，其中x为系统状态，X为系统状态空间，F(x)为x的可靠性指标测试函数，P(x)为x出现的概率。“电力系统可靠性评估的传统方法有2种：解析法和蒙特卡罗模拟法（简称MC方法），但2种方法均存在缺点，解析法计算量随着元件数的增多呈指数增长，当系统规模大到一定程度，采用此法就有一定困难”（《电气技术》2006，no.3，p.6）。蒙特卡罗方法的缺陷主要是降低误差必须显著增加计算时间。《中国电机工程学报》2008，no.4，p.10也说“蒙特卡罗方法和解析法是计算电力系统可靠性的2种基本方法，…。蒙特卡罗方法存在计算效率低、维数高、静态性缺陷。即蒙特卡罗方法采用的抽样方法产生独立随机序列，序列中各元素之间没有关系，而实际电力系统中发动机、输电线路是紧密联系在一起的，使用独立元素的抽洋方法必然会存在一定误差，且难于从高维的概率抽样”。也有少数人配以其它方法如深度搜索法等。可靠性评估需要对每一系统状态进行潮流计算和网络解列分析。而“潮流计算涉及大规模矩阵的多次求逆计算，而负荷削减的优化计算涉及到一个大型非线性优化问题的求解，上述原因使得大电力系统可靠性评估一般属于NP难题，这是目前组合数学范畴内尚无太大进展的研究课题”（《中国电机工程学报》2006，no.5，p.19）。（而这www.qzu5.com/zhongji.htm见我们以前的研究室是“中国第一个组合数学研究室”，上一节申请人的导师柳柏濂教授被教育部批准为全国数学界第3本研究生教学用书就是“组合数学”的，它用很多篇幅讲解大“矩阵的求逆计算”，柳柏濂教授并在这www.qzu5.com/bll.htm说本申请人在16个相关方向保持着世界级特色和创新水平）。而本项目的特色和创新之处，同样基于利用上面周孝信院士翻译的世界最新最先进的可靠性评估方法--其也曾是柳柏濂教授最全面阐译的“图谱论”等，也就是本申请人保持世界特色和创新水平的组合数学和图论的相关理论方法，也尽可能结合相关的蒙特卡罗方法和解析法等或对它们推陈出新提升优化。
上面樊诚博士等的这论文就是利用深度搜索法和蒙特卡罗方法。而解析法是基于马尔科夫模型，先用枚举进行故障状态选择，再对枚举的故障状态加班加点以综合分析来评估系统可靠性水平，按分析方法的不同可分为网络法、状态空间法和故障树分析法。
本项目的创新点还在于本项目研究海底观测网的通信系统连通可靠性和电力系统可靠性。迄今为止，所有主要方法即图论深度搜索法、蒙特卡罗方法和解析法一直被认为均存在缺点。因此，本项目期望优化或综合它们以扬长避短，创造出新的方法。不论如何，本项目更主要的是，按上面周孝信院士说的“国内电力系统可靠性方面的许多专著，跟不上国际上电力系统的近期进展和科技进步成果，特别是在电力系统不确定因素急剧增加，这使我们感到我国急需一本全面的、系统的、能充分反映现代电力系统可靠性技术、理论联系实际的著作”， 如此周孝信院士主译的这专著说“由于图谱论具有识别电网结构特性的可能性，将引入图谱论到电网络可靠性分析中”，即这专著主要的技术方法就是本申请人赵克文20多年前以来一直在多方面处于世界前沿的“图谱论”。而引用图谱论到电力系统可靠性研究，在国内尚是空白。因此，本项目期望填补国内空白、赶上世界前沿。基于本申请人一直在“图谱论”的世界前沿性，如此最可期望用于海底观测网电力系统可靠性上也达到世界水平的创新。当然，再综合深度搜索算法和蒙特卡洛方法优化并扬长避短，其创新点是可期望成为有所瞩目的世界性创新的。
5．年度研究计划及预期研究结果（包括拟组织的重要学术交流活动、国际合作与交流计划等）。
在此大前题指导下，本项目要达到的技术、经济指标为：
2013年，计算、比较和优化各国海底观测网基于通信系统和电力系统可靠性的系统拓扑模型，充分利用周孝信院士主持翻译的上面著作中正在电力系统可靠性发挥越来越重要作用的“图谱论”技术，结合普遍采用的图论深度优先搜索和概率蒙特卡罗方法等，研究传感设备失效时间的可靠性指标（包括系统可靠度和节点抗毁性），节点存活率做为的可靠性指标，水下基站平均供电可靠度做为可靠性指标。对其各可靠性进行系统仿真和试验测试，创立相应于各国的优化方案。争取创立在通信系统和电力系统可靠性的世界先进优化方案，争取在国内外重要期刊发表论文3-8篇，形成相关专利。
2014年，在上一年度各类优化系统拓扑的基础上，基于迄今认为N级供电回路式和网型拓扑系统的可靠性高于简单拓扑系统，结合南海地貌海概特别是深度，研究设计拓扑系统，将它们进行分析比较，确立进一步的基于电力系统和通信系统可靠性的世界创新的优选系统拓扑方案。争取创立在通信系统和电力系统可靠性世界标准方面的特色优化方案，争取在国内外重要期刊发表论文5-8篇，形成相关专利。
2015年度研究网络容错性、扩展性，也研究差错控制和同步机制。研发评估网络的性能的仿真工具和根据经费情况研制或组装适合海底观测网的某些关键功能模块和元件，根据我们南海的地形地貌等各方面有大影响的因素，结合海底观测网的可靠性、经济性等基本原则，提出具体建设我们南海的海底观测网的进一步设想。争取在国内外重要期刊发表论文6-12篇，形成并申请相关专利。以为海底观测网的拓扑规划提供依据，为国家未来建设大型深海海底观测网提供参考。
当然，本项目也会根据充分成熟情况兼研究某些相关的重要问题或根据发展战略的需要，把个别研究方向瞄准重要的战略性问题（如本项目研究内容既以系统可靠性为主，也会根据需要研究与此密切相关互相促进的问题。如对因各种原因不能在岸基站获得工作状态数值的深海里的各类子系统或部件，若其状态对系统可靠性甚有影响的也要研究评估，主要是通过与它们相关的已知参数去评估状态，这需要发展相应技术方法。而我们的目的也不是为评估而评估，而是归纳总结好的状态评估方法技术等）。
（二）研究基础与工作条件
1．研究基础（与本项目相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩）；
本项目SON电力系统可靠性申请的学科领域是“电路与系统”。下面先列出涉及本项目某些主要领域并在电路系统发展的非常关键时期起特别重要作用的在IEEE电路与系统学会最权威会刊-《IEEE电路理论学报》发表的图论的哈密顿圈图（Hamilton circuits）论文（而在网www.qzu5.com/articles.htm见海南省琼州大学早在1993年就已经在图论的一般哈密顿圈图的各方向都是世界上最领先的）：
Wai-kai Chen（Chen是参考文献15的十个IEEE电路系统学会主席合编巨著的主编陈惠开）, Hamilton circuits in directed-tree graphs. IEEE
Trans. Circuit Theory 1967,
14, 231-233（点击MR0263701见论文
Takahiko Kamae, The existence of a Hamilton circuit in a
tree graph. IEEE Trans. Circuit Theory 1967, 14, 279--283. MR0246789
Richard Cummins, Hamilton circuits in tree graphs. IEEE
Trans. Circuit Theory 1966,
13, 82--90. MR0245357
S. S. Yau, Generation of all Hamiltonian circuits, paths, and centers of a graph, and related problems. IEEE
Trans. Circuit Theory 1967,
14, 79--81.MR0270962
H Shank, A note on Hamilton circuits in tree
graphs. IEEE
Trans. Circuit Theory 1968, 15, 86--86.
G Kishi, Y Kajitani, On Hamilton circuits in
tree graphs. IEEE
Trans. Circuit Theory 1968, 15, 42--50.
即，本申请人赵克文20多年前攻读研究生时以图论算法为主要研究方向之一，并其后在图论的圈路图系统可靠性结构的邻域并条件等方面攻克欧美专家们一直无法突破的几个领域的基本问题并在这几个领域一直居世界领先水平。在国内，图论和电路电力通信系统的密切关系，在网上搜索可见“中国电子学会电路与系统分会图论与系统优化专业委员会”已成立有约二十年了。
也如日本著名权威专家梶谷洋司教授的《电路图论》（天津大学出版社，1989年）序言说“电路理论是最有效且最系统地应用图论的领域。实际上，在电路理论中用到的图论知识几乎涉及到图论过半的内容”）
美国C.A.Desoer院士和葛守仁院士的《电路基本理论》（人民教育出版社，1981年）第9章“网络图和特勒根定理”主要讲图论应用，第11章也讲图论基本定理，其它章节也有涉及图论的）
美国伊利诺伊大学电子工程系主任陈惠开教授的《宽带匹配网络的理论与设计》（人民邮电出版社，1982年）就是基于图论，陈惠开教授的另一名著《应用图论：图和电网络》，就是图论应用于电力系统网络的。
关于本项目主题：电力系统的可靠性，周孝信院士主持翻译的《电力系统可靠性新技术》（中国电力出版社，2014年）就说“电力系统的可靠性主要由电网拓扑、元件参数、运行参数等决定”。
而不仅陆地上的电力系统的可靠性由它们决定，在中国知网见所有研究海底观测网的电力系统的可靠性也主要由电网拓扑、元件参数、运行参数等决定。
周孝信院士主持翻译的这《电力系统可靠性新技术》第五章“电网中的关键输电线路和变电站”是这书第1主编领衔撰写的，这章的各节都是研究图谱论应用于电力系统网络可靠性的，正如这章引言所说“当图谱论应用于电力系统网络时，它提供了一个令人感兴趣的可能性。对电力网络图的特征值和特征向量的研究，不仅可以洞察系统的内部结构，还可以识别结构模式和脆弱点。所以，图形特征值分析可用来设计系统遭受到多重故障、连锁故障和灾难性事故时的安前策略”，这章引言首节也说“大量针对电力系统的脆弱性分析和灾难性事件下安全性分析，目前已有大量技术，这些方法包括通过运用决策分析技术和图论代数方法进行的控制孤岛或计划孤岛方法。为了找到关键节点、关键输电线路和系统脆弱性指数，已有更加复杂的技术如代数网络理论…”。“图谱论具有识别电网电网结构特性的可能性，这一点可以方便地应用到电网络可靠性分析中”。这章最后说“图谱论是一个对可靠性、安全性、能观性和状态估计等方面的研究都很有前的领域”。
关于图谱论，这网www.qzu5.com/sg.htm见本申请人赵克文和“电路与系统”世界顶级大师（1998年当选IEEE电路与系统学会常务主席、2002年当选欧洲科学院院士、2004年-2005年担任IEEE
Transactions on Circuits and Systems I主编等等）的美国Thulasiraman教授合作多篇由他亲自修改的图谱论论文。其实本申请人的研究生导师柳柏濂教授被教育部批准为整个全国数学界第3本研究生教学用书就主要讲“图谱论”，也是国内第一个最系统讲图谱论的（第1、2本研究生用书分别是北京大学和清华大学的，前者是和数学诺贝尔奖得主陈省身合作的微分几何、后者是华罗庚的研究生写的数论）。在这网还见安徽省优秀教师余桂东院长的博士学位论文是专门研究“图谱论”的，它只引用2篇综述文章其中1篇是国内的杂志综述论文，也仅引用一篇国内杂志论文，是本申请人和第二主持人陈德钦教授合作的。一直以来，本申请人也已多次评审国外权威杂志的图谱论方面的论文，等等。
其次，在已发表的海底观测网系统可靠性论文也用到申请人20多年前读研究生时的专业-图论的其它方法，如图论的深度搜索算法等。
申请人赵克文在世界最权威的数学学会-美国数学会主办的5个杂志之一的 Proc. American Mathematical Society等以第一作者已发表一百多篇与图谱论、圈路拓扑系统可靠性的充分条件以及图论深度搜索算法等居世界领先的重要论文，得到曾排名美国第9名的大学的全校学术委员会主席评价为研究工作居世界领先，还得到剑桥大学的英国皇家学会院士等高度评价（在其它学科超过百多篇论文的比比皆是，但本学科领域是已有一千多年的历史上世界最悠久悬而未决的难题如在网www.qzu5.com/bq.htm见北大清华博士导师及2届奥数国际满分的论文都很少）。
此外，已发表的海底观测网系统可靠性论文几乎都用到属于概率统计的蒙特卡罗方法（正如1985年毕业于北京大学数学系、并获得国际统计学界最高荣誉的有“统计学诺贝尔奖”之称“考普斯总统奖”得美国哈佛大学终身教授的刘军的《科学计算中的蒙特卡罗策略》1.2节说“蒙特卡罗方法的基本步骤是从概率分布函数p(x)中产生随机/伪随机样本，其中概率分布函数的形式除一个归一化常数外全是已知…”。在刘军的网www.people.fas.harvard.edu/~junliu见它至今只有一本书，并得到欧美多数主流大学的采用。更多参见下面项目组成员陈杰教授的简历），而本申请人和课题组成员都学过概率统计、我们也已有不同程度掌握蒙特卡罗方法的其它许多作用，即除了从已发表的许多陆地和海底电网系统可靠性中应用论文掌握外，如下面2本前几年出版的在系统可靠性应用的著作对本项目就有很多密切的可借鉴的研究和应用：
中国失效分析学科的开拓者之一北京航天航空大学学术委员会主任钟群鹏院士在《蒙特卡罗方法在系统可靠性中应用》一书的“序”言中说“由于系统的每个单元寿命是随机变量，当系统结构复杂及包含单元数目较多时，系统可靠性和可用性指标很难用确定性数学模型表示，只能采用，进行系统可靠性和可用性分析”
欧洲安全与可靠性协会主席Enrico Zio的《可靠性与风险分析的蒙特卡罗方法》第四章说“系统可靠性分析旨在利用一套形式化方法找出系统工作与失效的不确定边界，进而量化系统失效的概率”“可以通过将过程演化模型与人的操作行为嵌入蒙特卡罗模型过程来再现系统在失效与成功状态间的随机转移”（ 2012清华大学质量与可靠性研究院年会由由美国工程院院士、香港城市大学校长郭位教授担任组委会主席，前两位做主题演讲的是中国科协副主席张勤教授和Enrico Zio教授）
前面已知，我国的海底观测网系统可靠性论文全部都是基于图论模型去研究它们的，更主要是基于系统网络圈路连通可靠性。而本申请人在网络圈图连通可靠性、哈密顿路连通可靠性、泛连通可靠性等已发表论文一百篇，是这些网络圈路系统连通可靠性领域发表第一作者论文世界最多的专家之一（这些领域之艰难见www.qzu5.com/bq.htm顶级专家论文也不多）。
项目组每个主要成员也各自在自已的学科做出了许多与海底观测网系统可靠性某些方面很密切的重要工作，这融合各人各学科优势更是最可保障本项目能做出很多可主导这领域的有世界影响的许多创新性技术方法等。
如项目成员（1）、俞峰教授博士毕业才约十年就已在相关的“图像分割”、“油液光谱分析的发动机磨损状态监测”、“高压断路器状态”、“多传感器工况识别”等非常有助于更深刻认识海底观测网及系统可靠性的富有创新性50篇第一作者论文；
项目成员（2）、曾福庚教授也在涉及海底观测网的“水下海底传感器网络”“电力通信、信息安全”等领域发表许多富有创见的论文并非常努力地多次前往大陆等继续和他的博士生导师等专家合作；
项目成员（3）、杨其强教授也是刚博士毕业不久，就在海底观测网的研究主要对象“地球物理学”发表多篇世界先进水平的工作，即在国外发表多篇SCI论文，也在国内的《地球物理学报》、《地球物理学进展》、《石油地球物理勘探》发表需多对海底观测网友促进做用的重要论文，如他以第一作者在《地球物理学进展》2008年02期发表的“最小二乘傅立叶有限差分偏移”一文中说“最小二乘法能减少偏移赝像,得到更精确的偏移效果…”。而以最小二乘法为主导再结合小波分析等对海底观测网通信系统和电力系统状态的评估，正是国际上趋向的主流方法；
项目成员（4）、陈杰教授去年才刚博士毕业但已在多个国内顶级杂志发表本项目海底观测网系统可靠性的常用的蒙特卡罗方法相关的马尔科夫链领域发表多篇高质量的论文，上面哈佛刘军的专著就说‘最近，似乎打开一扇通向…马尔科夫链蒙特卡罗算法的大门”“运行马尔科夫链蒙特卡罗抽样器时，我们常常被其出色的表现所吸引，这种令人惊奇的出色表现…”，这是尚待国际上更多发展的高级蒙特卡罗模拟技术，我们期待它打开海底观测网的一扇大们、发挥令人惊奇的魔力。系统可靠性的许多很受重视的教材都在许多内容上结合马尔科夫过程去拓展如西北工业大学副校长宋保维主编的《系统可靠性设计与分析》。等等。
项目成员（5）、郭新辰，他是海南热带海洋学院刚从中国两所“电力大学”之一的东北电力大学全职引进“电力系统可靠性”专家，博士、教授、研究生导师。看他的“参与者简历”见他2002年在哈尔滨工业大学时就已以第一作者发表“电力系统可靠性”论文，也见他2008年的博士学位论文中列举他度博其间发表了惊人的10篇英文论文、博士毕业后在中文杂志发表的中文论文就有十几篇，并参与国际合作项目“电网故障诊断智能化方法研究与应用。2008年9月至2010年12月，编号：20080708.”。正是本海底观测网电力系统可靠性最需要的专家。
项目组其他成员也各在与项目相关的方向做出富有创新特色的优秀成果，限于篇幅，可参看他们个人的“参与者简历”。这里只再说一个项目组编外主要成员（6）王鸿绪教授，看“中国知网”见他的被发表在《计算机工程与应用》的论文有几十篇如①“Vague集的综合决策规则在方案优选中的应用”、②“Vague故障诊断方法在振动故障诊断中的应用”、③“完整的Vague模式识别方法的战场目标识别”、④“应用Vague优化决策方法对新品种综合评估 ”⑤“Vague集方案优选算法在传动方案优选中的应”都是发表在《计算机工程与应用》的。要知王鸿绪教授2003年左右到本申请人赵克文的住房几次，他打算合作本申请人的研究领域，但因本申请人当时已过了热忱期且让他知本领域很难（www.qzu5.com/bq.htm）而使他坚持他自已的很不错的领域，其后靠他的努力才有《计算机工程与应用》的这几十篇以及其它论文。王鸿绪教授一直研究模糊综合评判、模糊推理、模糊控制等（如他主编的一本专著是本申请人写第九章“模糊逻辑和模糊推理”），海底观测网同样时刻受到很多因素的制约影响。因此，以模糊动态的观点研究才接近真实状态，而要较准确研究电力系统通信系统可靠性，更需要对模糊理论技术方法有精湛全面的掌握，因此，可知本校象王鸿绪教授一样从各相关方面参与本项目的富有专长的专家还有很多，但申请书规定最多只能填写十人，就只能忍痛先填尚不退休的，但象王鸿绪教授等对本项目的作用也会很多很大。
特别是，正如上面“1．项目的立项依据的第二节”最后段说我校做为中国唯一深海之滨的海洋大学，是中国唯一拥有“天时”“地利”“人和”的大学，并只有象我校所有专家都少有其它国家部属项目负担，才更易于对这长期性的大战役工程以全副身心饱满精力组成“百团大战”。我们也已得到很多国内外与项目相关的权威专家正在参与合作或表达支持的良好意愿，特别是现在留学欧美海洋强国的博士生已越来越多，只要国家重视中国唯一深海之滨的海洋大学，我们就能不断聘到很多优秀博士合作攻关，更激发他们立志为建设海洋强国、为了国家和人民的使命扎根于深海之滨。唯其如此，深海之滨的我校才能和遥远的国内重要机构并携手互补互助推进建设海洋强国的许多目标，才能不被欧美海洋强国抛弃太远，甚至或有所赶超。
2．工作条件（包括已具备的实验条件，尚缺少的实验条件和拟解决的途径，包括利用国家实验室、国家重点实验室和部门重点实验室等研究基地的计划与落实情况）；
最特别的工作条件，也许是如上面“1．项目的立项依据”的“二”节所述“世界各国已建或正在建设的海底观测网，除了小型或某些较专用的网外，都是由离它们较近的大学管理…”。
做为中国唯一深海之滨的海洋大学，没有国家实验室。但申请人主持的数学与信息科学研究所是海南热带海洋学院的两个最悠久的研究机构，一直在多个圈路网系统拓扑结构领域居世界领先，如有几个艰难领域在欧美一些权威专家不能突破后由美国几个权威大师在国际会议和SCI杂志上明确提出，其后欧美许多大学都加入试图突破，但一直没有取得有意义的进展（如我国的一些权威专家也试图突破，但无奈只得在全国大会和南京大学学报等再提出来），而本申请人在这几个领域都是世界上第一个突破的，并且是世界上第一个把这些问题都做到最好的。
海底观测网系统可靠性项目是数学方法应用于应用科学多个交叉领域的，如此赵克文是美国Wiley出版社的1979年创刊的《Mathematical Methods in the
Applied Sciences》杂志顾问编委，曾经它的影响因子高达1.9，这在综合应用数学中是最高的了。“1979年，约翰威立夫妇就作为美国出版界的代表随访问团来到中国，并留下了深刻的印象”，“Wiley是面向专业领域和学术团体的全球最大出版商”Wiley出版社是美国创办的和Elsevier（荷兰）、Springer（德国）、Taylor & Francis（英国）并称为世界四大学术期刊出版社。赵克文还在这世界四大出版社担任MSJ、MMOR、JDMC、JRTE、CAEE、AIJEC、JMIS和KIJMS杂志编委，此外，赵克文还是其它出版社的许多与这项目相关的杂志编委。因此，就是不能超越别人，但只要把工作做得美-特别是做出好的特色（谁只要比别人多努力些都能做到其中某些方面自已偏爱的要求），就可在这些SCI杂志上更快发表，抢得先机和优先权以尽块产生影响（其中出版MMAS的Wiley，搜索互联网可见“Wiley是面向专业领域和学术团体的全球最大出版商”，“Wiley出版高质量的学术期刊”。它现在出版“数学”方面的杂志共69个，这69个数学杂志中第一个是Acta Crystallographica
Section A-即晶体学报A卷，可见象上面MMAS一类涵盖更广的应用科学杂志就更少，正如说它是世界最高质量最严格的出版社之一，象Elsevier、Springer常被一些诺贝尔奖得主遣责）。
但对本海底观测网项目，做为海南唯一的海洋大学，尚缺少试验和模拟仿真的条件。好在国家“万人计划”科技创新领军人才、国家科技部中青年科技创新领军人才、浙江大学机械工程学院副院长、流体与机电系统国家重点实验室副主任杨灿军教授回信说：
“赵老师,您好!
我们仅作技术指导,有技术问题可以随时联系我们。
祝一切顺利!项目申报成功!
杨灿军”。
杨教授自2004年以来至今多次访问过美国明尼苏达大学、美国华盛顿大学APL实验室、美国WHOI海洋工程研究所、美国康涅狄格大学、美国MBARI海洋工程研究所，参加美国AT11-07航次深海科学考察活动，参与美国MARS网实现了成功对接等。因此，在如此世界级权威的支持下，做为在中国唯一深海之滨的唯一海洋大学，我们不应悲观和等待，应担负起一定职责，积极引进国内外相关的年轻博士和专家。同时，拟解决的途径还主要是在某些方面借助于某些国家重点实验室等的条件。
正如海洋观测的权威-中国海洋学会海洋观测技术分会理事长、国家海洋技术中心主任罗续业研究员在“论海洋观测技术装备在我国海洋强国建设中的战略地位”（《 海洋开发与管理》2014年03期）一文的摘要和正文第一段说“海洋观测技术科学是海洋科学的一门基础交叉学科。海洋观测技术装备包括海洋观测平台装备及传感器设备,是我国海洋经济发展、海洋环境保护、海洋权益维护、海洋灾害预警、海洋科技创新等各项工作的必要支撑手段,在海洋强国建设进程中具有重要的战略地位”。而从上面也看到海洋观测技术特别是海底观测网确实是本项目组各成员各有涉及的很需要融合的一门基础交叉学科。因此，实验条件虽尚有所缺，但拟解决的途径除有国家领军权威大师和期望国家实验室支持外，将积极引进项目相关领域需要的国内外优秀博士和专家，并尽早选派更多成员和编外成员到国内外建设海底观测网或某些方面居国际领先的机构访问合作学习，聚集优势研究力量，深化多学科融合，广泛开展国际合作，为国家深海事业发展贡献我们的力量。
关于尚缺少的实验条件，本项目主要从事海底观测网系统可靠性的研究实验，因许多设备仪器象接驳盒等的价格极其昂贵，
本项目各参加单位工作分工及经费投入、支出情况
如目前中国做得最好的中天科技海缆有限公司的总经理薛建凌博士来信告诉本申请人说“接驳盒的价格一般在500--2500万左右”，下面价格只是基于试验测试为主的需要而购买元件和功能模块等组装为主的最低可能价格）。
在“通信系统可靠性”课题，需要光接收设备（20万）、光发射设备（20万）、信息转换设备（20万）、掺铒光纤放大器EDFA（20万）、和分支器（30万）、光海缆（30万，只要小量）、观测设备插座模块（30万）、传感器设备等，
在“电力系统可靠性”课题，需要CC/CV变换设备（30万）、电能分支单元PBU（30万）、恒流分支变换设备CCBTE（30万）、简单些的水下基站（30万）、分支器（30万）、电海缆（30万）等
如中国做得最好的中天科技来信告诉我的部分设备价格情况是：高压直流电源（每个60万元），分组传送网PTN(每个50万元) ，光电海缆（30万，每千米），分支器（每个80万），主接驳盒（每个1000万），次接驳盒（每个500万）。上面中天科技海缆有限公司总经理薛建凌博士说“接驳盒的价格一般在500--2500万左右”，是因接驳盒也有不同，就是功能也有些安装多些有些少。
中天科技承担了许多国家863计划等国家重点课题，如“深海光电复合缆与湿插拔接口技术研发”是该公司主持的“十二五” 国家863计划课题。
3．正在承担的与本项目相关的科研项目情况（申请人和项目组主要参与者正在承担的与本项目相关的科研项目情况，包括国家自然科学基金的项目和国家其他科技计划项目，要注明项目的名称和编号、经费来源、起止年月、与本项目的关系及负责的内容等）；
申请人和项目组主要参与者不正在承担的与本项目相关的国家自然科学基金的项目和国家其他科技计划项目。
4．完成国家自然科学基金项目情况（对申请人负责的前一个已结题科学基金项目。
未主持过国家自然科学基金。理论上和国际竟争的研究一般是重点大学的任务，做为地方大学，只有就地取材，发挥别人缺少的优势，才能够和国际重要院所等科研机构有所竟争。而且，我们大学去年2016年9月才被批准建设为中国唯一深海之滨的唯一海洋大学，这也才能够有条件有职责去分担部分这极具紧迫感的为党的“十八大”明确提出建设海洋强国目标的海底观测网的重大责任。
（三）其他需要说明的问题
1. 申请人同年申请不同类型的国家自然科学基金项目情况（列明同年申请的其他项目的项目类型、项目名称信息，并说明与本项目之间的区别与联系）。
申请人同年不申请不同类型的国家自然科学基金项目。
2. 具有高级专业技术职务（职称）的申请人或者主要参与者是否存在同年申请或者参与申请国家自然科学基金项目的单位不一致的情况。
申请人或者主要参与者都不存在同年申请或者参与申请国家自然科学基金项目的单位不一致的情况。
3. 其他。
迄今为止，世界各海洋强国的“海底观测网”都尚没有取得很好的进展，使得海网的发展可说仍处于初级阶段，如迄今为止全世界最先进的NEPTUNE海底观测网才仅做到5节点。主要的问题之一是“海底观测网电力通信系统可靠性”仍没有取得好得成果，而为海网长久性战略必须扶持在这方面打下很多基础，而当然要具有充分的基础才是扶持的前提。诚然，海南与国内外条件先进地方的差距是很大，尚需要多方面努力的工作，特别关键的一点是本项目需要很多密切相关学科的交叉融合，而正如这网www.qzu5.com/pf.htm所说，本申请人赵克文在文革后的1976年在中学起就积极参加竟赛，且在其后参加的所有竟赛中，除了一次屈居全校学生会主席之下得第二名而感到第一名应是本人而少自我坏疑之外，数学总是得第一名。青少年时期缺少第二名的打击、助长年少无知的本申请人懵懵懂懂地缺少对课外科学读物和自我的更多深入坏疑，更别说坏疑社会上的贪霸抢、蒙骗忽悠投机巧取豪夺，如三亚市琼州大学的数学与信息科学研究所20多年前在许多历史悠久又非常艰难的世界重大领域超越欧美强国的权威大师们起就一直是琼南唯一居于世界前沿的琼南唯一科学中央，特别是我们以前几十年没有校内校外一分钱任何经费，却…。要知1985年听了导师关于美国第一数学家和世界计算机鼻祖等对《图论着色》超乎寻常的追求和研究的报告后，为此付出的心血之久之多、代价之大是难于轻松地用形容词来描述的，不久也因各种机缘相继进入研究（1）世界最悠久有非常重要应用的《哈密顿图》、（2）首要重大科技基础关键的《图谱论》和《组合矩阵论》、（3）历史上海南最伟大的准省长的《极值集合论》、（5）中国培养院士最多的大师的《化学分子轨道理论》、（6）很多计算机运筹学管理科学等诺贝尔奖得主做的《生成树》等并都曾居世界领先…见
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如从上面“1．研究基础”可知哈密顿圈图在电路电力系统工程的关键基础性，而海南荒芜的1991年左右琼州大学已经被邀请去清华大学复旦大学等攻关与国民经济总产值增长部分的65%有关的集成电路，如此在下页本申请人的“一、期刊论文”的第（1）和第（2）篇哈密顿圈图论文就发表在中国工程院唯一院刊《中国工程科学》。它也是中国工程界最权威的期刊，迄今为止我们海南省一共仅有3篇论文发表在《中国工程科学》，另一篇是海南省迄今入选中国科学院中国工程院的唯一院士、排名海南省人大常委会第1的副主任黄宗道教授的论文（见www.qzu5.com/hk.htm第5段，黄院士一生的18篇论文中只有这篇2001年的是权威杂志的，可见以前开拓海南是多么不容易）…