近年來全球海洋界及海軍均極力發展分散式聯網水下感測器 (Distributed Networked Underwater Sensors, DNUS) 系統，以建構水下環境監測網。DNUS利用許多體積小、價格低的水下聲波感測器，藉由它們在空間上的佈放與聯網，達成對環境監測及目標物偵測的目的，例如，近岸與港區之水下監防部署。這些水下聲波感測器所收集的資料亦可用來進行估算海洋的動力因子（包括渦流、海流、內波等），並可作為相關現象的預測與監測，包括天氣、颱風、地震、污染、探油等。傳統上，這些工作需藉由海上平台的建置，並經由中央連結系統的控制，因此，不僅經費龐大而且工程浩大，以致僅有少數的團隊或國家可以負擔得起。未來由於水下聲波感測器製造技術的純熟，必然促成感測器價格低廉，DNUS將可成為很普遍的海洋建置。終有一日，水下網際網絡 (“Oceanet”) 即可比擬現今陸地上的網際網路 (“Internet”)，而成為海洋新寵，因此，各國莫不積極發展DNUS相關的觀念與技術。
海研所黃千芬副教授與其研究團隊成功發展了一套利用分散式聯網水下感測器系統，進行二維海流繪測的方法。藉由這些水下聲波感測器在空間上的佈放，收集聲學資料（聲波走時差）來估算海洋動力因子，以達成對海洋環境監測之目的。聲波走時差測流的原理為在流動水體中，聲波的傳播時間於順、逆流向的差異與流速大小成正比關係。藉由精確地量測聲波穿越水體兩固定點去回的走時差，並結合多個聲波收發器錨定在待測水體的外圍所達成的密集聲線分佈，即可估算水體內部海域之流速場，此謂「海洋聲層析法 (Ocean Acoustic Tomography, OAT)」【見圖1 (a)】。由於水下感測器所需的電能供給大多以電池為主，在考慮耗能為優先的前提，往往水下感測節點僅與週遭節點聯訊。因此，相較於傳統海洋聲層析的架構，DNUS系統所使用之聲線為短距離傳訊聲線【見圖1 (b)】。本研究利用水下感測器於聯網時所發射之通訊信號進行淺海環境海流二維分布測繪。所提出的海流測繪系統較傳統海洋聲層析系統之優點有：1. 感測器間的距離較短，聲源所需發射功率較低，使用壽命延長；2. 使用高頻聲波，感應器尺寸較傳統海洋聲層析系統來的小，儀器容易佈放。此方法已於高雄西子灣進行實海域驗證。實驗過程當中亦進行CTD測量，並藉由附近的氣象浮標獲取相關的海象資料。圖2為利用各個水下感測器（節點）之間聲線傳播資料，所估算出來的流場分佈圖。結果顯示，沿測站對所估算流速大小與單點氣象浮標的流速資料相比，大致而言有良好的一致性。惟部分觀測時間（特別是在流場改變方向或流速較低時）兩者結果有所差異，其可能原因之一為改變流向時，流場變化較複雜，單點氣象浮標流速值較不具代表性。
本團隊目前正延續水下分散式感測網路系統的成果所奠定下的基礎，結合自主式水下載具（Autonomous Underwater Vehicle, AUV；移動式節點），以增加探測區域的聲線密度，獲得高解析度且綜觀尺度的海洋內部影像。 |
