作者：Sophia
隨著物聯網技術的不斷滲透，全球數十億乃至數百億的裝置正在被聯網，實現前所未有的資料採集、傳輸與智慧控制。未來，當衛星物聯網能讓整個地球表面完成無縫連線，IoT 技術還有哪些方向可以“卷”？物聯網通訊技術初創公司 CSignum 給出的答案是——水下、冰川、土壤、岩石和混凝土之間。
前不久，CSignum 宣佈完成 600 萬英鎊（約合5700 萬人民幣）的 A 輪融資。該公司宣稱已開發出一項創新的無線通訊技術，能夠透過專利的電磁場訊號（EMFS），在水、冰、土壤等介質中傳輸資料，實現與地面網路的連線。本輪融資由 Archangels、Par Equity 和 Scottish Enterprise 聯合領投，所得資金將用於加速其 EM-2 產品組合的市場拓展，並推進水下無線通訊網路的開發。
據介紹，CSignum 當前的客戶遍佈英國、歐盟和美國市場，其技術可廣泛應用於水質與環境監測、船底無線監測，以及海上風電場和油氣平臺等關鍵水下基礎設施的安全防護等場景。此外，CSignum 還透過其“CSignum 雲”平臺，向客戶提供資料儀表盤和分析服務。
Archangels 投資經理 Dan McKiddie 表示：“CSignum 開發出了一項真正獨特的技術突破，這可能會改變那些依賴水下作業可靠資料的行業格局。我們期待著支援管理團隊擴大業務規模，並顛覆全球水下通訊市場。”
預計水下通訊市場規模將從 2024 年的 51 億美元翻一番，到 2032 年增至 102 億美元。以此為背景，本文將介紹 CSignum 專利技術的創新之處，以及其在拓展更多物聯網場景方面的可能。
電磁場訊號通訊：填補連線性空白的關鍵技術
無論是近海油氣平臺、深海勘探、海洋養殖，還是環境監測，可靠無縫的水下通訊對於保障操作的成功、安全與效率至關重要。同樣，發展地下通訊能力也極為關鍵，例如在雨水排水系統中部署感測器，實現聯動監控，這也是水下與地下物聯網融合產生價值的關鍵場景。
然而，水下和地下環境存在獨特挑戰，會妨礙傳統通訊方式的正常執行。
文獻資料顯示，電磁波在海水中的傳輸衰減較大，表現出明顯的頻率相關性，常見的 2.4 GHz 無線藍牙模組在水下僅能傳播數十釐米。此外，水下環境具有獨特的物理特徵，鹽濃度、壓力、溫度、風浪等因素導致海水中的電磁波衰減較為嚴重（且衰減程度隨著電磁波頻率的增加而急劇增加），因而電磁波在水下的傳播距離受限。儘管超低頻電磁波（30~300 Hz）可在海水中傳輸超過100m，但需要大規模的發射天線基站、大尺寸的接收天線，對於體積較小的水下平臺而言並無實用價值。
除了介質本身帶來的阻礙外，還存在定位問題。例如，在河流或水道旁部署調變解調器等裝置時，其體積和訪問受限可能導致需要從地方政府或居民處獲得複雜許可。同時，本地活動可能損壞敏感裝置、擾動感測器，造成高頻率維護。
正因如此，CSignum 團隊開創了真正的多域通訊方案，將海洋、大氣與陸地連線起來，採用其專利的低頻電磁場訊號（EMFS）系統，其宣稱該項創新的技術目前是為數不多的、能夠自主可靠地跨越水—氣邊界進行資料傳輸的方案之一。
低頻電磁通訊使得 CSignum EM-2 可突破聲學、光學和有線水下通訊的限制，實現資料可靠地穿越水-氣介面，從水面以下傳輸至岸邊或河岸，甚至可穿透冰層或從地下位置即時傳輸至地面。
EM-2 是目前唯一使用電磁場傳輸資料的技術，可安裝於離岸結構（如石油和天然氣平臺或海上風電機組）的水線以上位置，並透過衛星通訊系統（如 Iridium）實現遠端網際網路接入，同時與安裝在水下結構上的另一臺 EM-2 裝置建立通訊。即使是在飛濺區和淺水環境這類海底通訊最惡劣的條件下，它也能與水下感測系統配對，將使用者的資料從水下無線傳輸到頂部基站。
EM-2 具備如下特點：
·效能不受水中生物汙垢、渾濁度或環境噪音的影響·輕鬆安裝並與各種感測器組整合·對水生生物無不良影響·雙向點對點通訊現已推出；多點連線和中繼功能即將推出
利用電磁場傳輸資料，其傳輸距離可達 170 米（558 英尺），使用外部天線可擴充套件至 230 米（755 英尺），使用聲學閘道器選件則可達 2 公里（1.25 英里），從而能夠在各種鹹水和淡水場景中成功部署和執行水下監測裝置。
同樣，CSignum 基於電磁場的通訊方法也可用於地下通訊，能夠有效穿透各種地層，包括水、冰層或地下結構（例如水下隧道或雨水渠），實現資料傳輸。
水下物聯網通訊能力增強：深刻影響多個領域
隨著電磁場訊號（EMFS）等創新技術的突破，水下物聯網通訊能力獲得了前所未有的提升，這一進展將深刻改變多個關鍵行業的運作模式——
-
水質監測
隨著環境保護意識的增強，水質監測在水資源管理和汙染防治中變得尤為重要。即時、精準的水質資料不僅有助於掌握水體生態變化趨勢，還能為政府部門和企業提供科學決策依據，從而實現對飲用水源地、河流湖泊、水庫和地下水等水體的有效保護與可持續利用。
傳統的水質監測多依賴人工取樣與實驗室分析，存在響應滯後、監測覆蓋面有限、成本高等問題。而基於物聯網技術的智慧水質監測系統，透過部署多引數感測器節點，結合無線通訊和雲平臺，可實現對 pH 值、溶解氧、電導率、濁度、重金屬離子等關鍵指標的全天候、自動化監測。特別是在水體環境複雜、易受汙染擴散影響的區域，如工業排放口、養殖區域、水源保護區等，配備水下通訊能力的感測器系統，能夠有效實現對汙染源的快速定位、對突發事件的即時預警與響應，極大提升水環境管理的主動性和精細化水平。
2024 年 12 月 3 日，CSignum 推出了其創新產品 EM-2Q，這是一款專用無線水質監測解決方案，旨在幫助企業滿足《英國環境法案 2021》（UK Environment Act 2021）等監管要求。在監管要求日益嚴格的背景下，EA21 明確要求高頻次地上傳水質資料。
EM-2Q 是一款緊湊型可回收系統，配備 CSignum 的專利無線技術，可滿足環境監測要求並確保參與工業水質管理的任何組織遵守法規。該解決方案包括一個完全浸沒式的監測站，監測站將水質感測器資料傳輸到固定或行動式閘道器裝置，該閘道器裝置可以隱藏在視線之外，或部署在觸及不到的地方，從而避免因盜竊造成的損失以及因故意破壞或篡改造成的損壞。
EM-2Q 專利設計的關鍵優勢包括：
①無線通訊優勢：EM-2Q 完全浸沒於水下，無需任何資料回收電纜，無線通訊消除了對岸邊或河堤固定基礎設施的依賴，大幅降低裝置被破壞、盜竊或篡改的風險。②穩定的水下資料傳輸：藉助 CSignum 的電磁場訊號傳輸技術（EMFS），EM-2Q 可穩定地將資料從水下傳送至水面裝置，有效克服傳統有線或浮標資料傳輸方式常遇到的挑戰。③免潛水員回收技術：CSignum 獨創的氣囊回收技術允許裝置透過遠端指令釋放內建氣囊，自行浮出水面，無需潛水作業，大幅節省人力和成本，並提高執行安全性。④多引數水質監測能力：EM-2Q 可相容多種多引數水質感測器，全面採集對環境合規與生態健康至關重要的資料指標，如 pH 值、溶解氧、濁度、電導率、營養鹽、重金屬離子等。
-
船舶監測
船舶螺旋槳軸（推進軸）狀態監測是實現智慧航運與船舶裝置健康管理（Condition-Based Maintenance, CBM）的關鍵環節，但該領域長期面臨一系列技術與應用挑戰。
具體而言，螺旋槳軸位於水下和軸艙之間的密閉空間中，需承受長時間旋轉、高載荷、海水腐蝕、高溼度、高振動等多重因素。這使得感測器佈設和維護困難，尤其是在推進軸旋轉部分實現資料採集與傳輸具有很高的工程難度。而關鍵狀態引數如軸系扭矩、振動、溫度、潤滑狀態、軸承磨損等傳統上依賴人工檢修或定期停靠檢測，難以實現即時資料採集與連續性分析。同時，船舶推進軸處於旋轉結構中，有線方式無法即時採集和回傳資料；而無線通訊受金屬遮蔽、船體結構干擾影響較大，可靠通訊成為一大技術瓶頸。
2024 年 11 月，CSignum 與 Thordon Bearings 合作推出一款新型無線螺旋槳軸承磨損測量系統。這標誌著螺旋槳軸狀態監測領域的重大進步，為商業和海軍航運收集重要資料提供了一種高效且更具成本效益的方法。該系統採用了 CSignum 的專利電磁場訊號（EMFS）技術，可將水下感測器的資料無線傳輸至水線上方的監控裝置，賦能 Thordon 的無線軸承狀態監測系統（BCM-W）。
藉助 Thordon BCM-W，船舶運營商能夠輕鬆記錄軸承磨損速率和間隙趨勢，一旦出現表明軸系錯位的異常變化，系統可以快速識別預警。
雖然 BCM-W 系統是為海水潤滑軸承間隙監測而設計，但該技術平臺也可與其他感測器整合，為船體水線以下區域提供更全面的感知能力。例如，它還可擴充套件用於監測溫度、應變、鹽度等多種引數，為船舶健康管理提供更立體的資料支撐。
參考資料：
What Is The CSignum EM-2?,CSignumCSignum Unveils EM-2Q: A Breakthrough in Wireless Water Quality Monitoring,CSignumElectromagnetic wireless is a key to extending the internet of things (IoT) below the surface,CSignumCSignum Launches EM-2 Wireless Underwater Communications,CSignum水下無線通訊裝備發展研究,中國工程科學怎樣實現水下遠距離無線通訊？這一技術給出方案,中國軍網
AIoT創新解決方案大賞百萬流量曝光+百家精準客戶對接誠邀您定義行業未來👇報名參與👇