海洋水下立體觀測(cè)技術(shù)裝備發(fā)展研究-

海洋水下立體觀測(cè)技術(shù)裝備進(jìn)展?fàn)庌q20世紀(jì)遙感技術(shù)的消滅使得從空間21世紀(jì)，從水下和海底觀全面的數(shù)據(jù)，是將來(lái)生疏、開(kāi)發(fā)、利用海洋的重要方向。本文分析了進(jìn)展海洋水下立體觀測(cè)技術(shù)裝備的需求和必要一、前言從船上或者岸上；20世紀(jì)遙感技術(shù)的消滅使得從空間獵取海洋21同使用移動(dòng)和固定的觀測(cè)平臺(tái)。學(xué)進(jìn)步的重要支撐。2060年月起，國(guó)際上很多海洋科學(xué)考察、海洋資源活1997年提出了從提出領(lǐng)域進(jìn)展建議。二、海洋水下立體觀測(cè)技術(shù)裝備的需求分析（一）促進(jìn)海洋科學(xué)進(jìn)展轉(zhuǎn)變?nèi)祟惿韬Ｑ蟮耐緩?，開(kāi)創(chuàng)海洋科學(xué)的新階段。綜合性、實(shí)時(shí)性的高精度觀測(cè)條件；通過(guò)觀測(cè)，更好理解人類活–海水–大氣之間關(guān)聯(lián)、海底及沉積動(dòng)力學(xué)等海洋科學(xué)問(wèn)題。（二）防控海洋災(zāi)難海洋觀測(cè)是海洋災(zāi)難有效猜測(cè)預(yù)警的信息來(lái)源，世界上有約80%的火ft噴發(fā)、地震發(fā)生在海底，且主要沿著地殼的邊界。水下立體觀測(cè)技術(shù)裝備對(duì)海底地震進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)級(jí)、定位，通過(guò)數(shù)據(jù)的處理、建模、分析，精確?????預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)、海嘯等自然災(zāi)難；監(jiān)測(cè)風(fēng)暴、藻類勃發(fā)、海底噴發(fā)、滑坡等各種突發(fā)大事，降低災(zāi)難帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，為沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)展供應(yīng)防災(zāi)減災(zāi)保障。（三）保障海上國(guó)防安全18000km8存在領(lǐng)土/領(lǐng)海糾紛。一些國(guó)家在第一島鏈設(shè)置了海底聲學(xué)監(jiān)聽(tīng)“單向透亮?????”狀態(tài)，自主建設(shè)水下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)展水下監(jiān)測(cè)裝備是我國(guó)海上國(guó)防建設(shè)的必定需求。海洋水下立體觀測(cè)技術(shù)裝備具有長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、不間斷、大范圍的特點(diǎn)，支持水下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作用的持續(xù)牢靠發(fā)揮，保障領(lǐng)海權(quán)益不受侵害。三、進(jìn)呈現(xiàn)狀與趨勢(shì)海洋水下立體觀測(cè)系統(tǒng)主要涉及三方面：海洋觀測(cè)平臺(tái)、傳感器、數(shù)據(jù)處理。鑒于數(shù)據(jù)（綜合）處理方面，目前國(guó)內(nèi)與國(guó)際存在較大差距，加之專業(yè)度較高、還需要更深層次的探究，因此本文主要圍繞海洋水下固定觀測(cè)平臺(tái)（海洋水下觀測(cè)網(wǎng)）、水下移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)、海洋傳感器等裝備開(kāi)放論述。（一）海洋水下觀測(cè)網(wǎng)緩慢。19996ft1382120032004年歐洲的海洋水下觀測(cè)網(wǎng)（ESONET）、2006年澳大利亞的綜合海洋觀測(cè)系統(tǒng)（IMOS）、2013年印度的北印度洋海洋系泊浮標(biāo)（OMNI）等。這些設(shè)施集防災(zāi)減災(zāi)、科學(xué)爭(zhēng)辯等多類功能于一體，觀測(cè)傳感器數(shù)量較多，觀測(cè)對(duì)象趨于豐富，觀測(cè)區(qū)域有效拓寬。我國(guó)的海洋水下觀測(cè)網(wǎng)“十一五”時(shí)期規(guī)劃，“十二五”時(shí)期建設(shè)十三五”時(shí)期拓展；參與爭(zhēng)辯和建設(shè)的單位有同濟(jì)高校、浙江高校、海洋高校、科學(xué)院聲學(xué)爭(zhēng)辯所、船舶第一五爭(zhēng)辯所、亨通集團(tuán)有限公司等。2009 年，同濟(jì)高校牽頭，聯(lián)合相關(guān)單位建成“小衢ft海底觀測(cè)試驗(yàn)站是我國(guó)第一個(gè)海底綜合觀測(cè)試驗(yàn)與示范系統(tǒng)。2013 年，科學(xué)院南海海洋爭(zhēng)辯所、沈陽(yáng)自動(dòng)化爭(zhēng)辯所、聲學(xué)爭(zhēng)辯所共同建設(shè)的“三亞海底觀測(cè)示范系統(tǒng)”投入運(yùn)行2014年浙江高校建成了“摘箬ft島海洋立體觀測(cè)示范爭(zhēng)辯與試驗(yàn)系統(tǒng)”?！笆濉睍r(shí)期，科學(xué)院聲學(xué)爭(zhēng)辯所牽頭聯(lián)合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位承研了國(guó)家863方案重大項(xiàng)目“海底觀測(cè)網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)”，重點(diǎn)攻關(guān)海底觀測(cè)網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)總體技水下濕插拔等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了深海海底2017海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施”項(xiàng)目建議書(shū)獲批，由同濟(jì)高校牽頭、科5年；2018年，“海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施”項(xiàng)目可行性爭(zhēng)辯報(bào)告獲批。海底科學(xué)（二）海洋水下移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)、載人潛器（HOV）自主水下航行器（AUV），廣泛應(yīng)用于海洋水下立體觀測(cè)過(guò)程，無(wú)人遙控潛器2060ROV海底危急區(qū)域執(zhí)行各種指令與操作；除了開(kāi)展觀測(cè)基本任務(wù)外，還可通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行水下取樣、安裝、維護(hù)等作業(yè)，優(yōu)勢(shì)獨(dú)特。ROV技術(shù)成熟的國(guó)家有美國(guó)、俄羅斯、日本、法國(guó)等，均具備研6000mROVROV還處于試驗(yàn)階段，尚未得到推廣應(yīng)用。20236月，科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化爭(zhēng)辯所研制的“號(hào)”ROV10907m的下潛深度，刷新了我國(guó)潛水器下潛深海交通高校研制的“海馬號(hào)”“海龍?zhí)枴盧OV作業(yè)水深分別為m6000ROV5000m。我國(guó)已進(jìn)入擁有6000ROV的國(guó)家行列。載人深潛器HOV2060“阿爾文”HOV1964年研制成功，196620世紀(jì)70年月發(fā)覺(jué)了海底熱液噴口?！啊弊畲鬂撋顬?500m2/3的海底；經(jīng)過(guò)升級(jí)改進(jìn)后，最大潛深接近6500m，可掩蓋98%爾海洋爭(zhēng)辯所“深海挑戰(zhàn)者號(hào)”10908m，日本“6500號(hào)”6500m。在我國(guó)，“蛟龍?zhí)枴盚OV潛深為7020m；“深海勇士號(hào)”HOV國(guó)國(guó)大深度載人深潛技術(shù)和裝備制造取得重大進(jìn)展。自主式水下航行器AUV 造價(jià)低、安全性好、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，可以自主設(shè)定航線、搭載多類水下傳感器，目標(biāo)區(qū)域的觀測(cè)效果較好。國(guó)外AUV 經(jīng)過(guò)數(shù)十年的進(jìn)展，產(chǎn)品技術(shù)體系較為成熟，功能性能基本穩(wěn)定；占據(jù)國(guó)際市場(chǎng)主要份額的國(guó)家是美國(guó)、英國(guó)、挪威等市場(chǎng)上成熟的AUV 產(chǎn)品類型超過(guò)100 種。在我國(guó)，科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化爭(zhēng)辯所等單位牽頭研制的AUV 完成了水下6000m 自主航行演示仍處于研發(fā)測(cè)試階段功能性能有待進(jìn)一步驗(yàn)證。將來(lái) AUV 技術(shù)的進(jìn)展方向是仿生性、多功能性，兼顧提升機(jī)敏性和續(xù)航性能。水下滑翔器（CTD）等多類傳感器，滑翔器技術(shù)的爭(zhēng)辯?？茖W(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化爭(zhēng)辯所研制的“海翼”水下滑翔器，工作水深為300~7000m、續(xù)航時(shí)間達(dá)40d，航程超過(guò)1000km。天津高校研制的“海燕”水下滑翔器，工作水深為3620m、續(xù)航30d，航程超過(guò)1000km志著我國(guó)基本把握了水下滑翔器技術(shù)體系。（三）海洋觀測(cè)傳感器隨著海洋觀測(cè)活動(dòng)的不斷進(jìn)展，在海洋水下、海底、深海境等長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)需求的牽引下，美國(guó)、日本、德國(guó)等研制了類海洋環(huán)境觀測(cè)的新型傳感器，如CTD 傳感器方面，溫度測(cè)量精度為±0.001℃、電導(dǎo)率測(cè)量精度±0.003mS/cm、壓力測(cè)量度為±0.015%。我國(guó)海洋觀測(cè)傳感器、儀器、測(cè)量系統(tǒng)爭(zhēng)辯起步較晚，得益于國(guó)家支持取得了較快進(jìn)展一些技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的同期水平一些海洋水下觀測(cè)裝備形成了系列產(chǎn)品一些水文儀器在大洋考察國(guó)際聯(lián)合調(diào)查中得到應(yīng)用在國(guó)家863 方案、海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)等渠道的支持下國(guó)內(nèi)研制了多型海洋調(diào)查、取樣裝備，如自動(dòng)氣象站、高精度CTD 儀、海流剖面儀磁力儀等進(jìn)展的深海取樣裝備有深海電視抓斗多管取樣器等。海洋觀測(cè)平臺(tái)具有多種樣式，如浮標(biāo)、潛標(biāo)等被動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)，這些裝備的研制和應(yīng)用帶動(dòng)了海洋調(diào)查觀測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)等專用傳感器技術(shù)的進(jìn)步。（四）海洋水下立體觀測(cè)技術(shù)裝備的進(jìn)展趨勢(shì)的海洋水下觀測(cè)平臺(tái)陣列。pH、養(yǎng)分鹽、溶解氧等傳感器。在將來(lái)在將來(lái)的海洋水下觀測(cè)體系中，海洋傳感器技術(shù)朝著系列多功能方向進(jìn)展。四、我國(guó)進(jìn)展面臨的問(wèn)題（一）國(guó)產(chǎn)傳感器與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大CTD“亞健康”狀態(tài)；業(yè)務(wù)化海洋觀（二）海量數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)需求之間消滅脫節(jié)否則形成“數(shù)據(jù)孤島”而難以產(chǎn)生實(shí)際效能和投資回報(bào)。（三）國(guó)產(chǎn)傳感器缺乏使用驗(yàn)證和必要改進(jìn)我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)管理機(jī)構(gòu)“多頭管理”現(xiàn)象照舊存在導(dǎo)致?tīng)?zhēng)辯力氣分散、資源配置不合理，制約了重點(diǎn)工程實(shí)施成效，不利于領(lǐng)域長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)展在水下立體觀測(cè)網(wǎng)的信息處理和搜集方面目前服務(wù)對(duì)象不夠明確，水下信息的流通范圍較窄，信息采集、交換標(biāo)準(zhǔn)不全都數(shù)據(jù)整合度和利用率偏低社會(huì)力氣參與樂(lè)觀性不高，不利于水下觀測(cè)信息發(fā)揮應(yīng)用效能。以863 方案海洋技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)為例，很多國(guó)產(chǎn)傳感器處于樣機(jī)層面，實(shí)地使用偏少，也很難連續(xù)進(jìn)行必要的修正和改進(jìn)很多國(guó)產(chǎn)傳感器僅限于試用或者“沾水出數(shù)據(jù)”即可未能進(jìn)行產(chǎn)品化并持續(xù)保持更新改進(jìn)修正；因后續(xù)的使用、改進(jìn)、試驗(yàn)等方面資源支持不足，轉(zhuǎn)化機(jī)制缺失，在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化之間消滅了斷層。五、重點(diǎn)進(jìn)展方向潛水器搭載的各類傳感器、探測(cè)裝置、通用/專用作業(yè)工具，是重要途徑。CTD“空殼建筑、裝備總裝”的現(xiàn)狀，改進(jìn)海洋水下觀測(cè)探測(cè)裝備綜合性（一）原位生物化學(xué)傳感器物理海洋學(xué)傳感器已經(jīng)面世數(shù)十年國(guó)際上測(cè)量電導(dǎo)率溫度深度的傳感器也實(shí)現(xiàn)了高度成熟和小型化但生物地球化學(xué)生物海洋學(xué)類的觀測(cè)傳感器進(jìn)展明顯滯后除了監(jiān)測(cè)可食用魚(yú)類以外為實(shí)現(xiàn)海洋生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)進(jìn)展有必要理解和把握從浮游生物到鯨魚(yú)在內(nèi)的整個(gè)海洋生物鏈狀態(tài)目前國(guó)內(nèi)外在海洋生物學(xué)的監(jiān)測(cè)技術(shù)方面都不夠成熟這是我國(guó)海洋生物傳感器爭(zhēng)辯進(jìn)步的良好機(jī)遇國(guó)際上生物監(jiān)測(cè)逐步獲得重視化學(xué)測(cè)量新技術(shù)（如硝酸鹽、磷酸鹽）也在進(jìn)展，在不遠(yuǎn)的將來(lái)有望成熟到可以持續(xù)利用的程度我國(guó)應(yīng)與國(guó)際同步重視和進(jìn)展相關(guān)類型的傳感器，如原位養(yǎng)分傳感器、220nm 紫外光譜測(cè)量?jī)x、原位自主硅酸鹽電化學(xué)傳感器、原位電化學(xué)硝酸鹽傳感器等。（二）原位芯片海洋觀測(cè)技術(shù)（三）傳感器主動(dòng)防污技術(shù)生物污垢的積累會(huì)干擾傳感器運(yùn)行、削減流向傳感器的水流、影響平臺(tái)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、增加儀器質(zhì)量和阻力，進(jìn)而影響觀測(cè)的電解氯化方案、紫外線照