我國海上試驗場建設(shè)總體設(shè)想

羅續(xù)業(yè)，王項南，周 毅，吳 迪，王春誼，李 彥

（國家海洋技術(shù)中心，天津 300112）

我國海上試驗場建設(shè)總體設(shè)想

羅續(xù)業(yè)，王項南，周 毅，吳 迪，王春誼，李 彥

（國家海洋技術(shù)中心，天津 300112）

海上試驗場的建成可為海洋科學(xué)研究、海上技術(shù)裝備的研發(fā)、測試、評價等提供科學(xué)有效的試驗環(huán)境，并可獲取長期連續(xù)、要素完備的數(shù)據(jù)資料?？蔀楹Ｑ笳{(diào)查觀測技術(shù)裝備的現(xiàn)場試驗和定標(biāo)檢驗、海洋觀測監(jiān)測方法研究、海洋學(xué)數(shù)學(xué)模型檢驗、水下通訊和組網(wǎng)試驗、水下傳感器網(wǎng)絡(luò)試驗、衛(wèi)星遙感器在軌現(xiàn)場定標(biāo)和檢驗以及軍事海洋學(xué)研究等科學(xué)活動提供技術(shù)服務(wù)平臺。對于快速提升我國海洋技術(shù)裝備和海洋科學(xué)研究水平，實現(xiàn)科技興海戰(zhàn)略具有重要意義。

海上試驗場；觀測技術(shù)；軍事海洋；科技興海

引言

海上試驗場是公益性科技支撐平臺，是我國海洋觀測、監(jiān)測和調(diào)查儀器設(shè)備研發(fā)、海洋科學(xué)研究、實現(xiàn)科技興海，促進高新科技成果轉(zhuǎn)化及海洋可再生能源開發(fā)的重要試驗平臺。海上試驗場的建設(shè)對我國海洋科技和海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展將具有明顯的促進作用。國外發(fā)達國家海洋科學(xué)與技術(shù)的先進水平，是與重視海洋科學(xué)技術(shù)觀測和試驗基地的建設(shè)密不可分的。海上試驗場建成可為海洋科學(xué)研究、海上技術(shù)裝備的研發(fā)、測試、評價等提供科學(xué)有效的試驗環(huán)境，并可獲取長期連續(xù)、要素完備的數(shù)據(jù)資料?？蔀楹Ｑ笳{(diào)查觀測技術(shù)裝備的現(xiàn)場試驗和定標(biāo)檢驗、海洋觀測監(jiān)測方法研究、海洋學(xué)數(shù)學(xué)模型檢驗、水下通訊和組網(wǎng)試驗、水下傳感器網(wǎng)絡(luò)試驗、衛(wèi)星遙感器在軌現(xiàn)場定標(biāo)和檢驗以及軍事海洋學(xué)研究等科學(xué)活動提供技術(shù)服務(wù)平臺。對于快速提升我國海洋技術(shù)裝備和海洋科學(xué)研究水平，實現(xiàn)科技興海戰(zhàn)略具有重要意義。在《國家“十一五”海洋科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《國家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》和 《國家深海高技術(shù)發(fā)展專項規(guī)劃（2009-2020年）》中也明確提出建設(shè)國家級海上試驗場的研發(fā)平臺的發(fā)展目標(biāo)[1-3]。

綜合海上試驗場的建設(shè)將填補國內(nèi)該領(lǐng)域的空白，極大程度地解決我國海洋界對海上試驗場的急需，將作為開展海洋儀器設(shè)備測試、比測、評價、海洋科學(xué)研究、海洋權(quán)益維護與軍事海洋研究，以及海洋高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化等現(xiàn)階段需求的服務(wù)平臺，并為我國最終建成具有國際領(lǐng)先水平的海上試驗場打下堅實的基礎(chǔ)、邁出關(guān)鍵的一步。

1 海上試驗場建設(shè)的總體目標(biāo)

通過完成國家級、開放型、軍民兼用、集多種功能于一身的海上試驗場總體方案設(shè)計（包括：淺海試驗場建設(shè)方案和深海試驗場建設(shè)方案），并通過開展淺海試驗場區(qū)原型建設(shè)，形成科學(xué)合理、功能齊全、體系完備、服務(wù)公益、資源共享、軍民兼用的淺海試驗場區(qū)，使其具備對部分海洋儀器設(shè)備及海洋模型的試驗、評價能力，并開展功能驗證及應(yīng)用示范。為我國海洋儀器設(shè)備及海洋模型的研發(fā)與檢驗、為國內(nèi)外海洋調(diào)查設(shè)備提供測試比對靶區(qū)、為海洋高科技成果的轉(zhuǎn)化、海洋科學(xué)研究及海洋可再生能源的開發(fā)提供科學(xué)、有效的技術(shù)保障。

2 海上試驗場的構(gòu)成

圖1 淺海試驗場區(qū)系統(tǒng)構(gòu)成圖

海上試驗場擬建成淺海和深海2個功能試驗場區(qū)，其中：淺海試驗場區(qū)主要針對以水文氣象、生態(tài)環(huán)境要素為主的淺海海洋儀器設(shè)備和模型進行設(shè)計；深海試驗場區(qū)主要針對以海洋地質(zhì)、地球物理和大洋調(diào)查為主的深海儀器設(shè)備和模型進行設(shè)計。淺/深海試驗場區(qū)均由海上試驗場區(qū)、通訊與監(jiān)控系統(tǒng)、海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫、岸基支持系統(tǒng)四部分構(gòu)成，如圖1所示。

2.1 海上試驗場區(qū)

依據(jù)海上試驗場區(qū)功能需求，建立適合開展各種試驗的觀測監(jiān)測平臺。觀測監(jiān)測平臺主要包括：飛機、船舶、岸基站、觀測塔、浮標(biāo)、潛標(biāo)、碼頭、浮碼頭、水下坐底平臺、地波雷達等。此外，在海上試驗場建設(shè)之初及以后的運行過程中，將定期開展以船舶、衛(wèi)星及航空遙感為手段的調(diào)查工作，結(jié)合定點連續(xù)監(jiān)測平臺獲取的數(shù)據(jù)，不斷豐富、動態(tài)更新以及精細化海上試驗場數(shù)據(jù)庫信息。

根據(jù)觀測監(jiān)測的需要，在上述平臺上搭載各類傳感器及儀器設(shè)備，使其具備水文氣象、生態(tài)環(huán)境、海洋測繪、海洋地質(zhì)、地球物理以及大洋調(diào)查等參數(shù)的觀測監(jiān)測能力。

水文氣象參數(shù)包括：氣溫、氣壓、濕度、能見度、海氣通量、潮汐、潮流、風(fēng)、波浪、海流、水溫、鹽度、密度等。

海洋測繪參數(shù)包括：海洋大地、海底地形、海底地質(zhì)、聲場、地磁場等。

海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)包括：溶解氧、pH、氧化還原電位、COD、BOD、重金屬、持久性有機污染物、石油類、營養(yǎng)鹽、葉綠素、濁度、水色、藻類等。

此外，海上試驗場還兼顧海平面、海嘯、聲學(xué)、光學(xué)等參數(shù)的觀測。

2.2 通訊與監(jiān)控

通訊與監(jiān)控系統(tǒng)將實現(xiàn)不同觀測監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)傳輸，從而形成從前端觀測監(jiān)測平臺到場區(qū)監(jiān)控中心，再到海上試驗場總監(jiān)控中心的一整套通訊與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系。其主要包括：衛(wèi)星通訊、手機無線網(wǎng)絡(luò)通訊、有纜通訊、水下聲通訊節(jié)點、水下供電節(jié)點、中繼站、接口、計算機數(shù)據(jù)處理和顯示設(shè)備等，具備實時監(jiān)控功能。

2.3 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫

以資源共享、動態(tài)更新、服務(wù)社會為原則，充分利用歷史數(shù)據(jù)和其他信息來源，利用兩個海區(qū)的選址調(diào)查和實時觀測監(jiān)測數(shù)據(jù)，形成海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫。與海洋觀測體系相結(jié)合，克服目前連續(xù)和同步觀測數(shù)據(jù)的不足。海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫包括水文氣象、生態(tài)環(huán)境、海底地形、聲學(xué)、地磁、遙感等信息等試驗場區(qū)海洋數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)實時的動態(tài)管理，根據(jù)各監(jiān)測觀測平臺的最新監(jiān)測數(shù)據(jù)對此數(shù)據(jù)庫進行實時更新、補充和完善，使試驗場區(qū)成為一片 “透明的海洋”。

2.4 岸基支持系統(tǒng)

充分利用國家海洋局、海軍及相關(guān)部門的設(shè)備、人力和后勤保障資源。建立必要的組織機構(gòu)，實現(xiàn)分級管理，制定海上試驗場運行管理辦法，建立運行管理與保障系統(tǒng)。為海上試驗場的運行提供通訊、能源、設(shè)施、維護等技術(shù)保障。

3 淺海海上試驗場原型建設(shè)設(shè)想

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施改造

充分利用已有的岸基站、大浮標(biāo)平臺、海上平臺、碼頭等資源條件，根據(jù)海上試驗場的總體設(shè)計方案和淺海試驗場技術(shù)方案，對其進行必要的改造，使其在保持原有功能的基礎(chǔ)上滿足海上試驗場的需求，避免重復(fù)建設(shè)（如圖2）。

3.2 建立定點連續(xù)監(jiān)測平臺

按照海上試驗場的總體設(shè)計方案和淺海試驗場技術(shù)方案，依據(jù)所掌握的海上試驗場的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計布局岸基站、浮標(biāo)、海床基等觀測監(jiān)測平臺的分布及測量參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實現(xiàn)各觀測監(jiān)測平臺信息的實時獲取，建立海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫。

圖2 淺海試驗場區(qū)主要監(jiān)測平臺布局圖

3.3 建立海洋儀器設(shè)備比測試驗平臺

建立可搭載各種試驗儀器的試驗平臺，提供良好的檢驗、考核及比測條件，為試驗儀器設(shè)備提供現(xiàn)場工作、供電、通訊等技術(shù)保障。同時，可提供基礎(chǔ)和比測數(shù)據(jù)。建立海洋地球物理和工程地質(zhì)調(diào)查測試靶區(qū)，通過安放人工目標(biāo)物等手段，為地球物理調(diào)查設(shè)備和原位測試設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)試驗場，用以對同類海洋調(diào)查設(shè)備的精度、準(zhǔn)確度等參數(shù)進行比較評價。

4 海上試驗場的功能

4.1 海洋儀器設(shè)備及海洋模型的檢驗與評價

為國內(nèi)外海洋儀器設(shè)備及海洋模型提供試驗、檢驗與評價條件，根據(jù)其與海上試驗場現(xiàn)有觀測監(jiān)測手段及海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的測試比對，對檢測的海洋儀器設(shè)備和海洋模型做出全面、客觀的指標(biāo)檢驗，并給出評價結(jié)果。

4.2 海洋高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的中試基地

海上試驗場將為預(yù)研及在研的海洋儀器設(shè)備和海洋模型提供中試試驗平臺，針對現(xiàn)有“十五”和“十一五”863等海洋高科技成果，海上試驗場將依據(jù)其特有的優(yōu)勢，在業(yè)務(wù)化、產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)揮巨大的作用，加速最新海洋科技研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化進程。同時，還可為今后的研發(fā)工作提供進一步的建議。

4.3 提供衛(wèi)星遙感試驗及定標(biāo)/檢驗

海上試驗場將為高精度現(xiàn)場測量技術(shù)研究提供長期可靠的觀測平臺，針對衛(wèi)星海洋遙感，開展微波、紅外、光學(xué)遙感現(xiàn)場定標(biāo)檢驗技術(shù)、算法模型研究及現(xiàn)場測量技術(shù)研究，支撐衛(wèi)星遙感器輻射校正、真實性檢驗和遙感算法開發(fā)及檢驗。

4.4 為海洋可再生能源開發(fā)提供試驗平臺

通過合理選址，具備可針對海洋可再生能源開展調(diào)查、利用和研究的條件，支持海洋可再生能源新技術(shù)的研究和相關(guān)設(shè)備的研發(fā)，并為所研發(fā)的設(shè)備提供試驗、測試和檢驗平臺。

4.5 提供軍事海洋環(huán)境保障技術(shù)裝備試驗服務(wù)

海上試驗場作為軍民兼用的海洋環(huán)境保障技術(shù)裝備試驗和海洋科學(xué)實驗基地，同時可為海軍儀器設(shè)備的研發(fā)提供試驗、測試條件，提供必要技術(shù)支持和服務(wù)保障。

4.6 典型的海洋科學(xué)觀測站

海上試驗場將長期布放和使用各種現(xiàn)代化的海洋觀測監(jiān)測平臺及儀器設(shè)備，測量要素涉及水文、氣象、生態(tài)、測繪、地質(zhì)、地球物理等，使其成為越來越精確的“海上標(biāo)準(zhǔn)場”或“海上參考場”，為海洋各領(lǐng)域提供豐富的觀測、監(jiān)測數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

本設(shè)想的實施將極大程度地解決我國海洋界對海上試驗場的急需，填補國內(nèi)該領(lǐng)域的空白，并為我國最終建成具有國際領(lǐng)先水平的海上試驗場打下堅實的基礎(chǔ)、邁出關(guān)鍵的一步。淺海海上試驗場的建設(shè)和示范運行為獲取連續(xù)海洋環(huán)境觀測信息、開展海洋科學(xué)研究提供了理想的平臺，將大大提高我國對風(fēng)暴潮、臺風(fēng)、內(nèi)波等現(xiàn)象的實時監(jiān)測和預(yù)報預(yù)警能力，從而提升我國的防災(zāi)減災(zāi)能力；同時，也為我國有效開發(fā)海洋能源提供了技術(shù)支撐，對促進我國海洋科技和海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義；海上試驗場尤其是對我國海洋高新技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化作用巨大，它的投入運行將極大地推動我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋高新技術(shù)產(chǎn)品脫穎而出，并參與國際競爭。此外，海上試驗場也為今后開展國際和區(qū)域間的海洋科技合作建立了良好的平臺。

[1]國家海洋局.國家“十一五”海洋科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要[R].北京，2006.

[2]國家海洋局.國家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要[R].北京，2008.

[3]中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部.國家深海高技術(shù)發(fā)展專項規(guī)劃（2009-2020）[R].北京，2009.

Strategy of Building Maritime Experimental Field in China

LUO Xu-ye,WANG Xiang-nan,ZHOU Yi,WU Di,Wang Chun-yi,LI Yan
（National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China）

The maritime experimental field could provide scientific and effective conditions for marine scientific research,marine technology developing,marine instruments testing and obtain continuous and complete data.It is also be helpful to provide the platform for some marine scientific activities such as the field and calibration test of marine observing equipments,research of marine observing technology,underwater communication,marine military research and so on.The maritime experimental field will help us improve the level of marine equipments and research and promote marine economy development with science and technology.

maritime experimental field;observing technology;military oceanography;marine economy development with science and technology

P71

A

1003-2029（2010）04-0001-03

2010-05-28

國家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專項——海上試驗場建設(shè)技術(shù)研究和原型設(shè)計項目資助（200905024）