海洋環(huán)境監(jiān)測裝備技術(shù)發(fā)展綜述

彭國興 楊彩紅 張桂美

摘要：海洋環(huán)境監(jiān)測裝備技術(shù)在海洋觀測系統(tǒng)中占有重要地位，隨著各種海洋環(huán)境監(jiān)測裝備技術(shù)的普及應(yīng)用，其功能作用得到了充分發(fā)揮，有效地保護(hù)了海洋環(huán)境。本文將綜述海洋環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展及其裝備技術(shù)，并對未來趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境監(jiān)測;裝備技術(shù);發(fā)展

1現(xiàn)如今海洋環(huán)境監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

1.1海洋監(jiān)測技術(shù)和參數(shù)發(fā)展情況

海洋監(jiān)測參數(shù)是有效開展海洋監(jiān)測工作的抓手，同時(shí)是其監(jiān)測理論的重要組成，且監(jiān)測參數(shù)隨著研究的深入而不斷發(fā)展變化。物化指標(biāo)、營養(yǎng)物質(zhì)和毒性、水文氣象參數(shù)三種，是當(dāng)前對海洋監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行的劃分。其中的物化指標(biāo)，包含溶劑氧、鹽度、pH值、有機(jī)物等;水文氣象包含波浪、流向、水溫、風(fēng)速、流速、氣溫等;營養(yǎng)物質(zhì)和毒性包含重金屬、核輻射、營養(yǎng)鹽等。除此之外，海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)按照原理的不同，還可以劃分成生物、物理、化學(xué)監(jiān)測技術(shù)。通常會選擇取樣實(shí)驗(yàn)室或者是現(xiàn)場取樣分析，用于對有毒有害物質(zhì)的監(jiān)測，時(shí)效性較差。當(dāng)前存在逐漸嚴(yán)重化的海洋污染問題，因此提出了更高的要求標(biāo)準(zhǔn)用于海洋環(huán)境的監(jiān)測，期望能夠判明海洋污染程度和海水的細(xì)微結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確且及時(shí)性的掌握海洋污染物分布的情況，且需實(shí)時(shí)化對海水污染有關(guān)參數(shù)行連續(xù)且長期化的監(jiān)測。

1.2近海環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)情況

近岸海域是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重點(diǎn)，同時(shí)是海洋污染的高發(fā)區(qū)。針對近岸海洋特點(diǎn)，開發(fā)小型輕便傳感器集成平臺技術(shù)，適合于河口、淺海、海灣增養(yǎng)殖區(qū)地形特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)出很多便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀器。而研究的主要內(nèi)容，便是應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境檢測、衛(wèi)星遙感定標(biāo)、生物學(xué)、污染領(lǐng)域儀器及傳感器。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，測量痕量物質(zhì)的微電極成功制造出來，進(jìn)一步提升了溶解氧電化學(xué)傳感器性能。

2海洋環(huán)境監(jiān)測裝備技術(shù)發(fā)展

為了進(jìn)一步認(rèn)識海洋和開發(fā)海洋，各國科學(xué)家開發(fā)了各種海洋環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，如測波儀、測溫儀、鹽度計(jì)、地貌儀和魚探儀等.利用上述設(shè)備、搭載平臺和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，構(gòu)建了具有不同功能的海洋監(jiān)測系統(tǒng)，如20世紀(jì)80年代中期，聯(lián)合國教科文組織政府間海洋學(xué)委員會、世界氣象組織、國際科學(xué)聯(lián)合會理事會和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署共同發(fā)起并組織實(shí)施的全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）計(jì)劃.以及在GOOS計(jì)劃框架內(nèi)，聯(lián)合國教科文組織政府間海洋學(xué)委員會于1998年提出并開始實(shí)施的漂流浮標(biāo)計(jì)劃（ARGO）。

海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)按照空間位置分為岸基、?；涂栈?類.岸基海洋環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)由岸基水文氣象監(jiān)測點(diǎn)、海洋臺站、雷達(dá)站、海氣邊界層監(jiān)測站以及岸基移動設(shè)備等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成;?；Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由各類浮標(biāo)和潛標(biāo)、海上平臺觀測系統(tǒng)、海底觀測系統(tǒng)以及移動觀測裝備等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成;空基海洋環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)由各類航空遙感裝備節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。兩個(gè)或兩個(gè)以上的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，以任務(wù)為牽引，以通信網(wǎng)絡(luò)為介質(zhì)，有機(jī)組合成為海洋環(huán)境監(jiān)測體系。海洋環(huán)境監(jiān)測體系也被稱作海洋環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，是在保衛(wèi)國家海上安全、維護(hù)國家海洋權(quán)益、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、提高海洋防災(zāi)減災(zāi)能力對海洋環(huán)境信息的需求牽引下，由各種海洋環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、平臺構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，利用現(xiàn)代通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的不間斷、周期性采集，為形成多樣化的海洋環(huán)境信息服務(wù)產(chǎn)品提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。海洋環(huán)境監(jiān)測體系中可以包含岸基、?；涂栈Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

3海洋環(huán)境監(jiān)測裝備技術(shù)發(fā)展趨勢

現(xiàn)代海洋監(jiān)測裝備及傳感器的發(fā)展已充分融合了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)成就，微電腦、集成電路和儲存芯片及高能量電池的發(fā)展，促使傳感器的體積越來越小，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量越來越好。另外，串口通信、磁耦合傳輸、水聲通信等技術(shù)的應(yīng)用為多傳感器的集成和綜合觀測創(chuàng)造了前提，集成化、高效率、長時(shí)效、全覆蓋、數(shù)字化、信息化是發(fā)展的主要趨勢，遙感技術(shù)和以無人機(jī)動平臺為載體的監(jiān)測技術(shù)提高了海洋環(huán)境應(yīng)急和機(jī)動監(jiān)測能力，也是發(fā)展的主流方向。由于許多海洋現(xiàn)象的產(chǎn)生及變化屬于長周期過程，因此，長期、定點(diǎn)、連續(xù)的多要素同步測量技術(shù)是研究海洋環(huán)境變化規(guī)律和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)監(jiān)測警戒的重點(diǎn)。

歸納而言，海洋環(huán)境監(jiān)測裝備技術(shù)發(fā)展趨勢：

（1）傳感器向輕小型、低功耗和高精度感知，平臺向通用化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)集成向多要素大剖面同步綜合觀測以及定點(diǎn)、機(jī)動和遙感遙測立體網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展;（2）觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，警戒區(qū)域安全受控，信息產(chǎn)品可視化應(yīng)用;（3）大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)應(yīng)用越來越深入，無人平臺的自主性和智能化程度更高;（4）高效能源供應(yīng)，長時(shí)效、大范圍和大深度安全應(yīng)用;（5）新技術(shù)、新材料、新工藝提升傳感器和平臺載體性能，日益滿足全海域、全海深、全天候工作要求。

在技術(shù)創(chuàng)新方面，應(yīng)注重基于新原理、新材料、新工藝的海洋綜合信息高精度傳感技術(shù)研究，特別是光電磁傳感器技術(shù)在海洋監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用;瞄準(zhǔn)“深海進(jìn)入、深海探測”，重點(diǎn)發(fā)展深遠(yuǎn)海平臺載體技術(shù)，突破深海海底長期監(jiān)測、礦產(chǎn)油氣能源勘探的各類固定/移動平臺關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)展長航程智能式水下航行器和全海深潛水器技術(shù);研發(fā)基于水下自主導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)動平臺及組網(wǎng)技術(shù)、深海作業(yè)技術(shù)、多源信息融合處理技術(shù)等。

在新型監(jiān)測裝備方面，瞄準(zhǔn)全球海域，研發(fā)適用于動力環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、資源能源和軍事應(yīng)用等軍民融合型海洋綜合觀測平臺、智能浮標(biāo)潛標(biāo)、海洋生態(tài)環(huán)境自動監(jiān)測站、多用途智能探測潛水器、譜系化水下滑翔器、水下運(yùn)載型移動觀測裝備。重點(diǎn)提升新型裝備隱蔽自動布設(shè)、水下自主導(dǎo)航、固定移動平臺組網(wǎng)觀測、數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)據(jù)融合挖掘、海上信息和能源支持以及人工智能等能力。

結(jié)語：

綜上所述，只有擁有能夠廣泛進(jìn)入深海環(huán)境、全面感知海洋信息的各類海洋監(jiān)測裝備和技術(shù)，才能更好地實(shí)現(xiàn)對海洋認(rèn)知的“數(shù)字化”、“透明化”，才能更好的經(jīng)略海洋，為建設(shè)一個(gè)和平安全、和諧發(fā)展的海洋大家園提供技術(shù)支撐。海洋科技工作者必須緊緊圍繞建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)，發(fā)揚(yáng)舍我其誰的創(chuàng)新精神和精益求精的工匠精神，在海洋環(huán)境監(jiān)測裝備技術(shù)領(lǐng)域不斷突破、自主創(chuàng)新。

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