海洋儀器設備規(guī)范化海上試驗發(fā)展現(xiàn)狀和建議

韓 鵬，錢洪寶，李宇航*

（1.中國21世紀議程管理中心，北京100038；2.中國電子科學研究院，北京100041）

規(guī)范化海上試驗主要開展海洋儀器設備作業(yè)與比測平臺技術、海上試驗比測檢驗方法和試驗海域動力環(huán)境仿真技術研究，創(chuàng)建海上試驗標準體系，并通過加強過程管理或采取監(jiān)理等方式，確保海上試驗全過程的質量控制符合研制要求。

規(guī)范化海上試驗體系主要包括海上試驗平臺、船時共享平臺和海試制度規(guī)范等3個部分。海上試驗平臺主要包括船載平臺和淺海試驗場。船載平臺是指各類科考船舶及其所搭載的海試所需各種設備。淺海試驗場是指在淺海區(qū)域建立的樁基式、錨泊式、浮標式和坐底組網式固定測試試驗平臺。船時共享平臺主要實現(xiàn)海洋儀器設備規(guī)范化海上試驗船時需求征集、船時計劃統(tǒng)籌、船時信息發(fā)布等工作，通過組建規(guī)范化海上試驗航次管理辦公室，利用規(guī)范化海上試驗網站、規(guī)范化海上試驗微信公眾號、海試信息管理系統(tǒng)等全方位管理和協(xié)調船時共享航次計劃。海試制度規(guī)范主要研究海上試驗比測檢驗方法和規(guī)范標準體系，進一步完善規(guī)范化海上試驗通用技術規(guī)程，并通過編制規(guī)范化海上試驗管理辦法、海洋儀器設備海上試驗管理規(guī)范和評估指導手冊等規(guī)章制度，建立規(guī)范化海上試驗制度管理體系[1]。

20世紀50年代以來，世界海洋強國持續(xù)發(fā)展海上固定或移動試驗平臺等基礎設施，建成了涵蓋現(xiàn)場驗證、檢驗、校正、定標和定型等功能的海上試驗系統(tǒng)，為海洋高技術發(fā)展提供了堅實基礎。在海上固定試驗平臺建設方面，美國、歐洲等國家和地區(qū)在海洋儀器裝備、新能源領域陸續(xù)建設了20多個海洋試驗場。美國蒙特雷灣海洋觀測試驗場包括多個子系統(tǒng)，旨在為進入美國海洋觀測計劃的海洋儀器設備提供試驗與測試平臺，開展觀測及模型檢驗。歐洲海洋能中心試驗場擁有6個波浪能測試泊位，8個潮流能測試泊位和2個小比例樣機測試站，成為推動海洋能開發(fā)利用技術創(chuàng)新、進步和產業(yè)化的典范。其他海上固定試驗平臺還包括愛爾蘭Belmullet試驗場、英國索倫特海洋能源中心、加拿大FORCE潮流能試驗場等，這些海上固定試驗平臺在業(yè)務體系保障、海洋環(huán)境觀測、科技創(chuàng)新與產業(yè)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用[2-3]。在海上移動試驗平臺建設方面，美國組建了“全國科研艦隊”，由美國大學國家海洋實驗室系統(tǒng)秘書處統(tǒng)管全美幾十條科考船，形成了面向全美海洋界的開放式移動海上試驗平臺系統(tǒng)[4]。歐盟建立了歐盟船時交換系統(tǒng)，不同國家不同單位的科學考察船可以進行船時交換，避免了考察海域、航次和項目重復?！叭蚝Ｑ蟠d水文調查項目”（The Global Ocean Ship-Based Hydrographic Investigations Program，GO-SHIP）是一個持續(xù)性全球重復水文學測量活動協(xié)調機制，旨在為不同研究團體提供持續(xù)全球水道測量船時共享平臺[5]。海上試驗平臺建設已經成為體現(xiàn)海洋強國能力的主要標志之一，也成為各沿海國家競相發(fā)展的一項海洋科技基礎設施。

2002年，依托國家高技術研究發(fā)展計劃，海洋技術領域開始資助研制海洋儀器設備進行現(xiàn)場試驗，并與國際同類儀器設備比測。經過十余年的發(fā)展，依托船時共享航次機制構建了海洋科考船“專管共用”模式，逐步建成了“以海上試驗需求定航次、以航次定船舶”的海上試驗船隊[6-7]。“十三五”期間，依托國家重點研發(fā)計劃規(guī)范化海上試驗項目，通過制修訂《規(guī)范化海上試驗公共航次管理手冊》和一系列的海試技術規(guī)程和管理規(guī)范，完善了海上試驗信息管理系統(tǒng)的業(yè)務化運行，為航次管理、航次船時共享提供了保障[8]。此外，我國氣象、能源、水利等行業(yè)主管部門也分別在所屬領域建設了相關海上固定試驗平臺，為我國海洋儀器設備入網管理體系建設、儀器列裝方面的標準規(guī)范化和海上觀測試驗提供了有效支持。本文主要對“十三五”期間我國規(guī)范化海上試驗工作進行了梳理和總結，從多試驗平臺協(xié)作試驗機制等5個方面分析了我國規(guī)范化海試工作中有待提升的方向，并提出未來的發(fā)展建議。

1 “十三五”期間取得的成果

1.1 擴展海上試驗平臺，多元化支撐規(guī)范化海試

“十三五”期間，規(guī)范化海上試驗船載平臺數(shù)量從12個增加到20個，擁有大型綜合海洋調查船和多型大深度潛水器；類型由單一的船載平臺拓展到淺海試驗場，擁有移動海上試驗平臺和固定海上試驗場[9]。在海上試驗和調查作業(yè)過程中，對規(guī)范化海上試驗航次船時的共享提供海試技術專業(yè)化服務，并提供質量控制和第三方檢驗。2016—2020年，15條大型海洋科考船執(zhí)行了26個海上試驗航次，基于移動海上試驗平臺，累計有438臺套海洋儀器樣機參加了海上試驗（其中274臺套屬于驗收海試），累計海上試驗船時435天；基于固定海上試驗平臺，共完成了28臺套海洋儀器樣機的海上試驗（其中17臺套屬于驗收海試）。

此外，在“聯(lián)合開放、資源共享、集中比測”機制下，多個新的海上試驗平臺加入項目群，為海洋技術領域特殊海洋儀器設備樣機的研發(fā)提供了試驗場所和海上試驗新手段。其中，在2020年度馬里亞納海溝航次中，海上試驗平臺協(xié)助搭建了“滄?！碧栔懫?、“凌云”號著陸器和“奮斗者”號載人潛水器3個萬米海底聯(lián)合作業(yè)拍攝場景，驗證了國產化全海深光纖、千兆網絡電纜及水密接插件的可靠性；同時，在該航次中由“探索一號”“探索二號”雙船共同配合完成海試任務，在方案策劃、現(xiàn)場組織方面開辟了新的海上試驗模式。海上固定試驗平臺方面，2019年9月，由科技部國家重點研發(fā)計劃“海洋環(huán)境安全保障”重點專項“基于固定平臺的規(guī)范化海上試驗研究及示范”項目支持的錨泊式海上試驗平臺成功布放于山東威海國家淺海綜合試驗場試驗海域（褚島北側），布放點水深69 m，東西向順海流流向布設，距離最近碼頭約3 700 m。截至2021年5月，依托該固定平臺已開展了15項海洋儀器設備的海上試驗，參試儀器主要包括國家重點研發(fā)計劃支持研發(fā)的溫鹽深儀（CTD）、剖面漂流浮標、移動式地震儀、聲學多普勒流速剖面儀（ADCP）、波浪滑翔器、生態(tài)浮標、波潮儀等設備。用戶主要來自中國科學院聲學研究所、西北工業(yè)大學、中國科學院海洋研究所、哈爾濱工業(yè)大學（威海）和國家海洋技術中心等涉海單位[10]。

1.2 構建船時共享管理系統(tǒng)，提高海試資源利用效率

“十三五”期間，為更好統(tǒng)籌規(guī)范化海上試驗工作，依托中國海洋大學成立了規(guī)范化海上試驗航次管理辦公室，統(tǒng)一協(xié)調存量海試平臺資源，有效服務國家重點研發(fā)計劃項目研發(fā)的海洋儀器設備樣機參加海上試驗。通過構建統(tǒng)一的船時共享管理系統(tǒng)，開發(fā)規(guī)范化海上試驗網站、海試信息管理系統(tǒng)、規(guī)范化海上試驗微信公眾號和海上試驗手機APP等，全方位管理和協(xié)調船時共享航次計劃。規(guī)范化海上試驗航次管理辦公室每年定期發(fā)布海上試驗船時需求征集，依據(jù)需求設計和論證年度海試航次任務計劃，遴選各航次承擔船舶，制定航次計劃和選定首席科學家，選派海上試驗隨船現(xiàn)場專家組和海上試驗工作組并監(jiān)督回航驗收，定期組織航次年度總結評估和經驗交流。此外，航次管理辦公室還管理著海上試驗數(shù)據(jù)中心和海上試驗海洋動力環(huán)境數(shù)值仿真中心，定期組織海上試驗技術培訓會和管理規(guī)范宣貫會。

同時，航次管理辦公室統(tǒng)籌協(xié)調各公共航次海試平臺和各參試項目組的海試技術隊伍建設，建立了專業(yè)甲板作業(yè)隊伍，提高了海上試驗現(xiàn)場分析、處理試驗數(shù)據(jù)能力，確保各移動平臺海上試驗高效開展和技術方案及時調整，確保實現(xiàn)海試目標。通過逐步培養(yǎng)和擴大規(guī)范化海上試驗團隊，建立了一支具有豐富海洋調查實踐能力和規(guī)范化海上試驗實戰(zhàn)經驗的專業(yè)技術人員和船員隊伍，具備了各種海洋監(jiān)測儀器海上布放、回收及同步比測試驗所需的支撐條件，掌握了各種大型海洋儀器設備的海試技術和創(chuàng)新性海洋儀器設備的布放、回收方法和規(guī)范，積累了成熟的海試管理和海上試驗實踐經驗。

在航次管理辦公室的統(tǒng)籌下，逐步發(fā)展為“以海上試驗需求定航次、以航次定船舶”的海上試驗船隊。截至2020年底，航次管理辦公室已實現(xiàn)分屬多部門24艘科考船的船時統(tǒng)籌和開放共享，累計海上試驗共享船時435天，單臺套參試海洋儀器樣機的海試天數(shù)為1天。通過船時共享管理系統(tǒng)優(yōu)化海試流程，減少各項目重復性工作，大幅降低海試成本，提高了資源和信息的利用效率，助力廣大涉?？蒲袌F隊實現(xiàn)真正“下?！?，推動了海洋技術進步和海洋儀器研制的快速發(fā)展。

1.3 完善相關制度規(guī)范，促進規(guī)范化海上試驗走向標準化

為了進一步完善海洋儀器設備海試工作的規(guī)范化和標準化，在深入總結國家863計劃海洋技術領域制定的《海洋儀器設備研制質量管理規(guī)范（試行）》和《規(guī)范化海上試驗管理辦法》成效和經驗的基礎上，2017年，中國21世紀議程管理中心發(fā)布了《海洋儀器設備研制質量管理規(guī)范》和《海洋儀器設備海上試驗管理規(guī)范》（以下簡稱“兩個規(guī)范”）[11-12]?！皟蓚€規(guī)范”細化了海上試驗組織、檢驗及評價操作規(guī)程，確保海上試驗有章可循?！皟蓚€規(guī)范”突出解決了兩個方面的問題，一是海試大綱（方案）的科學性、合理性，通過同行專家評審把關，確保現(xiàn)場指標能夠得到有效驗證；二是海試操作過程的規(guī)范化，包括試驗組織、操作實施、海試記錄等，確保海試評價結果的客觀公正。

針對海試驗收情況和海試期間發(fā)現(xiàn)的問題，中國21世紀議程管理中心、規(guī)范化海上試驗航次管理辦公室會同國家重點研發(fā)計劃海洋領域兩個重點專項總體專家組和第三方監(jiān)理，對“十三五”期間規(guī)范化海上試驗驗收情況進行總結評價。在此基礎上，為了做好后續(xù)規(guī)范化海試驗收工作，更好地總結前期海試驗收經驗，2019年12月中國21世紀議程管理中心發(fā)布《規(guī)范化海上試驗驗收/評估工作指導手冊》（以下簡稱“指導手冊”），作為“十三五”后期國家重點研發(fā)計劃研制海洋儀器樣機海試驗收的指導文件[13]。針對海試大綱考核指標可考核性差、與任務書約定考核指標不一致等問題，在指導手冊中明確規(guī)定海上試驗驗收考核指標模板；針對海試現(xiàn)場驗收過程中相關問題，在指導手冊中明確規(guī)定參試海洋儀器設備應完成2個循環(huán)的完整試驗，并對海試驗收現(xiàn)場工作提出具體要求。通過發(fā)布指導手冊，對海試驗收考核指標、海試大綱評審流程和海試現(xiàn)場驗收流程等工作進行了細化和規(guī)范?！皟蓚€規(guī)范”和指導手冊的發(fā)布，為海洋儀器設備規(guī)范化海上試驗走向規(guī)范化和標準化奠定了良好的基礎。

部分單位針對規(guī)范化海上試驗也制定了標準和規(guī)范。規(guī)范化海上試驗航次管理辦公室制定和完善了海上試驗儀器設備和試驗過程相關的標準和技術規(guī)程16項，通過確立現(xiàn)場可靠性試驗方法規(guī)范了試驗測試要求和程序。2021年，由國家海洋標準計量中心牽頭起草的《基于海上固定平臺的海洋儀器測試與檢測的標準體系》《應用于海上固定平臺的海洋儀器試驗方法編寫導則》和《應用于海上固定平臺的海洋儀器現(xiàn)場可靠性試驗方法》等3項標準獲中國海洋學會批準立項，為海洋儀器設備實施現(xiàn)場鑒定、驗收和質量把關提供有力技術支撐。

2 規(guī)范化海試工作中有待提升的方面

規(guī)范化海試工作雖然在不斷優(yōu)化和完善，但隨著海洋強國建設的不斷深入，針對各類海洋儀器設備多樣化的海試方案和各類應用需求，規(guī)范化海試在多試驗平臺協(xié)作試驗機制、淺海試驗場統(tǒng)籌運行管理、深遠海試驗場建設布局及海上試驗數(shù)據(jù)匯交與共享等方面有待進一步完善和優(yōu)化，特別是如何在新冠疫情影響下，開展高效務實的海上試驗國際合作，也是當前規(guī)范化海試工作面臨的困難。

2.1 多試驗平臺協(xié)作試驗機制有待完善

海洋儀器設備正朝著小型化、低功耗、低成本、智能化方向發(fā)展，海洋觀測搭載平臺趨于無人化、網絡化、集群化，基于衛(wèi)星物聯(lián)網、船聯(lián)網及多域聯(lián)合的立體監(jiān)測系統(tǒng)將成為未來發(fā)展重點。當前基于單試驗平臺的試驗（單科考船）已不能滿足未來發(fā)展需求，在試驗頂層規(guī)劃設計、試驗環(huán)境場景虛實構建、試驗資源的廣域聯(lián)合、多試驗平臺調度協(xié)同、試驗效果的整體評估等方面需要深入研究，探索創(chuàng)新未來試驗保障體系。

2.2 淺海試驗場統(tǒng)籌運行管理有待強化

近海試驗場建設存在建設資源分散、建設主體多樣、試驗標準匱乏、管理模式不一、資源共享困難、保障服務不規(guī)范等問題。為此，有必要強化整體規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮，根據(jù)各試驗場海域水文、水質、地形、海況及當?shù)刭Y源稟賦等特點，針對不同試驗對象、不同試驗類型、不同試驗階段的要求，開展針對性頂層布局，建立試驗運行管理的標準規(guī)范體系和信息安全體系，滿足不同試驗任務需要。

2.3 深遠海試驗場建設布局有待拓展

隨著國家深遠海戰(zhàn)略的實施，深海、遠海研發(fā)任務和整體投入持續(xù)增加，深海運載技術、深海資源探查取樣技術、深遠海導航定位通信、深海浮力耐壓密封材料通用技術等試驗任務需求增多。當前我國深遠海方面雖然已經依托現(xiàn)有試驗資源開展了部分試驗，但深遠海試驗場建設尚處于空白，仍在前期規(guī)劃論證當中。為此，有必要開展面向深遠海試驗的典型海域選擇、試驗場景設計規(guī)劃、試驗搭載平臺研發(fā)、試驗監(jiān)測通信網絡建設、試驗應急預案及保障手段、深海試驗組織規(guī)范流程標準等工作。

2.4 海上試驗數(shù)據(jù)匯交與共享有待深化

海上試驗環(huán)節(jié)技術難度高、試驗投入大、實施風險高，試驗數(shù)據(jù)資源極其寶貴。目前，關于海上試驗過程中獲取的試驗數(shù)據(jù)資源缺少統(tǒng)一的共享機制，各參試單位基本處于“試驗誰開展，數(shù)據(jù)歸誰所有和使用”的局面。當前，針對國家統(tǒng)一組織的規(guī)范化海上試驗，需要加強數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，在試驗數(shù)據(jù)采集傳輸、質量控制、分析評估與效果反饋、保密分級及信息安全、匯交管理，以及試驗數(shù)據(jù)共享使用和知識產權等方面需要深化研究。

2.5 新冠疫情影響下的海上試驗國際合作有待擴展

受新冠疫情影響，“共享航次計劃”不能按期執(zhí)行或不能按照預定科學目標設計航線的情況頻發(fā)，這已制約到海洋科考活動的實效。從國際上主要的海洋觀測/探測計劃組織形式可知，國際合作已成為開展海洋科考調查的主要模式之一[7]。為此，需要加強與全球海洋觀測系統(tǒng)中的航次結合，擴展參與GO-SHIP等國際科考航次的深度與廣度；同時，可以探索與“21世紀海上絲綢之路”沿線國家的聯(lián)合海上科考航次合作機制，采取多種方式增強區(qū)域聯(lián)盟之間的跨區(qū)域、團體和技術的協(xié)作。

3 規(guī)范化海上試驗工作發(fā)展建議

經過近20年的發(fā)展，我國已經基本形成了規(guī)范化海上試驗工作體系，建立了系列海上試驗平臺，構建了統(tǒng)一的船時共享管理系統(tǒng)，制定了有效的規(guī)范化海試作業(yè)規(guī)范，但在多平臺聯(lián)合試驗、深遠海試驗場建設以及國際合作等方面還有待深化。面向“十四五”我國海洋科技發(fā)展，針對我國規(guī)范化海上試驗工作提出5點發(fā)展建議。

3.1 拓展構建多試驗平臺協(xié)作試驗機制

針對未來海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋資源探查、科學研究等對海洋儀器設備陣列化、體系化及協(xié)同探測試驗的要求，當前單平臺（如科考船、浮標、潛標、AUV等）搭載試驗方式不能滿足開展系統(tǒng)化試驗的需求，需要進一步拓展多平臺協(xié)作聯(lián)合試驗模式，包括多科考船協(xié)作、機固平臺組合、空海網電跨域協(xié)同試驗。

3.2 加強淺海試驗場統(tǒng)籌運行管理

當前在國家科技計劃、涉海行業(yè)部門、沿海地方政府支持下，涉海高校、科研院所及企業(yè)在我國沿海地區(qū)布局建設了一批淺海試驗基礎設施，但總體而言，試驗資源相對零散、試驗保障條件建設參差不齊，試驗場運行不夠規(guī)范，尚不能有效支撐行業(yè)及產業(yè)發(fā)展。需要對現(xiàn)有淺海試驗場設施進行系統(tǒng)梳理，強化試驗場建設的頂層設計和系統(tǒng)布局，提高試驗資源使用效率，在配套設施、制度建設、質量安全、運行管理等方面加強標準化建設，通過列入服務產品目錄、政府采購服務等引導淺海試驗場規(guī)劃建設和發(fā)展。

3.3 加強深遠海試驗場建設布局

隨著海洋科技向深遠海邁進，深海儀器設備和裝備試驗需求大幅增加，需要針對大深度傳感器、深海儀器設備、通用技術（能源、材料、核心部件等）、運載平臺（潛水器），以及深海底觀測設備（深海著陸器、海床基、海底實驗室）等深海儀器與裝備，面向大深度試驗場區(qū)選址、試驗搭載平臺選擇、試驗環(huán)境場景構建、深海能源通信保障、試驗態(tài)勢生成、常態(tài)式試驗等任務需求，針對不同試驗對象、研究測試內容開展深海試驗場的建設。

3.4 加強海洋科學數(shù)據(jù)的匯交和共享

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)資源共享受到了越來越多人的關注。為便于將海洋科學研究產生的大量海洋科學數(shù)據(jù)進行存儲和共享，國家科學數(shù)據(jù)中心分別依托國家海洋信息中心和中國極地研究中心成立了國家海洋科學數(shù)據(jù)中心和國家極地科學數(shù)據(jù)中心，有關國家重點研發(fā)計劃項目在綜合績效評價階段需要提交在國家科學數(shù)據(jù)中心中的海洋科學數(shù)據(jù)匯交情況材料。為此，在確保知識產權的前提下，可以考慮將國家重點研發(fā)計劃資助項目在海上試驗階段所獲試驗數(shù)據(jù)和觀測資料，在國家海洋科學數(shù)據(jù)中心和國家極地科學數(shù)據(jù)中心進行匯交，并以數(shù)據(jù)中心出具的匯交證明作為項目綜合績效評價階段的科學數(shù)據(jù)考核內容，進而促進規(guī)范化海上試驗所獲數(shù)據(jù)資料的共享共用。

3.5 積極對接國際海試資源，拓展國際合作

當前，促進全球海洋科學和技術研究，推動全球綜合性海洋觀測網計劃的實現(xiàn)已成為國際海洋界的共識。積極推動規(guī)范化海上試驗國際科技合作平臺的建設將有助于加深對全球及區(qū)域海洋的科學認知，進而為全球及區(qū)域層面的海洋管理和可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。通過深入調研國內外各類海試資源的共享機制，結合我國自主海洋儀器設備研發(fā)特點和全球海洋立體觀測網建設的階段性需求，借鑒歐洲的船時互換系統(tǒng)，探索我國海上試驗和國際海試資源的合作互聯(lián)?！笆奈濉逼陂g，規(guī)范化海上試驗工作可充分依靠科技部與國家相關機構既有的雙多邊合作機制，積極推進國際海上試驗合作研究，拓展我國在國際海洋科學合作的空間。