淺析海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

摘要：伴隨著海洋環(huán)境觀測(cè)技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，世界各國(guó)逐步意識(shí)到海洋環(huán)境觀測(cè)技術(shù)及數(shù)據(jù)的重要性，在此背景下，為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)建海洋強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)，世界各國(guó)紛紛開(kāi)發(fā)了海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)。本文針對(duì)海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)的概念及重要性，國(guó)內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并提出了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以此為海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境;移動(dòng)平臺(tái);觀測(cè)技術(shù);發(fā)展趨勢(shì)

一、引言

海洋環(huán)境移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)指的是一種無(wú)人航行器，應(yīng)用可集成傳感器、信息傳輸以及航行控制系統(tǒng)，在海洋環(huán)境中開(kāi)展環(huán)境感知、作業(yè)以及收集情報(bào)數(shù)據(jù)等。主要的平臺(tái)包含無(wú)人水下航行器、水下滑翔機(jī)、水面無(wú)人艇以及半潛航行器等[1]。同時(shí)也包含自持式深海剖面探測(cè)浮標(biāo)、表面漂流浮標(biāo)等，可以第一時(shí)間獲得有價(jià)值的信息資料。

新世紀(jì)以來(lái)，海洋觀測(cè)技術(shù)呈現(xiàn)立體、實(shí)時(shí)以及多樣性的趨勢(shì)，海洋觀測(cè)資料及數(shù)據(jù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越頻繁，也海洋資源、海洋生態(tài)以及軍事等進(jìn)行了緊密的結(jié)合，促使海洋觀測(cè)技術(shù)成為我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)該技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行剖析，同時(shí)提出未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以此為海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展提供一定的參考。

二、國(guó)內(nèi)外海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）無(wú)人水下航行器

無(wú)人水下航行器指的是能夠通過(guò)預(yù)編程或者自我調(diào)整完成自主驅(qū)動(dòng)的水下航行器，但是部分功能需要少量監(jiān)控。纜控航行器與自主水下航行器等都是無(wú)人水下航行器在實(shí)際應(yīng)用中常用的平臺(tái)。國(guó)際中較為知名的無(wú)人水下航行器有REMUS-6000、Talisman 等，被廣泛的應(yīng)用于水下打撈與搜救工作，在其中發(fā)揮出強(qiáng)大的輔助功能[2]。我國(guó)自主研發(fā)的 4500m無(wú)人遙控潛水器海龍2號(hào)能夠 深入3500m水深的區(qū)域開(kāi)展作業(yè)，同時(shí)能夠適應(yīng)海底高溫與復(fù)雜地形環(huán)境等。

（二）水下滑翔機(jī)

水下滑翔機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種低速航行器，具有低能耗的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)內(nèi)部浮力變化來(lái)推動(dòng)其做鋸齒狀滑翔運(yùn)動(dòng)，與水下無(wú)人航行器比較而言，其技術(shù)原理相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)，水下滑翔機(jī)能夠遠(yuǎn)距離航行，且噪聲低，便于在海洋觀測(cè)之中廣泛應(yīng)用。早期的水下滑翔機(jī)體型相對(duì)較小，質(zhì)量較輕，僅為50Kg。后經(jīng)美國(guó)海軍研制改造的Exocetus，運(yùn)用了自適應(yīng)壓載技術(shù)，能夠在近岸海域之中獲得廣泛的應(yīng)用。我國(guó)在此方面，已經(jīng)研發(fā)了“海燕”、“Sea Wing”、 “C-Clider”等水下滑翔機(jī)，且都已經(jīng)進(jìn)入到了試驗(yàn)階段，短期之內(nèi)也會(huì)投入實(shí)際的應(yīng)用之中[3]。

（三）波浪能滑翔器

波浪能滑翔器主要依靠海浪在深度上形成的勢(shì)能差。如果海水擁有輕微的波動(dòng)，就能夠促使滑翔器將海水轉(zhuǎn)換為推動(dòng)力。所以，此技術(shù)擁有節(jié)省能耗的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，波浪能滑翔器能夠?qū)λ吓c水下的環(huán)境同時(shí)開(kāi)展監(jiān)測(cè)，所應(yīng)用的范圍也更加廣泛。美國(guó)Liquid Robotics公司的波浪能滑翔器是市場(chǎng)的寵兒[4]。我國(guó)已經(jīng)關(guān)注到了此方面的優(yōu)勢(shì)，與美國(guó)相較，雖然還有一定的差距，但是整體的研究也在深入開(kāi)展。

（四）漂流浮標(biāo)

目前，Argo浮標(biāo)成為市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的漂流浮標(biāo)類型，也就是循環(huán)剖面漂流浮標(biāo)。這一類型的浮標(biāo)能夠搭載不同的傳感器實(shí)施工作，因此可以在此基礎(chǔ)上構(gòu)建實(shí)時(shí)且分辨率高的全球海洋中上層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該浮標(biāo)的應(yīng)用，能夠迅速有效的收集全球海洋上層的海水溫度、鹽度剖面數(shù)據(jù)等，并對(duì)后期研究工作的實(shí)施形成良好的輔助作用。目前市場(chǎng)上所應(yīng)用的Argo浮標(biāo)型號(hào)主要有兩種，包括APEX、PROVOR 等[5]。同時(shí)C-Argo是由我國(guó)自主研發(fā)的技術(shù)，在國(guó)際Argo計(jì)劃之中獲得了一定程度的關(guān)注。

（五）無(wú)人遙控艇

無(wú)人遙控艇集成了船舶設(shè)計(jì)與智能控制技術(shù)，因此較上述四種而言，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，功能也有多樣性?？梢杂行У谋O(jiān)測(cè)氣象水文情況、天空狀況等，監(jiān)控結(jié)果的展示類型較為豐富，包括視頻與圖像等多種樣式。以目前的發(fā)展實(shí)際分析，美國(guó)海軍研發(fā)的“梟”已經(jīng)在作戰(zhàn)與演習(xí)海域、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)區(qū)域等獲得了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)沈陽(yáng)新光公司所研發(fā)的氣象觀測(cè)無(wú)人艇也已經(jīng)投入使用。

（六）半潛式航行器

半潛式航行器一般指的是航行主體在水下，而通氣桅管是在水面上的，利用柴電混合推動(dòng)工作。相較于無(wú)人水下航行器，該類型的航行器動(dòng)力足，速度快且搭載能力強(qiáng)，優(yōu)勢(shì)明顯。但是也存在些許不足之處，操作系統(tǒng)較為復(fù)雜且體積較大?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，美國(guó)在此方面的研發(fā)成果豐富，我國(guó)研制的半潛式航行器通過(guò)了湖試階段，現(xiàn)進(jìn)一步研發(fā)與試驗(yàn)之中。

三、海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，世界海洋強(qiáng)國(guó)都紛紛開(kāi)展移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)，主要向著高性能、高可靠度方面發(fā)展，水下環(huán)境移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，且廣泛應(yīng)用于海洋觀測(cè)計(jì)劃與軍事應(yīng)用 之中。水下移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)的高性能需要集合先進(jìn)的導(dǎo)航操控系統(tǒng)、能源與推進(jìn)系統(tǒng)以及通信與環(huán)境感知技術(shù)等，所以海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)的研發(fā)與單項(xiàng)技術(shù)、設(shè)備研發(fā)等都有著密切的聯(lián)系。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)如下。

首先，向著通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化以及體系化的方向發(fā)展，以此來(lái)節(jié)約 成本，提升產(chǎn)品的可靠性。其次，提升傳感器與設(shè)備的精度，通過(guò)高性能微處理器來(lái)促進(jìn)產(chǎn)品智能化程度的提升，同時(shí)強(qiáng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)，提高自主性能。再者，提升能源供應(yīng)動(dòng)力，拓展工作時(shí)間，提升航速或者航行距離。通過(guò)新材料來(lái)提高平臺(tái)載體的抗壓防腐水平，向更深層的觀測(cè)程度發(fā)展[6]。最后，強(qiáng)化各項(xiàng)保障條件的完善，提升技術(shù)研發(fā)效率，提高成果轉(zhuǎn)化率。

十九大提出“堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”，這一國(guó)家戰(zhàn)略是海洋發(fā)展的重要指導(dǎo)思想，應(yīng)當(dāng)從基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，整合現(xiàn)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，向著國(guó)際先進(jìn)水平發(fā)展，研發(fā)更具實(shí)力的產(chǎn)品，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)監(jiān)測(cè)技術(shù)的新發(fā)展。因此，在發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重視以下幾方面的原則，同時(shí)本文提出些許的建議。

第一，深海遠(yuǎn)程是未來(lái)發(fā)展的重要方向。海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)的根本是遠(yuǎn)航程，海洋之中有90%的面積都是深海，因此需要將更遠(yuǎn)更深區(qū)域作為技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向，以此發(fā)揮技術(shù)的最大價(jià)值，

第二，提升海洋 維權(quán)執(zhí)法平臺(tái)裝備性能，一方面要重視維權(quán)艦船的建設(shè)，另一方面也需要開(kāi)展無(wú)人自主平臺(tái)技術(shù)的同步發(fā)展，包括環(huán)境感知、取證系統(tǒng)以及干擾對(duì)抗系統(tǒng)等。

第三，提高能源應(yīng)用水平。燃料電池的研發(fā)應(yīng)當(dāng)向著壽命長(zhǎng)、工作性能高以及能量效率高的方向發(fā)展。通過(guò)海洋能來(lái)解決小型移動(dòng)平臺(tái)長(zhǎng)期自主工作的能源補(bǔ)給及現(xiàn)場(chǎng)充電補(bǔ)充等。

第四，提升隱蔽自主導(dǎo)航功能，增強(qiáng)針對(duì)水下復(fù)雜工作環(huán)境的平臺(tái)研發(fā)，提升設(shè)備的自主智能控制系統(tǒng)，更新知識(shí)庫(kù)，強(qiáng)化長(zhǎng)時(shí)間隱身能力移動(dòng)平臺(tái)建設(shè)等，并著力開(kāi)展相關(guān)配套研發(fā)工作，如陀螺、加速儀、地形跟蹤與地磁導(dǎo)航等新型傳感器的性能提升。

第五，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)的協(xié)同工作，提升海洋環(huán)境觀測(cè)、偵查的同步實(shí)施，擴(kuò)大偵測(cè)的范圍，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展對(duì)于我國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)及軍事領(lǐng)域具有重要的意義。本文針對(duì)海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及建議。以期能夠促進(jìn)海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)性能的提升，強(qiáng)化各平臺(tái)的協(xié)作能力，實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國(guó)的發(fā)展目標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介：許冠軍（1994-），男，山東臨沂人，山東交通學(xué)院研究生，E-mail： 1511643369@qq.com