臺州市近岸海域在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建與應用

孫標

臺州市水產(chǎn)技術(shù)推廣總站 浙江 臺州 318000

1 系統(tǒng)項目背景

臺州市是位于浙江省沿海中部的海洋大市，有6個沿?？h市區(qū)瀕臨東海，管轄海域面積約6910平方公里，大陸海岸線約長726公里；島嶼921個，其中無居民海島894個，海島岸線長約870公里。臺州市是全國漁業(yè)大市，也是漁港大市，全市共有各類漁船5000余艘，漁港及漁業(yè)港區(qū)44處，其中國家中心漁港和一級漁港各3座。近年來，隨著臺州區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展，沿海區(qū)域進行了超幅度的利用開發(fā)，導致大量的廢棄污染物流入大海，由此引發(fā)了海水水質(zhì)惡化、赤潮多發(fā)等一系列問題，對當?shù)氐纳鐣?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了一定程度的影響。2010年，浙江省全面啟動近岸海域浮標在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)工程，椒江大陳被納入首批試點，進而推進了臺州近岸海域在線監(jiān)測系統(tǒng)的全海域布設(shè)工程[1]。

2 系統(tǒng)建設(shè)

臺州市從2010年開始啟動近岸海域在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，于2012年8月在臺州灣大陳海域布放了第一個浮標（型號：FSH2000-1B），2012年12月在大陳海域全面建成了臺州市第一套生態(tài)浮標在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對大陳海域水文氣象、常規(guī)水質(zhì)和營養(yǎng)鹽等19個參數(shù)的長期、連續(xù)、自動監(jiān)測。

2012年開始在樂清灣溫嶺濱海旅游區(qū)海域開展海濱浮標在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，2013年8月開始在溫嶺海域布放海濱浮標（型號：FHS1200），2014年4月建成了臺州市第一套海濱浮標在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫嶺濱海旅游區(qū)海域水文氣象和常規(guī)水質(zhì)等15個參數(shù)的長期、連續(xù)、自動監(jiān)測。

2014年開始在三門灣海域開展生態(tài)浮標在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，2015年8月開始在三門灣海域布放生態(tài)浮標（型號：FHS3000），2015年12月全面建成系統(tǒng)，實現(xiàn)對三門灣養(yǎng)殖區(qū)海域水文氣象和常規(guī)水質(zhì)等19個參數(shù)的長期、連續(xù)、自動監(jiān)測。

2019年開始在樂清灣玉環(huán)國家海洋公園海域開展生態(tài)浮標系統(tǒng)建設(shè)，2019年12月在披山海域布放浮標（型號：FSH-2000），并全面建成系統(tǒng)，實現(xiàn)對樂清灣玉環(huán)海域水文氣象和常規(guī)水質(zhì)等15個參數(shù)的長期、連續(xù)、自動監(jiān)測。

截至目前，臺州市已建成覆蓋臺州灣、樂清灣、三門灣等三灣海域的在線監(jiān)測系統(tǒng)。在線監(jiān)測系統(tǒng)包括海上自動監(jiān)測浮標系統(tǒng)、數(shù)字化監(jiān)控平臺、在線監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)等。

2.1 海上浮標

目前，臺州市投建完成并持續(xù)有效運行的浮標設(shè)備共有4套，其中生態(tài)浮標3套，海濱浮標1套。自投入使用后，全市4套浮標系統(tǒng)基本穩(wěn)定運行，除了極端天氣進行浮標拖回等應急處理外，其他時候浮標錨系牢固，運用GPS定位系統(tǒng)能準確定位到浮標布放點，并保障在線數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定。監(jiān)測參數(shù)覆蓋了海水水質(zhì)、氣象、營養(yǎng)鹽、磷酸鹽、光照、紫外線等參數(shù)[2]。

2.2 監(jiān)控平臺

為實現(xiàn)對全市已投放的浮標在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)控、分析，臺州市構(gòu)建了市、縣兩級平臺，用以實現(xiàn)海洋在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)字化運用。包括市本級監(jiān)控分析平臺1個，縣（市、區(qū)）級平臺4個。

為保障臺州市在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)字化監(jiān)控平臺的業(yè)務(wù)化運行管理，保證正常接收的實時在線監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，臺州市嚴格執(zhí)行《浙江省近岸海域浮標在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)字化監(jiān)控平臺管理制度（試行）》。2014年以來，針對浮標監(jiān)控值班采取專人專管的方式，進行浮標監(jiān)測數(shù)據(jù)的每日監(jiān)控，并作定時記錄，一旦在浮標監(jiān)控值守過程發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)浮動劇烈、數(shù)據(jù)缺失、浮標走位、葉綠素上升明顯等異常情況，根據(jù)規(guī)定及時采取應急措施，并向省廳、系統(tǒng)維護方等相關(guān)單位進行通報。

2.3 室外LED大屏

在溫嶺釣浜建設(shè)了室外LED大屏的數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)，根據(jù)實時數(shù)據(jù)進行溫嶺海濱浮標在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及預警信息的發(fā)布，并及時推送海洋相關(guān)政策、通知等，主要用于指導所在地濱海旅游相關(guān)事宜。通過委托管理，確保LED大屏信息發(fā)布系統(tǒng)實時有效，確保其發(fā)布的相關(guān)信息流暢、規(guī)范。

2.4 海洋環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)

臺州市4套在線監(jiān)測浮標集成于海洋環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)，納入杭州應用聲學研究所開發(fā)的全省浮標運維管理平臺，并進行后臺運維管理，省、市、縣三級擁有不同管理權(quán)限，具有實時監(jiān)控、診斷、數(shù)據(jù)采集、預警信息、浮標管理、GPS信息、統(tǒng)計分析、報表生成等功能。通過監(jiān)控系統(tǒng)中相關(guān)臨界值功能模塊的設(shè)置，實現(xiàn)對系統(tǒng)中各項異常情況的實時監(jiān)控，包括電源故障、內(nèi)艙進水、數(shù)據(jù)異常、浮標移位等，并通過發(fā)送短信對有關(guān)人員進行報警提醒。在監(jiān)控軟件的預警信息功能模塊里設(shè)置了歷史查詢功能，能回溯近期發(fā)生的異常情況，分類別分區(qū)間查看警報訊息[3]。

3 運行維護

3.1 浮標監(jiān)測數(shù)據(jù)接收率、有效率

監(jiān)測數(shù)據(jù)接收率=100%×（實際接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)個數(shù)–測試期間數(shù)據(jù)個數(shù)–船撞期間數(shù)據(jù)個數(shù)–臺風故障期間數(shù)據(jù)個數(shù)）/（根據(jù)測量周期計算的應接收的現(xiàn)場設(shè)備測量數(shù)據(jù)個數(shù)–測試數(shù)據(jù)個數(shù)–船撞期間數(shù)據(jù)個數(shù)–臺風故障期間數(shù)據(jù)個數(shù)）。監(jiān)測數(shù)據(jù)有效率=100%×（實際接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)個數(shù)–測試期間數(shù)據(jù)個數(shù)–船撞期間數(shù)據(jù)個數(shù)–臺風故障期間數(shù)據(jù)個數(shù)）/（根據(jù)測量周期計算的應接收的現(xiàn)場設(shè)備測量數(shù)據(jù)個數(shù)–測試數(shù)據(jù)個數(shù)–船撞期間數(shù)據(jù)個數(shù)–臺風故障期間數(shù)據(jù)個數(shù)）。經(jīng)統(tǒng)計，自大陳生態(tài)浮標、溫嶺海濱浮標、三門灣生態(tài)浮標、玉環(huán)生態(tài)浮標等四套在線監(jiān)測系統(tǒng)建成以來，監(jiān)測數(shù)據(jù)接收率都達到92%以上，監(jiān)測數(shù)據(jù)有效率都達到90%以上，高于項目維護運行中設(shè)定的意向目標值[4]。

3.2 浮標數(shù)據(jù)比對

在進行生態(tài)浮標投放前，需要對設(shè)備進行多次的測試、校對，為保障浮標監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確度和精確度，還需要進行數(shù)據(jù)質(zhì)控。常規(guī)并廣泛實施的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法是開展比對監(jiān)測和偏差分析，也就是浮標監(jiān)測與人工現(xiàn)場監(jiān)測同時進行，再將兩套數(shù)據(jù)進行偏差分析。自第一個生態(tài)浮標布投開始，臺州市就嚴格執(zhí)行相關(guān)文件要求，在接連經(jīng)歷實驗室改革、機構(gòu)改革的情況下，繼續(xù)推進保障數(shù)據(jù)比對工作，共組織實施浮標在線監(jiān)測系統(tǒng)的比對監(jiān)測100多航次。比對參數(shù)包括水溫、pH、鹽度、溶解氧、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨、磷酸鹽、葉綠素、濁度等10項參數(shù)，共獲取數(shù)據(jù)4000余組。

3.3 浮標系統(tǒng)運行維護

生態(tài)浮標系統(tǒng)、傳感器長期受到惡劣的海域環(huán)境影響，其精準度及相關(guān)參數(shù)會產(chǎn)生一定程度的偏離。為了確保自動監(jiān)測浮標系統(tǒng)正常運行，省廳每年撥付浮標運維專項資金，對浮標布放水域?qū)嵤┤旌驅(qū)崟r監(jiān)控，并將生成的監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻圖像通過電腦平臺、專用通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿鶎俦O(jiān)測部門的監(jiān)控設(shè)備上。運行維護工作主要涉及傳感器、岸站接收系統(tǒng)、浮標體及錨系三大部分，主要包括日巡視、日常維護、應急維護、年度維護及維修更新等[5]。

4 成果應用

項目建設(shè)以來，臺州市近岸海域在線監(jiān)測系統(tǒng)每隔15分鐘可以獲取氣象、高度等參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，每隔1小時可以獲取水質(zhì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，每隔4小時可以獲取營養(yǎng)鹽的監(jiān)測數(shù)據(jù)，自2012年至今，獲取了海量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。如何利用好、發(fā)揮好這些海量數(shù)據(jù)的作用，成為我市近年以來的工作重點和難點。近10年來，東海、南海、黃海、渤海等四大海域所在的如浙江、上海、廣東、廣西、海南、山東、河北等沿海省份，陸續(xù)都在當?shù)厮鶎俸Ｓ蛲斗帕怂|(zhì)在線監(jiān)測浮標，也一定程度上開展了監(jiān)測數(shù)據(jù)的應用研究，主要應用于前期的赤潮監(jiān)測預警報。臺州市長期跟進探究在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的開發(fā)與成果應用，目前初步應用于濱海旅游區(qū)LED大屏實時數(shù)據(jù)發(fā)布和赤潮前期預警報。

4.1 溫嶺濱海旅游區(qū)LED大屏實時數(shù)據(jù)發(fā)布

溫嶺釣浜的室外LED大屏是發(fā)布實時當?shù)貫I海旅游區(qū)的海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)及預警信息最直接最便捷的窗口。其原理主要是利用海濱浮標獲取的水溫、鹽度、濁度、pH、DO和葉綠素a等數(shù)據(jù)，對照附近海洋觀測站點的波浪數(shù)據(jù)，初步形成海濱浮標在線監(jiān)測數(shù)據(jù)應用產(chǎn)品，并進行實時發(fā)布[6]。

4.2 赤潮前期預警報

赤潮是一種海洋生態(tài)異常的現(xiàn)象，它是由赤潮藻在一定的海洋環(huán)境條件下急速增長繁殖而形成的，臺州海域常見的赤潮藻類為東海原甲藻、米氏凱倫藻等。通過近幾年的海洋觀測來看，浙江省近岸海域赤潮發(fā)生的頻次未見減少，因此做好赤潮監(jiān)視監(jiān)測工作，是當前海洋生態(tài)預警工作的重點。根據(jù)對臺州海域赤潮頻發(fā)期相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，需要重點關(guān)注赤潮發(fā)生的兩個關(guān)鍵條件：一是關(guān)鍵水質(zhì)指標的臨界值是否已經(jīng)超出；二是關(guān)鍵的海水水質(zhì)指標是否出現(xiàn)上下幅度較大的情況。初步搭建起由葉綠素、溶解氧飽和度、pH和天氣狀況等重要指標組成的海域赤潮預警體系框架，確定相應的臨界值，并結(jié)合省廳的衛(wèi)星研判，開展赤潮前期預警工作[7]。

5 結(jié)束語

本文主要講述了臺州市海洋水質(zhì)浮標在線監(jiān)測系統(tǒng)浮標系統(tǒng)建設(shè)、監(jiān)控平臺建設(shè)、信息管理系統(tǒng)建設(shè)和運行維護管理方面的內(nèi)容，并介紹了海洋浮標監(jiān)測數(shù)據(jù)的初步應用。自2012年8月至今，臺州全市海域陸續(xù)投放了4套浮標。近十年來，海洋在線監(jiān)測浮標系統(tǒng)的運行愈發(fā)穩(wěn)定，相關(guān)功能逐步升級完善，這表示使用海洋水質(zhì)監(jiān)測浮標對特定海域開展實時在線監(jiān)測是具有可行性的。

臺州市近岸海域在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)全面實現(xiàn)了由瞬時監(jiān)測、定期監(jiān)測向過程監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)測的提升，實現(xiàn)了海洋環(huán)境由現(xiàn)狀描述到趨勢評價與預測的跨越。運用在線監(jiān)測系統(tǒng)長期、連續(xù)、準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為臺州市、縣兩級海洋生態(tài)預警預報、海洋防災減災決策提供了依據(jù)，也積累了海量的監(jiān)測資料，為后續(xù)的進一步利用沉淀了深厚的底蘊，該項目建設(shè)取得了一定的社會生態(tài)效益。

今后，近岸海域在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)將不斷細化深入，浮標監(jiān)測數(shù)據(jù)必將發(fā)揮更大的作用。而要進一步發(fā)揮好在線監(jiān)測系統(tǒng)的作用，關(guān)鍵難題是浮標傳感器技術(shù)，重點問題是浮標監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，最后的目標就是推進浮標監(jiān)測數(shù)據(jù)的實踐應用。