海洋环境移动平台观测技术发展趋势分析 - 海洋环境监测技术发展趋势

作者：王鑫，辽宁大连人，91439 部队，助理工程师，研究方向为水文气象，来源：《科技创新与应用》（2019年第5期）、澎湃新闻、上海证券报、蓝鲸产经、新浪财经等，转自：溪流之海洋人生 " z0 T: \# [" X5 X

随着海洋观测领域的不断发展，越来越多的国家意识到了海洋观测资料及数据的重要性，在这样的背景之下，为了实现构建海洋强国的目标，相关单位必须将对各类观测技术的研究和应用重视起来。对于本文所讨论的问题来说，海洋环境移动平台观测技术是对导航控制、通信传输等技术的综合，通过这一技术的应用，动力要素、声学要素、气象、地质、海洋生物等现场观测工作都将能得到很好的辅助，结合现状来看，这一技术已经成为了深远海区域开发过程中的核心技术，而由于移动平台观测技术在我国国内的发展和应用仍与部分发达国家存在一定差距，为了缩小这样的差距，保障我国在海洋观测领域中的强国地位，针对这一技术未来的发展趋势进行研究是非常有必要的。本文将在后续内容中对这一技术未来主要的发展方向进行深入探究，并提出对应的发展建议。

2 \7 V4 u/ h/ [4 A

“海燕”水下滑翔机

0 V$ I9 [* }3 y( H6 I r, O. X

一、移动平台观测技术发展现状

⒈无人水下航行器

从定义上来说，无人水下航行器主要是指：自主驱动的无人水下航行器，可以通过预编程或自我调整来完全自主的执行任务，部分则需要少量监视控制，与其他平台无系留或仅以通信缆系留。在实际应用过程中，缆控航行器、自主水下航行器等都属于此类。在国际上，较为著名的无人水下航行器平台主要包含REMUS-6000、Talisman等，这些平台已经被广泛的应用于水下打捞、搜救等工作之中，并发挥出了极大的辅助作用。在我国国内，我国自主研发的4500m无人遥控潜水器海龙2号已经能在3500m水深、海底高温以及复杂地形等特殊环境下展开作业。

, U4 w' v9 J, \% \) [7 i! r' U/ l

⒉水下滑翔机

水下滑翔机在实际应用过程中将会以低能耗的形式做锯齿状滑翔运动，本质上是一种低速航行器，相较于水下无人航行器来说，此类观测技术原理更为简单，主要依靠内部浮力的变化来推进，同时具备航行距离远、噪声低等优势，因此在海洋观测中得到了广泛的应用。水下滑翔机早期体型相对较小，重量约为50kg左右，而为了将此类观测技术应用到近岸海域之中，在美国海军资助下研制的Exocetus及其特有的自适应压载技术得到了更为广泛的应用。在我国国内，“海燕”、“Sea Wing”、“C-Clider”等水下滑翔机都已经进入了试验阶段，短期内将能投入实际应用。

7 n; Y, X1 t& D% @- K( Q

' k' R, a; K# |3 D, Z

“黑珍珠”波浪滑翔器

⒊波浪能滑翔器

8 E; W3 _1 R7 [! s

顾名思义，波浪能滑翔器的驱动能力主要来源于海浪在深度上所形成的势能差，只要海水有轻微的波动，这一滑翔器就能将其转换为向前的推进力，因此，从能耗方面，波浪能滑翔器具备极强的优势。另一方面，波浪能滑翔器可以同时对水下及水上环境进行观测，因此，实际的应用范围也要更广一些，现阶段市场上的波浪能滑翔器主要生产于美国Liquid Robotics公司。对于此类仪器在我国国内的研发和应用来说，虽然国家已经注意到了波浪能滑翔器在海洋观测中的独特地位，但整体的研究进程仍处于起步阶段，与国际上仍存在一定差距。

: k* d6 o2 `/ Y& ^5 z

⒋漂流浮标

现阶段市场上应用最为广泛的漂流浮标类型为Argo浮标，即循环剖面漂流浮标。此类浮标能搭载不同的传感器展开工作，进而在此基础上构建一个实时、高分辨率的全球海洋中上层监测系统。通过Argo浮标的应用，全球海洋上层的海水温度、盐度剖面等数据将能得到迅速、有效的收集，辅助后续研究工作的高效开展。现阶段市场上所应用的Argo 浮标型号主要为APEX、PROVOR等，由我国自主研发的C-Argo也已经在国际Argo计划中得到了一定程度的应用。

云洲L30A型无人艇

+ x6 j9 {5 b: G6 J- h: b, y

⒌无人遥控艇

1 C$ a( L7 `# Z. }' m+ N D+ t3 G

与上述内容相比较，无人遥控艇的结构更为复杂，功能也更加多样，这一系统中集成了船舶设计、智能控制处理等技术，能有效监测气象水文要素、天空状况等，同时能以视频、图像等形式对监测结果进行显示。结合现状来看，由美国海军所研发的“枭”已经投入了实际应用之中，能够对作战、演习海域、台风活动海域等进行有效观测。在我国国内，由沈阳新光公司所推出的气象观测无人艇已经进入了实用阶段。

! r2 D! G* d7 Z$ M: e" S+ q

⒍半潜式航行器

3 E3 e- T. _6 M; T+ C

半潜式航行器主要是指航行主体在水下、通气桅管浮在水面，使用柴电混合的形式推进。与上文中提到的无人水下航行器相比较，这一类航行器具备动力大、速度快、搭载能力更强等优势，但同时也存在系统更为复杂、体积较大等缺陷。在国际上，美国对于半潜式航行器的研发和应用都处于领先地位，而我国研制的半潜式航行器已经通过了湖试验证。

3 C6 |$ k* ~, U' s+ x4 {

“海马”号作业级深海遥控潜水器

二、海洋环境观测移动平台主要构成及技术

9 s9 ], e. J& z- ]

⒈平台载体

' v- D4 \: v) t! e0 }2 L

针对平台载体的设计主要包含集成、协同、优化三个层次，而在模拟技术的支持之下，平台设计方案中存在的问题将能在设计阶段得到有效改善，从而避免移动平台在试验或实际应用过程中出现问题。

⒉能源与动力技术

0 O/ P3 W, ], r; ^& r

此类技术直接决定移动平台航程、航速、寿命等主要指标，同时也会对移动平台的安全性、可靠性、维修复杂性等产生影响。

⒊导航控制技术

* I* ]: u/ e* C5 F- O

这一技术主要用于保障移动平台依照预先设定好的路径航行，若实际运行过程中因为外界因素影响而出现了偏离航线的情况，那么这一技术则应能控制平台回到预定航线上，在这一技术的辅助之下，移动平台整体的可靠性将能得到有效提升，从而更好的完成预定任务。

; w: L4 c0 P# i9 R( }

⒋通信定位技术

这一技术的应用将能实现水下移动平台与遥控设备或岸基设备之间的信息传递，通常情况下，移动平台与控制设备之间的通信主要借助无线或微型通信来完成，部分平台则采用了水声与上述技术组合的方式来完成通信过程。

⒌低功耗技术

低功耗技术是对时序控制、综合管理、总线技术等的综合应用，在这一技术的作用之下，电功能模块的时序供电及协同、电源及信息的可靠传输与分配等问题都将能得到有效的解决。也就是说，通过低功耗技术的应用，移动平台整体的可靠性、安全性等都将更好的满足现有指标标准。

7 `! V3 Z+ D" O" @4 m7 b

⒍布放与回放技术

布放与回放技术主要是指对移动平台的布放和回放，这一技术是保障移动平台能重复应用的关键，同时，对于参与海洋观测的工作人员来说，在这一技术的支持之下，平台运作所需要的人力将能得到有效缩减，现场工作人员自身所需要承担的工作负荷也能在原有基础上有所降低。

$ s6 S9 U2 z$ L P$ y

⒎网络技术

网络技术的应用主要是为了实现移动平台之间的协同工作，进而将单个的移动平台视作网络节点，组建自组织网络，以信息共享、业务分配的形式完成水下作业任务。在后续发展过程中，移动平台与网络技术的结合也将成为主要的发展趋势。

2 |, Y$ D. z3 E$ m+ g) d

海洋石油981钻井平台

) d* J. ?* O) F$ D, _" q

三、发展趋势及发展建议

⒈主要发展趋势

& T+ F9 Q5 `1 F3 R( y/ ]6 L1 {

⑴通用化、模块化、标准化、体系化。现阶段市场上应用的移动平台虽然已经能在海洋观测领域发挥出一定作用，但同时，由于标准体系上的不一致，这些平台之间很难展开协作。标准体系的建立能有效解决这样的问题，同时能提升移动平台整体的可靠性。

⑵设备性能更高。随着海洋观测目的的不断变化，移动平台自然要通过设备性能的提升来满足这样的需求。在未来的发展过程中，相关研制单位必须能灵活的将高性能微处理器、智能化技术等应用起来。

! `2 ~. b& B/ V: h3 }' h- }& K

⑶能源供应能力不断提升。航速及航行距离是衡量移动平台性能的主要指标，而为了支撑移动平台的远距离航行或高速航行，现有的能源供应方法就必须做出一定改进，研制单位则应依据这样的需求研究新型能源及供电技术等在这一过程中的应用，不断提升移动平台能源供应能力。

; |# Z2 n, t) n( s. Z2 l; ~8 ]

⑷对新型材料的应用。随着观测深度的不断增加，水下环境也会更加复杂，而若移动平台无法应对水下环境中存在的各类影响因素，那么移动平台的安全性以及使用寿命等都将会因此而受到影响。为了针对这样的状况进行改善，研制单位就必须针对各类新型材料的应用进行研究，提升平台载体的耐压、防腐性能，不断增加观测深度。

⒉对海洋观测移动平台在我国国内的发展建议

, n5 Q! S( Y. N: \( C' D7 E, K

⑴将深海观测视作海洋观测的重点。深海面积占海洋总面积的90%，因此，在后续发展过程中，相关研制单位也必须将移动平台航速、航行距离、耐压能力等的提升视作研究重点，以此来保障我国始终能在海洋领域占据领导地位。

⑵重视能源等基础技术水平的提升。海洋观测移动平台的研发和应用都需要大量的资金支撑，而能源等基础技术则是提升这一平台使用寿命、利用效率等的关键，因此，相关研制单位应将此类基础技术的发展重视起来，通过新型能源的应用来解决现阶段电池在实际应用过程中存在的问题。

⑶不断提升移动平台协同工作能力。多个移动平台之间的协同工作将能更高效的完成部分复杂任务，海洋观测或侦查的同步性、时效性、侦测范围等都将能得到有效提升，因此，相关研发单位必须将这一工作视作移动平台研发的重点内容，以此来不断扩大移动平台在海洋观测领域的应用范围。

四、结束语

综上所述，在对海洋观测移动平台发展现状进行介绍的基础之上，本文主要针对移动平台未来的发展方向做了深入研究，并提出了具体的发展建议。结合这些内容，我国相关研制单位必须能将移动平台性能及协作能力等的提升等重视起来，不断提升自主研发移动平台的能力，实现海洋强国的发展目标。

“探索”号AUV回收

2 h3 ]6 s0 ]$ |$ o5 o 0 g" }! W% R* d$ x