|
移动观测平台 自古以来，人类对那片蔚蓝神秘的大海总是充满了无尽的渴望和幻想。 那波光粼粼的水面下埋藏了什么秘密？ 那周而复始、生生不息的律动，是否是大海的呼吸？ 然而，由于技术限制和科技的落后，一代又一代先人怀抱着种种猜测与遗憾长眠于地下。 而今天的我们终于能够凭借海洋科学的发展，获取各种海洋的观测数据，研究海洋中的科学知识，一步步揭开海洋遮掩亿年的面纱。海洋数据的获取离不开无数个传感器夜以继日的观测，而传感器正是凭借着移动观测平台的承载，才能前往无垠的大海，才能深入大海内部，到指定地点采集珍贵的数据。 如果说数据的观测是探寻海洋的基石，那么移动观测平台就是孕育这块基石的温床。 你知道移动观测平台是什么吗？ 移动观测平台是人类认识海洋的步伐由近海到深远海迈进所借助的水下核心系统平台。
# a4 [: l- v+ B4 ]! }" V接下来，让我们从以下几个方面来初步认识移动观测平台： 移动观测平台的分类 无人水下航行器 水下滑翔机 波浪能滑翔器 漂流浮标 无人遥控艇 半潜式航行器 9 c3 E) v) c& ?
0 E. [9 [, A* `! B
移动观测平台的例子 AUV AUG ROV $ T, \9 H: _. b0 K3 Z
1 R3 }. b* y/ ^# G移动观测平台的优点 智能化 多栖化 低成本化 低能耗化 探索和识别技术 可靠性设计
2 o2 P) q, ?& h3 j# \2 O8 y
9 M, c# \4 s e" \% X! j6 L
移动观测平台配套技术及发展 能源动力技术 导航控制技术 通信定位技术 低功耗技术 布放回收技术 网络信息技术
4 Z7 q9 }" a. \3 y; X
" w( Q4 [. K% Z" o移动观测平台的分类 因为采集数据的地点、种类和要求不同，现在的移动观测平台重要分为以下六种： - U2 ~8 N5 d: {6 U7 m
1.无人水下航行器 无人水下航行器属于航行器的一种，用以进行海洋研究任务。具有小型化、智能化、机动范围大和隐蔽性好等特点。
2.水下滑翔机 水下滑翔机本质上是一种低速航行器，主要依靠内部浮力的变化来推进。具有航行距离远，噪声低等特点，但遇上大风浪情况可能会出现“随波逐流”的情形。
3.波浪能滑翔器 波浪能滑翔器是一种新型海洋移动观测平台。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，波浪能滑翔器由三部分构成——水面艇，挂缆，水下驱动单元，可装载CTD，ADCP等设备进行海洋调查任务。
4.漂流浮标 在海面或一定深度随海流漂动的浮标，用卫星或声学方法获得其位置信息。目前应用最广的漂流浮标为Argo浮标，Argo浮标时间间隔一般为7-10天，Argo目前数据具有全球共享平台，各国投放设备，数据进行共享。
5.无人遥控艇 与上述几种平台相比，无人遥控艇结构更为复杂，这一系统集成了船舶设计，智能控制处理等技术，此类设备搭载传感器可进行科学调查研究任务，但搭载军用设备可进行军事任务，国外对外管控制约严格。
6.半潜式航行器 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。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。
部分国内外移动观测平台的例子 AUV 20世纪50年代末期，世界上第一台真正意义上的 AUV 系统平台“SPURV”在美国华盛顿大学问世，主要用于水文调查。经过几十年的发展，AUV 技术在20世纪90年代开始进入迅速发展阶段，以美国为代表的世界海洋强国纷纷研制出系列化 AUV 系统。
国外的部分AUV图片 我国于20世纪90年代开始研制 AUV 系统平台，经过30年的潜心研究先后研发出一系列的AUV 装备产品。 “潜龙一号” AUV 是我国第一台实用化的深海AUV，下潜深度达到6000m，多次承担多金属结核区域的探测任务。“潜龙二号” AUV 在“潜龙一号”的基础上进行了优化，具有非回转体立扁水动力外形，能够适应西南印度洋热液区复杂地形作业。
国内潜龙一号（左）与潜龙二号（右） AUG AUG发展自深潜浮标，样机的研究始于美国，在深潜浮标的基础上增加机翼与姿态调节机构。 2006年，UWAPL 在先前基础上，又开发出设计深度6000m的 “Deep-Seaglider” 滑翔机，该深度可覆盖地球上98%的海洋。ASCA在欧盟的支持下，研制了设计深度6000m的 “Ultra-Deep Explorer” 滑翔机。2017年3月，在马里亚纳海沟的试验中，“海翼”号滑翔机下潜深度达到了6329m，是当时的 AUG 潜深世界纪录。天津大学的“海燕”系列 AUG 不断创造潜深纪录，并在2020年的试验中达到了10619m的潜水深度，这也是目前 AUG 的潜深世界纪录。
部分AUG图片 ROV 国外对ROV的研究起步早且技术成熟，国外发展现状如下表所示。
国内ROV的研究工作起步较晚且技术相对落后，国内仪器信息如下表所示。
移动观测平台的优点 01 智能化 在控制和信息处理系统中，采用图像识别、人工智能技术、大容量的知识库系统，以提高信息处理能力和精密导航定位的随感能力等。自主水下机器人将成为名符其实的海洋智能机器人。 02 多栖化 两栖(水面、水下)、三栖（水面、水下、空中）自主水下机器人将出现，融合天基、海基和水下等观测技术优点的新一代自主水下机器人将得到快速发展。 03 低成本化 由于面向海洋观测的移动自主观测平台技术的成熟和不断的推广,以及在石油和天然气等海洋工程方面的需求, 自主水下机器人将会进入商业应用的阶段,进入低成本化发展。 04 低功耗化 水下工作中，搭载的各种探测设备和作业设备所需能源大部分都由自身所携带的电源供应，多为电池等。而水下机器人体积有限，能够携带的电池数量较少。想必在将来，低功耗化也必然成为重要发展方向。 05 探测和识别技术 目前，水下目标探测与识别主要分为声学、光学两种方式。发展机器视觉识别技术，如基于机器视觉识别原理的水下对接技术，实时数据处理和海底成像是一个重要领域，同时也有助于丰富海底地形地貌图库和海洋生物资源库。 06 可靠性设计 可靠性设计是深海作业型仪器安全作业和顺利回收的重要保障，包括机械结构、水下耐压密封等硬件方面，也涉及故障检测、容错控制等系统控制方面。异步信息融合技术、容错滤波技术等也是深海作业相关仪器可靠性设计方向之一。 - H! M8 h+ P. f: q1 x- G8 w6 B+ i
移动观测平台配套技术 1.能源与动力技术 能源技术直接决定着移动平台航程、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。受多种因素影响，电池尤其是一次电池和可充电电池仍将占据供能主导地位，新能源和燃料电池未来也具有一定竞争力。 2.导航控制技术 导航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，这一技术将能控制平台回到预定航线。 3.通信定位技术 通信定位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。 4.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。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。 5.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，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。 6.网络信息技术 网络信息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。 ( [ [1 V2 w/ y) u ^0 B
结语 科技发展日新月异，移动观测平台的研发也在紧锣密鼓地进行着。 中国的移动观测平台虽然起步比较晚，但是冲劲十足。祝愿我们的祖国在移动平台的研制上越来越好，也希望我们的“温床”能够孕育出更加准确、珍贵的数据果实，让我们的海洋科学的发展能更上一层楼！ | 
