海洋调查装备技术的发展趋势 - 海底资源调查工具

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第172期：

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海洋调查装备技术的发展趋势

我国海洋调查装备技术的发展历程

【资讯】国家海洋局办公室关于全国“生态岛礁”工程项目库建设有关事项的通知

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海洋调查装备技术概述

随着科学技术的进步，海洋已经成为人类活动的重要空间。海洋作为地球上最大的资源宝库，蕴藏着丰富的资源，其中油气资源、矿产资源、生物资源、化学资源、空间资源和可再生资源等为人类社会的发展提供无穷的动力。开发和利用海洋资源离不开对海洋的内在规律进行全面调查，然而由于海水的隔离，人类对海洋的调查、开发和利用均受到极大限制。为突破这种限制，各种海洋调查装备应运而生并迅速发展。

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海洋调查是指用各种仪器装备直接或间接对海洋的物理学、化学、生物学、地质学、地形地貌学、气象学和其他海洋状况进行研究的手段，是针对海洋某一特定海区的水文、气象、物理、化学、生物、底质和地形地貌的分布情况和变化规律进行的科学调查。海洋调查装备一般包括水文气象设备、海洋化学与生物采样设备、导航定位设备、海洋地质采样设备、地形地貌地球物理调查设备以及浮标潜标、拖曳体、水下机器人(ROV)、有人/无人潜器(AUV)等设备，各种调查任务要按照调查项目的具体需求来配置相对应的调查装备。

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世界海洋调查装备技术随着现代化高新技术的发展而不断更新换代，大致可分为3个阶段：第一阶段为20世纪70年代以前，主要以机械式装备为主，这类装备普遍体积较大、操作使用比较复杂、作业时需要大量人力物力、测量精度和稳定性较差，如颠倒采水器、闭端颠倒温度表、手摇绞车等；第二阶段为20世纪70年代至今，随着电子计算机技术、声学技术和传感器技术的快速发展，逐渐形成以电子计算机和自动化为主的装备，此类装备已经实现小型化和模块化、外业操作使用较为简单、能够自动测量和采集数据、人工大为减少、精度和稳定性较高，目前已得到普及应用，如温盐深仪(CTD)、多普勒流速仪(ADCP)、多波束、侧扫声呐、浅地层剖面仪等；第三阶段为从现在开始到未来，随着网络技术、通信技术和遥感技术的快速发展和广泛应用，今后海洋调查装备将主要在第二阶段的基础上，逐步发展成为以远程监控、实时传输为主的智能化网络化装备。

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海洋调查装备技术的发展趋势

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海洋调查事业的发展依赖于海洋调查装备技术的发展，高新技术的不断出现使海洋调查装备向无人遥感化、立体观测化和网络智能化方向高速发展。

无人遥感化

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随着无人遥感技术取得较大进展，其在海洋调查中的应用前景日趋广阔。卫星、无人机、无人船艇、无人潜器等装备的应用会越来越多。

卫星可以经济、方便地对大面积海域实现实时、同步、连续监测，可全天时、全天候收集海况资料，同时还可以提供海上目标、海岸带调查、海洋污染的实时同步海洋要素，为海洋环境监测、海洋权益维护以及海岸带资源调查、综合利用和管理提供服务。

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无人机是利用无线电遥控设备和自备程序控制和操纵的不载人飞机，分为无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器等，可实现高分辨率数据的采集，在弥补卫星遥感经常因云层遮挡获取不到数据的弊端的同时，解决卫星遥感重访周期过长、应急不及时等问题。无人机用途广泛、成本低、效率高、生存能力强、机动性能好、使用方便，在海洋调查监测领域有极其重要的作用和广阔的应用前景。

无人船艇是一种无人操作的水面船艇，主要用于执行不适合有人船只执行的任务，可以配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和导航定位系统，可以执行多种任务，如对岛礁和近岸浅水域水下地形地貌进行测量、水文探测和自主航道测量、导航和工程勘察等。

无人潜器是新一代无人无缆水下机器人，具有活动范围大、机动性好、安全、智能化等优点，逐渐成为完成各种水下任务的重要工具。由于无缆水下机器人具有活动范围不受电缆限制、隐蔽性好等优点，适用于复杂多变和恶劣的水下环境作业，在民用领域可用于水下考察与勘探、铺设管线、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工、水下设备维护与维修等，在军用领域可用于侦察、布雷、扫雷、援潜和救生等，应用前景广阔。

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立体观测化

从海洋调查观测的发展趋势看，国际大型海洋科学研究都是跨学科的综合海洋学计划，观测研究采用由多种平台组成的立体观测系统，力求采集海洋资料更加全面，因此未来世界海洋调查工作势必经常利用立体观测系统。我国是海洋大国，必须利用现代化的立体观测系统，提高海洋环境资源调查水平和应用效益，加快我国海洋科技现代化步伐。目前我国已初步形成涵盖岸基海洋观测系统、离岸海洋观测系统以及大洋和极地观测系统的海洋观测网基本框架，在海洋防灾减灾、科学研究等领域发挥重要作用。但由于起步较晚、投入不足，在海洋调查观测网的空间布局、观测手段、基础设施、技术保障、运行机制等方面，目前我国与发达国家相比尚存较大差距，还不能完全满足海洋事业快速发展的需求。

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海洋调查观测技术目前已进入从海底到外太空的全方位立体综合观测系统时期，进行全天候同步观测，这种技术将是今后获取海洋与大气信息的基本常规技术。海洋立体观测系统由多种平台组成，包括卫星、飞机(含有人机、无人机)、调查观测船、浮标潜标、水下潜器(含水下机器人、有人/无人潜器等)和海床基观测站等。多平台协同立体化作业将是今后海洋调查的趋势，覆盖范围由近岸向近海和中远海拓展、由水面向水下和海底延伸，实现岸基观测、离岸观测、大洋和极地观测的有机结合，形成海洋环境立体调查观测能力。应加快建立与完善海洋立体调查观测综合保障体系和数据资源共享机制，进一步提升海洋立体观测系统运行管理与服务水平，以满足海洋调查、海洋防灾减灾、海洋经济发展、海洋权益维护等方面的需求。

网络智能化

随着传感器技术、通信技术、计算机技术和网络技术的飞速发展，网络智能化、物联网、云计算和大数据等高新技术将在海洋调查中发挥越来越重要的作用。这些网络智能化技术可以将调查船上各种调查装备采集到的数据集成在一个平台并处理，可以将这些数据通过无线通信技术高速实时传输到飞机、其他船舶和地面接收站从而实现数据实时共享，还可以与浮标、卫星、飞机和水下装备实时互动、完成数据交换、进行远程监控，将立体调查观测系统整合成一个整体。我国海洋调查网络智能化的关键技术是远程无线监控技术，尤其是发展具有中国自主知识产权的移动卫星通信系统和水声通信系统。

另外，随着海洋立体调查观测系统的不断发展，各种装备和传感器获取的数据将会快速增长，传统的处理手段难以满足大数据处理的功能和性能要求，不具备进一步挖掘利用大数据的能力。因此，需要通过建设海洋系统的云计算大数据平台，将海量数据变成可实时分析应用的“活数据”，使之服务于国民经济和社会民生。云计算是大数据时代的基础，可使大数据处理更方便、更快速、更省时省力，不仅提高资源利用率，还使很多科研单位不需要购买昂贵的超级计算机，大大降低使用成本、建设周期，也可避免重复的高投入和后期的维护成本。

来源：牟健. 我国海洋调查装备技术的发展[J]. 海洋开发与管理,2016,10:78-82.

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