海洋浮标作为海湾环境监测预警的手段之一，是一种新兴的现代化海洋监测技术，逐步受到各海洋 国家的重视和利用。相比其他监测手段，其可在恶劣的海洋环境条件下对海洋环境进行自动 、连续 、长期的监测和预警。
9 Z! H5 i2 _% t t/ p6 k9 n S$ H0 w* P
( r. G, p q% [* i' ~) v% [% Y
7 J7 [: n3 z' X1 x4 B* G q) V% c/ I; J! p
/ J9 @2 k) b# |/ g9 a- }) R& O- o
/ v! N, c+ D9 w5 m! a
r0 n4 D; \9 u. a; V01( j& D0 t J- E& e* \' \- u
工作原理及系统组成% l9 g! f3 J* l! ]
* e" ? r$ v+ y: ~2 Q 在电源系统支持下，浮标内安装的气象传感器、波浪传感器、水质传感器、海流计等传感器设备实时采集环 境要素数据，经过数据采集系统的处理后，通过加密算法形成数据文件自动发送到接收站，并同时在采集器内存储。接收站进行数据接收、数据处理、参数配置和数据查询，最终通过信息终端和显示屏进行浮标实时数据的展示与分析。系统由浮标标体、传输系统、数据采集系统、系留系统、供电系统、接收系统组成。
; O! @' l* p. P% A, b. i% q. H
G" H+ l/ h" j+ b( i/ g) f, c2 O$ @
9 y7 q; t$ P- w1 C[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]
* _+ {2 a9 ]! g) V! Z q* R# M8 D
02$ f; S, k# C$ a; S
建设过程1 A/ H; M8 j3 t/ R; ^$ n
$ {1 n6 x4 _' a5 |: ?& G (一)项目选址! c4 w; T; J( `4 @, Q0 m% L- |
拟选定投放区域的监测对象应具有代表性，浮标所接触的水体特征与监测范围内大多数水体特征具有一致性;满足海洋观测的自然条件，包括水深 、浪况 、流 况 、底质等;不影响船舶通航，避免影响渔业生产，同时满足浮标运输布放条件。
8 C( V2 m8 _5 i3 L& X, d6 K5 l7 S& z' @* p" x* f8 q( D
(二)监测要素项目及参数要求
5 |$ ]- p0 j( @$ z, j, a, e$ \ 气象观测包括风速、风向 、气温 、湿度 、气压，海流观测包括流速、流向，波浪观测包括波高、周期 、波 向，水质观测包括水温、盐度 、pH、浊度 、溶解氧、叶绿素。6 l' V( T% T7 [4 F( h
9 j, x! u. K1 i$ u6 B- d$ u* e (三)设备及仪器性能检定
5 J U3 {( `# E5 ^ 1. 标准曲线校核: ?; D- A# h7 V3 Z1 b; \$ G" j
对叶绿素参数采用标准曲线校核，以标准曲线相关系数为检查指标 。对量程10% 、20%、40% 、60% 、80%共5个浓度的标准溶液按样品方式测试，并和空白值计算其相关系数。! f0 ]# h8 m) r: b% l7 X
2. 检出限0 `! X6 ]& L2 _
仪器的检出限采用实际测试方法获得 。以《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ.168—2020) 中的一般确定方法的相关要求为依据，按仪器2～5倍检出限浓度配制标准溶液。' F# Z$ f5 R6 ^& \/ c" G, Y3 ~ `
3. 准确度$ ?5 F) ]/ [6 j
仪器准确度检查采用实验的方法进行，根据实验条件和实际情况，采用标准样品检验法和比对法。根据《近岸海域水质自动监测技术规范》(HJ731-2014)中近岸海域自动监测系统仪器性能指标技术要求对比，对结果进行统计评价。8 ^3 u: w$ Y- D5 @
4. 精密度2 ~) h1 v; n: L1 T$ ?8 a
精密度(pH除外)检查选择国家有证标准样品，用仪器连续测定标准样品7次以上，以测定结果计算精密度，标准样品浓度采用20%和80%量程 。采用相对标准偏差(RSD%)来确定仪器的精密度 。
1 I1 s a! I5 e6 _ 5. 零点漂移
& ]7 W$ {+ O/ I" v6 r 以空白溶液为试样连续测试，测量值在一定时间内变化。测试指标包括浊度和叶绿素，测试连续7次以上。第一次测量值作为初期零值，计算7h内的变化幅度，其中最大变化幅度相对于满量程的百分率为零点漂移。) A. Q, @2 ^: A6 J" k+ h, g9 ]4 B
6. 量程漂移
* ^+ C! u3 u1 o: S! l 采用浓度为20%量程和80%量程的标准溶液为试样连续测试，仪器测量值在一定时间内变化 。测试指标包括温度 、盐度、溶解氧、pH、浊度和叶绿素，测试连续7次以上，其中浊度和叶绿素最大变化幅度相对于满量程的百分率为量程漂移，温度 、盐度 、溶解氧和pH的最大变化幅度即为量程漂移 。
( P5 g% n8 M& H$ f1 _/ q( T3 i: i+ A2 Z$ `+ I% p% V/ i3 x& ~
(四)布放实施(见图 1)
2 L% v9 [/ a2 z
5 \: @! h# }: L9 B2 _, b* D$ N$ o* g
; B( A' r9 t) x r+ q/ V& M0 j# }* p' |1 q
* J3 |: h4 ]2 {' Q6 x (五)数据接收
" P8 z1 \. V* z1 l. H 接收软件主要由数据接收 、数据处理 、参数配置和数据查询四部分组成，其主要功能是实时、准确、可靠地接收和处理浮标数据，并具有即时报警、数据查询统计及遥控等功能。# `+ @& H. r: G3 i1 N1 K `/ Q
! H# G3 W! V, r% S
) o+ A% f6 L: s 软件采用标准的语言编程，运行环境适用 Windows XP或更新的操作系统;软件界面友好、操作简便，具有良好的可维护性和可扩充性;数据库具有良好的开放性，工作安全可靠。软件支持手机等移动设 备展示和操作。
) Z) B( x T: t2 N' ]; Y% O' ?- `4 H4 D
(六)数据对比分析* l. N5 h- k# V8 {' ~0 ~
委托政府海洋与渔业信息监测中心进行了现场采水比对，将比对数据和浮标数据绝对误差 、相对误差等指标进行对比分析，进一步验证浮标系统是否符合《近岸海域水质自动监测技术规范》的验收标准。' s; F+ Y2 m0 Y+ k
. r, M' D, d: B4 M+ W w2 i7 a
(七)浮标系统运行维护/ V; T) f6 u. o+ {- Y: P: g% {4 b
浮标安装调试后，进行至少3个月的试运行，自浮标建站之日起，进行为期一年的运营维护，以保障 浮标观测系统的正常运行。9 A$ b( Y$ f& V* w- c* L
: ^% w3 l- |: K k/ [
1.终端监视
( Z9 I. G; a3 u8 _1 @2 b 每日两次在软件平台上查看设备工作状态，主要查看设备是否正常运转，查看浮标GPS信息，确认有无漂移。
* l7 Q7 @; N- j8 \3 Z% A1 C" r! y3 Y w
2. 常规维护
3 B$ x2 v' _' I9 E 浮标系统每30～45;d进行一次常规维护，并与校准同时进行。校准前对检测仪器进行清点 、清洗维 护，每次维护和校准后调整检测仪器自动采样测试时间为整点时间。
& e& T7 G; @+ W) C- `$ X8 v. [0 i0 Y; F5 O" ~0 Z
3. 应急维护7 R" h; Z0 Y$ p g0 O' j+ w) G! z
浮标系统运行过程中，受到台风、过往船只碰撞或者其他因素影响，导致系统通信故障、传感器损坏 等，出现数据异常 、数据中断或其他影响系统正常运行的情况时，应及时进行应急处理，排除相应的故障， 保障系统正常运行。. {/ `5 b) u; [" r9 O
$ ]5 h+ ?' J" {; o2 [8 _ 4. 年度检修
( |# G. h# Z' g* q9 I2 a: V" L, @ 每年至少进行一次年度检修，消除浮标隐患，确保正常运行，更换锚缆、转环、卸扣，修复腐蚀受损件等。全面检查各部分线路，检查电缆、连接器等各部件，如有老化或其他形式损坏的，则进行更换。
- ?- i+ W/ R, F! E7 j7 j$ H8 L$ Z# A9 ~% b( m
# q( F% S) u3 g. o) M03
* j2 u" d: F# u% \/ M+ F应用* R, ?) i) Y! t* Q2 e
- o4 y* X$ z6 j# J5 Q' p 应用系统由数据库、查询分析、评估预警、结果输出四个子系统构成。
3 o8 _. ]5 y5 X, Y8 K$ R: ~
/ [ H; J5 \* d3 x9 O 数据库管理模块：进行数据存储、查询 、转换 。可以根据用 户要求查询实时数据 、统计数据以及评估 结果，或对数据进行必要的更新 、转换处理。3 {$ S/ C. z! B" v
4 K8 b- Z- O7 Z" _+ x0 d 综合分析模块：利用系统自带的统计分析工具对大量的实时数据进行统计分析处理，或对某个时段 水质变化趋势进行评估分析，为区域水环境质量报告提供支撑。- ] E, l7 C& h0 p2 p" Y8 B6 Z
+ H- |9 w4 ^) W 评价模块：用户可根据监测要求选择不同的评价方法，也可用多种方法进行综合评估，对结果进行有 效融合。. T/ I! ?/ t: y, x
. l( k% H' `5 l& J8 m7 i/ D$ E
预警模块：根据评价模块计算出任意时间内各个水质监测断面的综合评价结果，当综合评价结果超 出警戒目标值时，系统将采用红色警示，发出预警预报。
9 Z* p& Z* |! Y4 x$ r( `2 Y
7 r8 j$ Z; D$ H$ ?0 f6 N, d7 L3 B" f 输出模块：系统最终的数据以表格 、统计图件及空间图件形式输出 。利用GIS空间分析统计功能将 水质数据变得生动 、直观和全面，以达到可视化效果。% g4 V2 j& D% f( B
* S0 ^* s' p: {" A# }04
/ m' R1 o m% k, U. g" F 发展及前景) m. B4 |4 Q, B8 ~4 i8 m9 L
5 H' q5 c5 }+ _
目前，海洋浮标的发展也遇到一些技术瓶颈，如：9 M3 t! O5 Z. i$ X
一是数据传输目前突破不了大容量传输，数据传输有小于1min的延时，实现不了高精度 、大容量数据的实时传输 。) w) Q# h1 o8 Z7 o
二是监测传感器依赖进口 。传感器依然是弱势，虽然我国已能自主生产部分传感器，但在精度、实时性、长期可靠性和稳定性方面与进口设备存在很大差异。
0 x4 q- y, S: @ 三是难以从根本上克服海洋生物附着的影响。传感器长期与高盐度海水接触，难以避免海水腐蚀现 象，更无法克服热带海洋生物的附着，目前只能采用简单的物理方法进行定期清洁。
9 v" `6 P* `; T! f, i 远期可凭借大量的实时数据，利用水质容量模型，估算研究区域动态环境容量，为流域总量控制与质量管理提供依据。在水质水文在线监控基础上，可开发特定水域水质预测模型，针对突发性污染事故进 行水质预报 、预警，为水质应急监测提供决策依据。通过对大量水质水文参数变化情况进行分析，开发基于物理、化学和生物净化原理的分析模型，从而推算出水体自净化的能力 。' }& k! L0 F6 v& X
& n. P V4 {& b+ d4 j5 x; p0 i1 k' U4 A9 G& T* r
05
9 @4 c8 T; ^% t3 \7 T结语
; x* \ d7 W& b
4 ~ z* P- b1 `9 z+ e 长期以来，我国海洋生态环境监测、海洋调查仍然没有摆脱“现场取样—实验室分析”的传统工作思路。监测预警能力的建设取代了传统的取水采样测量方式，可以实时不间断测量，为所在海域的水质积累了大量历史资料，也可利用数据进行污染物报警、蓝绿藻报警等，并有效地指导渔业发展。: E8 s* a9 e9 k8 d' E
来源 | 本文来源于中国交通建设监理协会2022年度学术论文集
3 ~. V! z! V8 G* `: v作者 | 杨全武 3 ]+ [$ g8 W/ `
排版 | 数智海洋公众号 转载请礼貌注明排版及原刊来源- v0 u; M2 E" H; r
) f3 ^ }3 W. W4 ^$ J' G. L
该文章来源互联网，如有侵权请联系删除 |
. {& s! |9 B2 n N, c
B3 D0 M4 r" u6 C- ?) r \