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。
$ Y# }6 K- Z6 w7 r
5 E7 E8 v9 f. ^, l( @! m
7 _# |: O' c" F I9 {( T; o% r; \7 G7 @2 K* _2 y$ n$ c. V1 O
* u9 b6 C. u/ I& S1 }3 ~4 Q0 O$ p& W
0 f9 w* N8 f9 f H( A% X
( {4 `9 d2 [' \' y* u+ z0 k% ]0 s5 ]1 ]. n$ }/ t# g/ @
01, A: b u! H& W4 X8 `. Q
工作原理及系统组成
, V ]: a( [& U- A1 F/ Z) I8 X' C, h5 s+ ^/ h* O+ ?$ |
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。; j$ }; g" A* `. N. m' s# t" h& r
; p8 z5 G. L: w
$ i! y& H+ N' p; O' s$ W, q1 z* M+ J' O
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]
# C2 h3 M0 j1 t% U
P, T- Y( m) Z# D02
# L& {- ]7 n2 B建设过程6 {! Y: u. }# v" _0 A
0 i, Y: `( m! W) w2 V3 E (一)项目选址8 R% T( i k' ^/ o+ M/ ^- f; L5 i
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。
+ P( q9 \# { L' }+ V$ P0 c1 l- C( q; w
(二)监测要素项目及参数要求
2 v/ G$ j1 [& K. g 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。
0 Q* j/ g/ _8 x) ]
+ i7 I3 t0 a8 h* |- \ (三)设备及仪器性能检定5 u1 U, n8 i! i
1. 标准曲线校核! b, C) |* T6 m7 d! U& |- a
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。
. |4 X3 Q, W8 Q- {2 |6 f1 j 2. 检出限% w8 g/ Y8 D4 D6 l; i, q
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。
! y2 s6 C5 \ v1 B H$ _ 3. 准确度
c' j+ s" m& \, V1 P 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 h. c S) \. r$ ?. U 4. 精密度
+ R+ j* g- i" j8 O 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 。
8 }3 r; j( ?: V 5. 零点漂移8 d7 ^% g7 _. R& r+ v; w7 W
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。
3 V/ c& X- _& a& v" M0 O" N 6. 量程漂移
2 v5 V% o: G h9 s1 F 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 。( P- w! Q) L# G& n( C
4 o' R: {: y/ C3 p
(四)布放实施(见图 1)8 \; l& R4 U; S4 b% N
' P. ?. M3 W, x8 ?4 Q# P! [$ \
: z( `" ^4 K0 K4 i' |! a
$ w7 b3 A9 P. \2 @
7 N) X( m1 q3 W; n (五)数据接收" |4 K. E% y8 H) B3 ?7 d
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。
, U1 C8 E( f3 D' K1 Y- k, H/ S9 ~+ w5 |: B
$ T% i+ o* Q0 |2 Y# y! N 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。
, q# V' @, i5 X2 D
2 r7 i, F4 Z- ]) U% q4 A" ` (六)数据对比分析
, C% P+ M! U/ z9 H- ~ 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。
- f1 l( ]$ Z* i) ?& H. \/ J+ Z/ x: d( C
(七)浮标系统运行维护" T* r( E |$ ?9 h' ?
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。
3 X" P* @2 q5 B; y; v! {% V6 M) Z$ K$ i, v! ?3 H3 F2 ?- w7 M
1.终端监视
5 W- N% [; ^4 @+ I! [! A5 n. N 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。
. g; z0 f# m/ o1 M+ N$ Z t6 d/ W: P- s+ F
2. 常规维护
% Y. d6 T0 B8 M L8 z) J! n6 a 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。
' _7 J5 W f. K2 h# a% O" e; Q9 m8 p* [) C e g' A
3. 应急维护5 N) }+ g, V) ?6 \
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 ^$ Z5 e9 W7 s& z0 S5 i1 i
- ]* g9 C; x: z1 K% `# { 4. 年度检修
: Q w5 l( A7 l% {- m) 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。
3 z! P9 o( r1 Q* J5 s; i/ X+ k4 a/ ?- X, X
2 M. F+ |: O* g03
. M$ e; j# J1 P6 e% v6 _应用
$ I8 [$ I, B, k& \8 I7 [9 k* e5 X0 K
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。' ^9 o! E/ p* Z, g
1 e/ R' {4 z) h" P
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。
. e+ S- }/ _6 |& V3 Q/ P
4 b' R8 H8 i! F( b2 J# X6 h1 y, ~ 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。2 [8 p( L! x ^, H; ]* I" @
0 Q/ I8 T6 W6 W% ~& T# d 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。4 [$ V/ X. e0 K) ~/ b V
; ^1 I- c5 r" B8 J5 S0 Q+ a
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。$ r) K7 U+ ?5 A7 ]- g; X
2 q& ?' z3 Y+ U2 k( A2 X ^, K. Q 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。
* o$ U* {% h U! X
4 a4 e: @4 g' f, M04
; }# J$ T% o7 z3 a7 g- H g 发展及前景
$ G/ N! ?" |, q2 X' F8 y/ l V# V! ] H5 S4 q
目前，海洋浮标的发展也遇到一些技术瓶颈，如：0 {( R! O' e3 P) s
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 。
3 U! Z0 U! u: _! I- x6 _7 X; ?6 M. `+ ] 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。( W, R1 E% D% k
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。
4 V# M/ Q8 t e+ e# l 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 。5 x1 y7 A. [* i0 W. R4 ^
4 V, B. B6 }: f- }& H" v8 w2 n" d( a
05 w5 Q8 F' [9 d" q- z' H# c- X
结语8 W8 K' o& d- n1 M; B
, h6 `1 T% R! q( `$ p 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。
; Y" m7 C5 s& d! C6 c- I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
5 B5 l" L& P2 l4 k! F% o4 X. ]5 z4 C作者 | 杨全武 $ y; c% e! l# d0 ?
排版 | 数智海洋公众号 转载请礼貌注明排版及原刊来源
* n- ~" ^ C, G& g7 I: W0 y
Z$ K$ ~& M6 u% E) ?0 l该文章来源互联网，如有侵权请联系删除 |
8 o: m0 ^- N# P3 a# U: Y6 ^. m