【学术论文】国内海洋仪器设备海上试验技术现状

                                                                                                   

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■ 文 /周 凯，程 杰，贺可海，马鸿飞（中国人民解放军３２１８４部队，烟台 ２６４０１２）

摘 要：海上试验技术是海洋仪器设备研发向海洋科技成果转化的关键环节，国家对海洋仪器设备海上试验技术研究投入了大量的资金和精力。文章对国内海上试验场、试验平台、试验活动、试验标准规范和技术服务体系的现状进行了概述，并分析了海上试验技术的发展趋势。

关键词：海上试验技术；海洋仪器设备；海上试验场；试验平台

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国内海洋仪器设备海上试验技术现状

随着海洋科技的快速发展，国家对海洋仪器设备海上试验技术的要求越来越高，如今海上试验技术已经成为制约中国海洋技术装备研发、海洋科学研究和海洋科技成果转化的难题。发达国家之所以在海洋科技领域拥有先进水平，与其重视海洋科学技术观测和试验技术研究密不可分。国内海洋仪器设备海上试验技术起步较晚，但经过几十年的大力建设，特别是“十二五”以来，国家海上试验场及试验平台建设、海上试验活动、海上试验标准规范编写和技术服务体系建设等方面都有了长足发展。
目前，国内海上试验技术研究主要依托建成的海洋试验场或公共试验海域，利用固定或移动平台开展。文章从国内海上试验场、移动试验平台、海上试验活动和海上试验标准、规范及技术服务体系４个方面概述了国内海洋仪器设备海上试验技术研究的现状，并分析了国内海上试验技术的发展趋势。
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海上试验场

目前国家海洋综合试验场包括威海国家浅海综合试验场、舟山潮流海上试验场和万山海上试验场。

) c. Z# {: g* C) h; X/ e) z9 q1.1 威海国家浅海试验场
  f4 G  t8 W3 h0 H国家浅海试验场位于山东省威海市褚岛北部，锚泊式和浮标式测试试验平台位于此试验海域。泊式和浮标式测试试验平台位于此试验海域。试验场目前布放了浮标式测试试验平台和“国海试１”试验平台。浮标测试平台直径为４m，主要由上部框架、仪器舱、上部甲板、主浮体、下部甲板和下部框架６部分组成，具备对海洋仪器设备测试与试验的能力。“国海试１”试验平台具备甲板机械、实验设施、信息传输以及供电等海洋仪器设备试验与测试条件。平台为钢质漂浮式结构体，具备较好的抗风浪 能（10级 以 下的风力）、无自航能力，并采用双锚泊系统定位。平台甲板设置４个面积约20ｍ的实验室，由太阳能和柴油发电机（12ｋW、50ｋＷ 各１台）联合供电；配置１台大吊机，载重5t；2台小吊机，各载重1t；安装1个升降平台，升降平台可降至水下5m 深，载 重11t，大修周期为2a。
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1.2 舟山海上试验场

国家舟山海上试验场正处于总体设计阶段，目前，在舟山摘箬山海域已开展部分基础建设和试验研究。舟山摘箬山试验海域位于浙江省舟山市本岛南侧，组网式坐底试验平台位于此试验海域。摘箬山岛是舟山群岛中的一个陆域面积2.34ｋ㎡、海岸线长7.27ｋｍ的岛，岛南边是国际航道螺头水道。舟山群岛在中国海岸线的正中间，辐射全国海域，舟山海域具有水深、海岛多、潮流急、潮水落差大和海底情况多样化等海洋条件，有利于开展各种科学研究和实验。
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组网式坐底测试试验平台位于舟山摘箬山岛试验海域，依托于浙江大学摘箬山岛海洋立体观测示范研究与试验系统，目前具备海洋仪器设备、观测网接驳设备、水声和海洋组网等试验能力［１］。

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1.3 万山海上试验场

万山无人船海上测试场位于珠海市万山群岛，具有天然优良的环境条件，是面向国际的无人船艇行 业 公 共 服 务 开 放 平 台。测试场北区海域21.6ｋ㎡、南区海域750ｋ㎡，测试基地小万山岛面积5.7ｋ㎡，划分为民用开放、军 用 管 辖、保 障中心、培训中心和测试中心５大区域，是以无人船艇为核心的综合性海上测试场，除了面向无人船艇和自主船舶，还可以满足通信导航、声学设备和两栖装备等各类海洋装备和仪器的测试需要。万山海上测试场已取得中国船级社的测试场服务供应方认可证书，可就自主感知、避障、远程控制和协同控制等自主船舶相关项目，为国内外的科研机构和企事业单位开展第三方测试服务。这是中国第１个经船级社认可的海上测试基地，也是全球最大、亚洲首个无人船海上测试场。

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海上移动试验平台

海上移动试验平台指的是海洋试验船和水下深潜器，目前活跃于中国近海和世界大洋的海洋试验船有东方红２号海洋综合调查船、北调993试验船、向阳红08船和“实验１号”，深潜器主要有“蛟龙号”载人深潜器。
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" q! ?8 p! Z* S/ A: ]# i2. 1 东方红２号海洋综合调查船东方红2号海洋综合调查船空载排水量970ｔ，隶属于中国海洋大学，是国内最先进的海洋综合性考察船，是中国海洋大学涉海专业学生的重要实践基地，是中国最先进的海上综合流动实验室。全船共有15个实验室，可提供物理海洋、海洋大气、海洋化学、海洋生物、海洋地质和海洋地球物理等海洋学科的综合调查和部分专向调查，并可同时进行海上试验和分析研究工作。
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2.2 北调９９３试验船北调993试验船，使用单位是中国760所（水声所），用于多种水声设备进行海上试验的综合能力较强的水声试验船。船舶总长86.40ｍ，设计水线长81.50ｍ，型深6.80ｍ，型宽14.6ｍ，吃水3.80ｍ，排水量2300ｔ，航速16kn，续航力1500海里。
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9 E6 {( m- |( @: R. w1 M2.3  向阳红０８船向阳红０８船是设有首侧推装置和可调距桨，自持力30d的综合海洋环境调查船。船总长54.8ｍ、型宽8.8ｍ、吃水2.4ｍ、排水量608.3ｔ、航速11kn、续航力4800海里。船上设有集成仪器实验室、洁净实验室、低温样品储藏室、干实验室和后置实验室。甲板配备各种地质、水位绞车，龙门吊系统。船体固定安装了多波束系统、旁扫声呐系统和中地层剖面系统等先进物 探测量设备。该船可承担近海海洋环境综合调查和海洋环境参数的试验研究工作。
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2.4 “实验１号”“实验１号”是国内载重最大的全海候大型小水线面双体船，也是中国第１艘小水线面综合科考船。可在近海及远洋进行水声、海洋物理、地质、生物、海洋和大气环境等海域仪器设备海上试验技术研究。“实验１号”科考总吨位3071ｔ，钢质全焊接结构，续航力8000海里，自持力 40ｄ，最大航速15ｋｎ，能在１１级风下安全航行，６级海况可正常作业，在５级海况０航速时横摇角不大于５°，纵摇角不大于3.5°，在有航速时运动更小，耐波性更好，摇摆周期不小于12～15ｓ。
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8 v% u' f: K  ?# v7 X6 b2.5 “蛟龙号”载人深潜器“蛟龙号”载人深潜器是中国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器，最大下潜深度为7000米，也是目前世界上下潜能力最深的作业型载人潜水器。“蛟龙号”可在占世界海洋面积9.8％的广阔海域中使用，对于国家开发利用深海的资源有着重要的意义。“蛟龙号”长、宽、高分别是8.2ｍ、3.0ｍ与3.4ｍ，空重不超过22t，最大荷载是240kg，最大速度为25ｋｎ，巡航1ｋｎ，当前最大下潜深度为7062.68ｍ，最大工作设计深度为7000ｍ。

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海上试验活动

3 @: ~. w" A6 s国家于“十二五”和“十三五”期间围绕“发展海洋”和“海洋强国”战略，进行了大量的海洋环境调查、海洋仪器设备海上试验技术研究和海洋环境监测系统建设。
% d) v8 j, Q/ V8 b, E* _2 o3.1 海洋仪器设备规范化
海上试验海洋仪器设备规范化海上试验项目是国家“海洋环境安全保障”重点专项中海洋仪器设备规范化海上测试技术研究及试运行方向的研究课题。
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１）“十二五”期间
, k1 n* I& I) `7 q# I) z“十二五”期间，海洋仪器设备规范化海上试验（Ⅰ期）承担了全国大部分的海试任务。开展了“深海海洋仪器设备规范化海上试验”课题，完成了16个参试课题、120套海洋仪器、总计42ｄ的规范化海上试验，其中有９项进行了现场验收（第三方独立检 验）；开 展 了“AUV及相关设备规范化海上试验”课题，以“实验１号”考察船为试验平台，在南海海域组织了42ｄ的４台 AUV设备的规范化海上试验，出具了４册第三方独立检验报告和４份现场验收报 告；承担了国家“863”计划“船载海洋生态环境监测技术系统”及“船载海洋生态环境监测技术系统集成与示范系统”，实施了５个集中规范化海上试验航次80ｍ 的海上试验，完成了12套仪器的海试任务和12种国产海洋仪器样机的第三方独立检验。


２）“十三五”期间
# G/ r9 H3 c& i! ?- u海洋仪器设备规范化海上试验项目正在开展基于移动海上试验平台的船载式观测仪器、自容式观测仪器、拖曳式观测仪器、实时传输投放式观测仪器、浮标和潜标观测仪器等海洋仪器设备海上试验平台的设计研究，研建海上移动试验平台，开展新海洋仪器设备规范化测试。基于东方红２号海试平台开展以南海为主的规范化海上试验航次，主要针对各种大深度、复杂结构的深海海洋仪器设备开展集中规范化海上试验，同时，兼顾其他海洋仪器设备的海上试验；基于“实验１号”海试平台开展的以南海为主的规范化海上试验航次，主要针对水下航行如 AUV 类深海海洋仪器设备开展集中规范化海上试验，同时，兼顾其他海洋仪器设备的海上试验。

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3.2 基于固定平台的海洋仪器设备规范化海上测试
2 T' L9 a' L: n( U+ ^, ?国家海洋技术中心承担了国家重点研发计划项目“基于固定平台的海洋仪器设备规范化海上测试技术研究及试运行”。依托国家浅海综合试验场“国海试１号”平台，国家海洋技术中心及其他科研院所完成了一系列海洋仪器设备海上测试工作。进行感应耦合传输CTD和抗污染CT为 期３个月的长期连续锚泊式观测海试，参试仪器为技术中心承担的重点研发计划项目“基于水下平台的系列化温盐深测量仪产品化”研制的两型传感器；针对中国科学院声学研究所研制的600kHz和1200kHz浪流测量仪组织开展了规范化海上试验，此次海上试验采用坐底式平台同步分时比测试验的方法验证其流速和波浪测量指标。自“国海试１号”试验平台布放以来，国家海洋综合试验场浅海试验场区已 开展海上试验11项。试验场为参试单位提供了试验场背景场数据：气象、波浪、海流和地形地貌等，为其指定试验大纲和试验选址提供了基础支撑与保障［２］。
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3.3 黄东海光学遥感海上检验场观测
国家海洋技术中心承担的“黄东海光学遥感海上检验场观测系统建设”项目是“十二五”海洋观测卫星地面系统项目的重要组成部分，主要任务是对HY－1C／1D及后续海洋水色卫星进行产品真实性检验。2019年12月，黄东海光学遥感海上检验场现场观测系统海上安装部署工作完成，现场观测系统正式进入试验运行。现场观测系统建有１个25ｍ×25ｍ 的半潜浮式平台，依托半潜浮式平台，可以获取海洋光学、大气光学特性以及海洋水文气象参数，为海洋光学、气象等仪器设备的海上试验提供技术保障。针对卫星海洋遥感，可开展微波、红外、光学遥感现场定标检验技术、算法模型研究及现场测量技术研究。


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海上试验标准及技术服务体系建设

1 W2 @( Y) g' v- X4.1 标准、规范体系
& `" B( R" e" u" z+ j8 x2011年国家海洋局发布首部海洋行业基 础性标 准 《海 洋 仪 器 海 上 试 验 规 范》（ＨＹ／Ｔ１４１－2011），该标准是针对不同海洋仪器设备海上试验活动的对比研究形成的，改变了中国海上试验无标准可依的局面。


  j; K3 V0 w0 y, _, S; S2018 年国家重点研发计划“海洋环境安全保障”、“深海关键技术与装备”制定了海洋仪器海上试验系列规程：《“规范化海上试验”海上试验通用规程》、《“规范化海上试验”质量控制通用规范》和《“规范化海上试验”第三方检验通用规程》等多项规程，有效解决了海上试验过程的规范化程序问题。
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* g; \$ y+ G9 T. \& ~$ _7 o4.2 技术服务体系
8 i% `' @* L& z/ s: N( {1 ?* x! \基于国家重点研发计划“海洋仪器设备规范化海上试验”项目对国家“十三五”自主研发海洋仪器设备海上试验的线上管理需求，依托中国海洋大学、国家海洋技术中心等单位，设计并实现了一个规范化海上试验信息管理系统。信息管理系统主要由移动平台、固定平台、管理办法、数据中心和预报系统等版块组成，详尽介绍了试验平台的分布以及技术指标，海上试验的管理办法等内容，可以通过系统发布海上试验需求和申请海上试验航 次。信息管理系统对于规范海上试验组织、参试流程具有指导意义，有利于海上试验资源共享和充分利用，推进了海洋仪器设备海上试验技术研究的发展。


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海上试验技术发展趋势分析

5.1 海上试验管理模式规范化
3 \. n9 U. Z3 @& l+ F国内海洋仪器设备研制数量和类型不断增多，为保证海洋仪器设备的质量和测量性能，需要统筹开展仪器设备研发、制造和定型期间的海上试验工作。为节省海上试验资金、人力和时间方面的投入，需规范海上试验的管理模式，统筹海上试验场、海上试验平台及其标准服务体系建设和海上试验活动的管理。
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5.2 海上试验标准规范体系化
7 C4 a3 X$ C7 b海洋标准化是一项基础性、战略性工作，对提高海洋环境监测水平非常重要。
4 q( G  ~! b  F7 j/ N: Q$ m: c《海洋仪器海上试验规范》及“规范化海上试验”系列规程是通用性、综合性的海上试验标准规范，应针对海洋气象、海洋物理、海洋地质、海洋化学及海洋生物等不同专业的海洋仪器设备海上试验项目研究制定相应的标准规范，推动海上试验标准规范的体系化建设。


9 ]' a' i$ n( z( V" c" X# L. ?5.3 试验海域环境探测保障精细化
随着海洋仪器设备探测精度、性能的不断提升，对海上试验试验条件的要求也越来越高，试验海域的海洋环境探测保障需要向精细化发展。
) m$ N. T, @" m$ x8 D1 a- C0 z依托海洋试验场场区周边单位及场区自身力量建设，提升试验海域环境探测保障水平，精准掌握试验场周边海域的风向、风速、流速、流向、波高、波向、水温、盐度、水深、海底地形、泥沙、温跃层和透明度等海洋环境参数的极值及其随季节的变化形势。
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结束语

+ D, F/ C* N) m, c, p$ Y. k1 G  a海洋仪器设备海上试验技术的发展可以促进海洋仪器设备的国产化进程，打破国外对高精尖海洋环境探测设备的垄断。进一步深入推进国家海上试验场及试验平台建设、实现海上试验管理模式规范化业务化运行，进一步细化海洋仪器设备海上试验标准规范、完善海上试验标准规范及其技术服务体系，进一步做好试验海域环境探测保障、完善海洋仪器设备海上试验技术服务体系，为实现海洋强国的战略和世界命运共同体的建设提供强有力的海洋保障。
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【参考文献】［１］曾思远，王煜天．仿生水下航行器的设计分析［Ｊ］．工程与试验，２０１６，５６（２）：５６－５８．［２］韩琦琦，刘鑫，陈学 恩．规范化海上试验信息管理系统的设计与实现［Ｊ］．中国海洋大学学报（自 然 科 学版），２０１８，４８（Ｓ１）：１４６－１５２．

               
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