|
海洋调查仪器操作 % E' E3 V F- }4 q5 R0 n
潜标观测系统浅探 梦从海底跨枯桑，阅尽银河风浪。2 [' z- M8 o$ u ^% b
什么是潜标观测系统？ 潜标观测系统是一种用于测量海洋潜标的系统，可以帮助科学家们更好地了解海洋潜标的行为和变化。
* g8 u* R" n/ c$ g
7 f% L. e5 V4 C+ l) B; ]2 |' y) k一、潜标的结构$ I \6 S t7 g3 b' U! C
各式潜标系统结构简图
7 A0 K: [) j0 q& e潜标系统作为海洋调查的重要设备之一，一般由水下部分和水上甲板单元组成。水下部分主要包括主浮体、探测传感器、缆绳、玻璃浮球、声学释放器、重力锚等组成。这些组件可以根据需要进行调整和定制。 / }! ?& j `0 \+ w
5 l$ H/ N" v. _8 g# r9 K
1. 水下传感器 水下传感器是潜标观测系统的核心组件，它可以收集潜标的位置、深度、速度等信息。水下传感器的类型有很多，包括ADCP、水下摄像机、CTD、海流计等。这些传感器可以安装在潜标身上，也可以安装在潜标观测系统的水下平台上。
4 H2 |, q( u3 p. Q; ]* g: f) L2. 水下平台 水下平台是潜标观测系统的重要组件，它可以支持水下传感器的安装和运行。水下平台携带水下传感器，并将收集到的数据传输到上层系统。 3. 上层系统 上层系统是潜标观测系统的重要组件，它可以接收来自水下传感器的数据，并将数据进行处理和分析。上层系统可以是一台电脑，也可以是一个网络系统，它可以将收集到的数据发送到远程服务器，以便进行远程监控和分析。 $ ]' ]% V8 w" H" V& \/ B
4. 通信系统 通信系统是潜标观测系统的重要组件，它可以实现水下平台和上层系统之间的数据传输。通信系统可以是一个无线电系统，也可以是一个卫星通信系统，它可以将水下平台收集到的数据传输到上层系统，以便进行远程监控和分析。 9 n% D" |9 q. ]$ v
: k! o9 k. W% V" L Z0 a
浮力球型潜标及其携带的观测仪器 $ ?7 s7 A# l# d' X5 A3 N
海洋探测中使用的潜标具有多种不同的结构，这些结构根据特定应用和需求而有所差异。下面是一些常见的海洋探测潜标结构的详细解释： 浮标型潜标通常由一个浮标和一个下沉的探测设备组成。浮标通常采用球形或圆柱形设计，具有良好的浮力性能和稳定性，以确保潜标能够在水面上浮动。探测设备通过绳索或电缆与浮标相连，并通过下沉到水下来进行海洋观测。这种结构常用于浮标式海洋气象观测和海洋环境监测中。
垂直浮标型潜标的结构类似于一个垂直的浮标塔，其中包含多个传感器和仪器，用于监测水柱中的温度、盐度、流速等参数。潜标通过锚链或绳索固定在海底，使其能够在海洋中进行垂直运动。这种结构常用于海洋物理和海洋生物学的观测研究。 浮力球型潜标是一种球形结构，通常用于深海探测。它具有良好的浮力性能，可以携带各种观测设备，如声纳、摄像机等，用于海洋地质、海底生物和海洋资源勘探等研究。 自由漂浮式潜标通常通过气囊或浮力体来提供浮力，使其能够在海洋中自由漂浮。这种潜标常用于海洋环流、海洋生态系统和海洋生物学的研究。它可以搭载各种传感器和记录仪器，以收集海洋数据。
/ I# U8 {3 ?4 u) j
# H4 t' a2 W! p" S* k! |6 G: ?8 h二、潜标的历史 B5 R) m j, R! A7 p& A
潜标系统示意图 5 c. Q1 n6 R$ ^2 J2 c5 W0 Z
２０世纪５０年代初，潜标技术首先在美国得到发展，到７０年代时，美军已利用潜标系统掌握大量海洋剖面信息并将潜标系统应用到区域性警戒系统中。８０年初期，潜标系统已发展成熟，其与锚泊浮标相结合形成的绷紧式锚泊浮标系统在海洋环境监测中起了很大作用。 ２０００年，美国伍兹霍尔海洋研究所开始研制实时传输潜标，通过感应耦合技术，将测量数据传输到水面浮标，然后通过卫星发射到岸站或由水下声通讯中转下载。 3 u1 x S$ b$ }0 W B# P9 ]
! G! ~5 ~/ k, ?, Q ?8 y' n2 ~
中国从２０世纪７０年代开始研究潜标技术，到８０年代后期，国内相关单位研制出中国第１代自容潜标，并在南海成功布放使用。近年来，中国船舶重工７１０研究所、国家海洋局、国家海洋技术中心、海洋一所和中科院海洋所等单位开展了海洋环境监测潜标、海洋声学探测潜标、实时传输潜标等研制工作。 ２０１５年，中国科学院海洋研究所在西太平洋海域规模化地应用自研浮子式实时／准实时潜标观测系统，并在２０１９年实现了深海６０００ｍ实时数据传输。２０１９—２０２１年，中国电子科技集团公司第三研究所研制了多款潜浮标设备，并完成海上试验。 “十三五”期间，中国对潜标系统的研究投入不断加大，并成功研制多类型潜标系统，被广泛应用于海洋研究、开发和军事。近年来，中国海洋大学研制的深水定时卫星通信潜标系统在西太平洋定点海域完成系列试验和布放。 0 J6 X. ?& M- ?; J7 n. Q0 n, Q
+ q) s1 H( ?: p6 T. I" J6 b
& @2 J$ a& [& A; S+ W三、国内外发展现状对比
: a1 C; y& k9 T( m- X$ D. S 潜标系统示意图 1.国际现状： 目前美国、加拿大、英国等欧美国家已经研发成功并开始推广使用具备实时供电、数据传输和多传感器融合等功能的先进锚系潜标，而国内观测技术水平仍停留在自容式潜标上。 相较于自容式潜标，先进锚系潜标克服了传统定深潜标自容式工作无法实现 剖面高频率数据采集、实时供电和数据传输的壁垒，提供了水下大数据量传输和 供电的硬件基础，可开展不同水层多传感器的长期定点连续实时观测和实时数据。
. ~2 \: W' Z! l. J0 J! x' A4 w- s2 W+ P8 O' D# I
2.国内现状： 我国在水下观测系统技术方面的发展状况较国外落后很多, 在观测技术方面除一些通信技术和中心控制技术外, 其他如传感器技术、系统结构设计技术和能源供给技术等均落后世界水平 5 年以上。这基本上就确定了国内在水体剖面观测的落后现状, 虽然整体情况不容乐观, 但我国在水下观测系统技术的研制方面也作了许多尝试, 并取得了显著进步。
5 ~9 J7 |! ^' [, ~2 s# f: G2 C
两洋一海潜标观测网 - \! J' l5 m& u' W6 `" K A- u0 X1 y6 ?
自2008年以来, 我国在观测技术方面的进步更是成绩斐然, 主要是通过西太平洋深海科学观测网、南海潜标观测网和中国科学院近海观测研究网络三大体系的构建和完善, 全面、系统提升我国在海洋观测网建设、海洋观测技术研发等方面的能力和水平, 甚至在某些海洋观测技术的研发与集成方面已经站在了该领域的国际前沿, 逐渐呈现出系统性突破初露端倪的态势。 此外，在国内，中国海洋大学建立了两洋一海潜标观测网，加强了对东印度洋、南海和西太平洋的研究与认识。
) r$ T6 i; {8 S9 j' t% [+ V( L4 C# f, u& o
. N4 V! w3 Z' c+ u2 ^8 Y
四、潜标观测系统未来展望
, Z7 t: J' | U# h A1 n 潜标系统示意图 6 F! ~" l. M4 d( H
虽然潜标在过去的数十年中已经有了长足的发展，但是仍然有许多的不足之处，如实时通信能力差、供电有限、搭载仪器相对较少等。这些缺点阻碍着我们观测到更全面的数据，让我们难以更好地了解海洋，经略海洋。因此未来的潜标应该朝着长续航，智能化，全面观测几方面发展。 8 N! g: r8 B- z* @3 S$ a% R
* p8 k: X9 _( y5 U更长的续航时间可以让我们更好地观测到一个区域长时间的变化，从而对海洋的大尺度变化有更加深刻的理解和意识。 智能化的潜标可以让我们通过实时通信，更快获取到潜标的观测数据，从而实现对数据的及时处理和对潜标状态的实时监控，防止由于潜标损坏导致数据出现异常造成观测失败。 现如今学科之间的交叉融合已经成为了研究的重点，因此潜标如果只能搭载较少的观测设备，会导致观测的效率低下，成本较高。潜标应该向着搭载更加多元化设备的方向前进，让我们能够从潜标中获取不同学科的数据。
0 x5 K$ F# R% `4 B, s- d$ F5 `6 I6 V- b% F
END
3 ^3 Z# H% @$ X* x" D! Q
图文：肖金才 汪涛 王传垠 刘彧 王哲铭 排版：张佳璐 吕天笑 指导老师：刘子洲 孙永明 5 ]: P; i$ {! ?5 t
) [* q9 }1 y# L1 v; v) t! J* m; j: z) q* i4 ~+ O/ F
| 
