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海洋不雅测手艺
发布日期:2019-07-28 访问量:

  欧洲ESONET的方针是摸索正在大西洋取地中海沿岸兴建海底收集系统的可能性。取NEPTUNE分歧,ESO-NET将承担一系列科学项目,诸如评估挪威海海冰的变化对深水轮回的影响以及北大西洋地域的生物多样性和地中海的地动勾当等。打算20年后,ESONET将具备整个欧洲的强大能力。

  1993年,正在美国国度学基金会赞帮下,伍兹·霍尔海洋研究所研制成自从式深海海底AUV“摸索者”,系统动力具有低能耗特征,初始试验时采用胶质电介质铅酸电池,施行小范畴短时间查询拜访功课时采用碱基电池,施行大范畴长时间查询拜访功课时采用锂基电池,续航时间50h,总航程可达30km,系统设置装备摆设有满脚细密摄影需要的光学成像传感器,以及水下摄像机(单色两台,彩色CCD一台)和深度计。该系统可潜至6000m施行深海海底科学查询拜访使命,通过30kHz信标回归母船。

  日本海上侵占队和海上保安厅管辖有20多艘各类丈量船,包罗“二见”级、“明石”级和“明洋”级等系列,数量位居世界前列,部门由军方办理,部门由处所部分办理。此中“明洋”号拆有海底地形测绘系统,通过高频声呐进行海底地形测绘取海底地质探测,共同传感器以及声速仪等丈量配备,可快速丈量深度取大面积海底地形,成立三维空间海底图像,舰上还配备先辈的磁力探测仪,通过水下磁力的对比,就能立即分辩因潜艇水下勾当形成的磁力非常,达到探测敌方潜艇的目标。日本丈量船配备的丈量设备都很先辈,更新速度很快。日本丈量船近来几次正在周边国度近海出没,次要是探测这些地域海流等谍报,这些谍报可用做诸如潜艇巡航所需要的水文数据。此外,日本借帮丈量船已出书了1:20万和1:50万的架海底地形图。日本无论是正在丈量船队的数量上,仍是正在最新的丈量手艺上,都勤奋连结海洋大国的地位。

  NEPTUNE的扶植方针是正在整个胡安德富卡板块上安拆3000km长的光缆网。安插正在收集节点处的不雅测坐将成为海洋学家供给多学科的摸索空间,还可成为承平洋西北部地域的晚期地动预警系统。科学家们认为,NEPTUNE打算将从底子上改变人类研究海洋取地球的体例。2003年10月,颁布发表为该项目投资4750万美元。同时,美国和曾经为做为该打算试验平台的两个小型光缆不雅测坐供给了资金支撑:一个是维多利亚海底尝试收集(VE-NUS),另一个是蒙特利加快研究系统(MARS),打算正在蒙特利湾设立不雅测坐。它们将使科学家愈加亲近地监测海岸四周的水域,同时也为开辟NEFFUNE手艺供给广漠的舞台。

  EOS-PM卫星拆载的仪器有:先辈的微波探测器(AMSU)、微波湿度探测器(MHS)、云和地球辐射能量系统(CERES)、平分辨率成像光谱仪(MODIS-N)、大气红外探测器(AIRS)、多通道微波成像辐射器(MIMR)。

  美国具有的海洋丈量船型号多、手艺新。1989~1994年短期内配备了6艘现代化丈量船(USNS系列)之后,又敏捷正在两年时间内建制了6艘更先辈的5000吨级中近海丈量船,每艘船上都配备了浅海反响测深仪、深海反响测深仪、海底浅层剖面仪、浅海多波束系统、深海多波束系统、多普勒声学测流仪、侧扫声呐、全球定位系统、遥控潜水器、沉力仪、磁力仪等20多种海洋丈量设备和多个丈量工做坐,能够详尽精确地探测海底地形、海底地貌、海底浅层剖面、海底表层地质等多种要素,正在一些中型以上的丈量船上还设置装备摆设有海洋生物和海洋特征等专项查询拜访设备。持久正在我国南海勾当的“无暇”号是美国海洋丈量船的典型代表,此中配有约20名海员,10名手艺人员和20名海甲士员,配备有大型拖曳阵声纳,能够无效探测和恬静型舰艇,此外,美国海军正在航空母舰上也拆有先辈的丈量设备。

  航空海洋探测采用固定翼飞机和无人机为传感器载体,具无机动矫捷、探测项目多、接近海面、分辩率高、不受轨道、易于海空共同并且投资少等特点,是海洋监测的主要遥感平台,通过搭载的微波和光学遥测设备,可以或许及时获取大气海洋材料。正在军事上,因为无人机可无效削减人员伤亡,获得了普遍使用。典型代表有美国的“全球鹰”、“捕食者”,的Aerosonde等无人机。

  我国的海洋科学研究起步较晚,海洋不雅测能力扶植取国际发财国度比拟差距较大,不雅测内容少,精度低,无法满脚现代海洋军事勾当的需要。目前的不雅测仅以岸基坐常规监测为从,次要依托国度海洋局的若干不雅测坐、固定浮标以及少量ARGO浮标,以及近年来成立的海底不雅测网,贫乏海上固定式持久海洋分析不雅测平台,无法满脚海洋科学研究持久、持续、及时、多学科同步的分析性不雅测要求。而目前美国有基于NOAA的90个浮标、60多个海岸从动不雅测网以及多源卫星形成的海洋动力监测网。

  1)鼎力成长基于卫星的全球海洋探测系统,同时成长基于无人机的区域海洋灵活探测系统,两者相辅相成,劣势互补。

  赵吉浩,高艳波,朱光文,葛运国. 海洋不雅测手艺进展[J]. 海洋手艺,2008,27(04):1-4+16.

  无线传感器收集是由稠密型、低成本、随机分布的,集成有传感器、数据处置单位和无线通信模块的节点通过自组织体例形成的收集。借帮节点中内置的多种传感器对人们感乐趣的各类现象进行探测,最终实现对现实世界实现全方位的监测取节制。也是下一代互联网近景规划中较为主要的构成部门。2003年2月,麻省理工大学从办的非营利性手艺评论将传感器收集总结为改变未界的十种新兴手艺之一。而传感器收集呈现不久因为其低成本、矫捷性等诸多长处遭到了海洋界的青睐,其使用的范畴曾经扩展到了海洋。

  1985年3月,美国海军发射了Geosat大地丈量卫星,也是一颗海洋地形卫星,星上拆载的独一传感器是一部Ku波段(13.5GHz)的雷达高度计。该卫星以军用为从,用于丈量海洋概况无效波高,研究地球沉力场、浪潮和海面地形等,鉴于卫星轨道误差大(50cm)和数据保密等缘由,没有获得普遍使用。1998年2月,美国海军又发射了Geosat的后继卫星GFO-1,运转至今。

  海底不雅测网海洋科学正派历着从海面做短暂的“调查”到海洋内部做持久“不雅测”的较着变化。若是把地面取海面看做地球科学的第一个不雅测平台,把空中遥测遥感看做第二个不雅测平台,正在海底成立的不雅测系统,将成为第三个不雅测平台。海底不雅测系统是指把不雅测平台布设到海底,既能向下不雅测海底,又能通过锚系察看大洋水层,还能够投放勾当深海不雅测坐。海底不雅测网已逐步成为不雅测海洋和地球过程的第三种平台,将成为此后理解和预测海洋过程的次要不雅测体例之一。

  国外海洋传感器收集研究中最有影响力的当属美国海军的海网水下声学收集(Seaweb)[7~8]。其目标是正在军事上可建立可布放的自从分布系统,用于沿海泛博区域的鉴戒、反潜和和反水雷系统,正在平易近用范畴能够实施节制、通信和功能,节点之间采用水下声学通信手艺。Seaweb的尝试起头于2000年,当前几乎每年都进行有针对性的尝试,比来一次尝试于2008年正在美国长滩港进行,目标是测试新一代的声学调制解调器,水下有17个节点。欧盟正在MAST(MarineScienceandTechnologyProgramme)打算的支撑下也成长了一个系列化的水声通信收集研究打算。

  浮标监测分布面广、丈量周期长,曾经成为海洋和水文监测的次要手段。浮标集计较机、通信、能源、传感器丈量等手艺于一身,成为科技含量较高的科技分析体。

  挪威正在尤里卡海洋打算支撑下,研制和开辟的SEAWATCH系统次要用于小区域的生态监测和预告,配有响应的使用软件,此中利用的TOBIS浮标,带有多种适于生态监测的传感器和仪器。

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  海洋丈量船也叫海洋查询拜访船,是一种可以或许完成海洋要素探测、海洋各学科查询拜访和特定海洋参数丈量的舰船,早正在19世纪后半叶就认识到海洋丈量船的感化并起头改拆利用丈量船。跟着社会的前进、科技的成长和军事的需求,海洋丈量已从单一的水深丈量拓展到海底地形、海底地貌、海洋景象形象、海洋水文、地球物理特征、航天遥感和极地参数丈量,海洋丈量船的感化日益凸起。

  中国Argo打算自2002岁首年月组织实施以来,曾经正在承平洋、印度洋等海域投放了155个Argo剖面浮标,目前有78个浮标仍正在海上一般工做。

  1994年,美国海军制定了新一代先辈无人潜航器的研制打算,即“海军UUV从打算”,旨正在成长能遂行水下侦查、搜刮、通信、、猎雷和反潜等使命的自从式无人潜航器。2005年1月21日,正在曾经取得初步的根本上,美国海军发布了颠末大规模修订后的升级版的“海军UUV从打算”,从头设定了无人潜航器的使命以及海军但愿它所具有的能力,同时指了然工业部分的成长标的目的。

  跟着航天和航空遥感手艺的成长,航天和航空遥感手艺逐步使用于海洋探测,构成天基海洋遥感。天基海洋遥感具有不雅测范畴广、反复周期短、时空分辩率高档特点,能够正在较短时间内对全球海洋成像,能够不雅测船舶不易达到的海域,能够不雅测通俗方式不易丈量或不成不雅测的参量,成为继地面和海面不雅测的第二大海洋不雅探测平台,也成为发财国度竭力抢夺的海洋高科技之一。近年来,美国、欧洲、日本等航天大国接踵制定了响应的海洋成长规划。

  1997年8月,美国发射了SeaStar海洋水色卫星。星上拆载有第二代海洋水色传感器,共有8个通道,前6个通道位于可见光范畴,7、8通道位于近红外,核心波长别离为765nm和865nm;地面分辩率为1.1km,该卫星现仍正在运转。

  无人潜航器取载人潜水器比拟,具有制价低和平安等特点,能长时间正在压力很大的海底工做,可用于海洋查询拜访、海底矿藏开辟、水下工程施工、海上救帮打捞、清理航道、水产养殖以及军事和国防施工等范畴。无人潜航器凡是由潜水器、收放系统和水面节制安拆构成,按照节制体例的分歧,无人潜航器可分为遥控式、自从式和智能式等。当前,无人潜航器已从有缆节制式成长到无缆自从式和智能式,自从式无缆无人潜航器(AUV)是当前成长和使用很快的一种,取有缆无人潜航器分歧,AUV能自带电源,可正在水下航行,正在海洋开辟和军事上有普遍的使用前景。目前,世界上有十几个国度正正在处置无人潜航器研制,包罗美国、英国、法国、、意大利、日本、、俄罗斯、韩国和等,美国、挪威、俄罗斯、日本和西欧等国处于领先地位。

  海底持久科学不雅测系统具有普遍的使用前景,不只有帮于推进我国海洋科学和手艺的成长,并且可使用于海洋监测和减灾防灾预警、海底资本开辟和海上严沉工程监测等方面,同时对于成长海洋高手艺配备财产和我国从权和河山平安也具有主要意义。我国以同济大学为代表的相关单元曾经启动国度海底持久科学不雅测系统的扶植项目。正在国务院2013年1月会商通过的《国度严沉科技根本设备扶植中持久规划》中,“国度海底持久科学不雅测系统”项目被列为我国“十二五”期间优先放置的16个国度严沉科技根本设备扶植项目标首位。我国自从研制的海底不雅测网组网焦点部件已于2011年成功完成正在美国蒙特利湾海底布下班做,正式取美国海底不雅测收集并网运转。

  海洋监测手艺做为海洋科学和手艺的主要构成部门,正在海洋权益、开辟海洋资本、预警海洋灾祸、海洋、加强国防扶植、谋求新的成长空间等方面起着十分主要的感化,也是展现一个国度分析国力的主要标记。海洋监测手艺一般可分为天基海洋不雅测、海基不雅测和水下海洋不雅测。

  海洋自古以来就取人类的出产、糊口及军事勾当亲近相关。海底储藏着丰硕的油气资本和各类罕见矿产,浩繁的天然灾祸,如台风、海啸、地动等都发源于海洋和海底,同时海洋也是人类军事勾当的次要疆场之一。海洋监测手艺做为海洋科学和手艺的主要构成部门,正在海洋权益、开辟海洋资本、预警海洋灾祸、海洋、加强国防扶植、谋求新的成长空间等方面起着十分主要的感化,也是展现一个国度分析国力的主要标记。持久以来,鉴于海洋不雅测正在军事和平易近用范畴的主要性,国际海洋科学组织和海洋强国一曲都很是注沉海洋监测手艺的研究。早正在上世纪80年代中期,海洋发财国度就接踵出台海洋科技取开辟计谋,进入21世纪后,国际、经济、军事环绕着海洋勾当发生了深刻的变化,正在新的海洋计谋及其军事需求牵引下,接踵调整计谋,进一步加大了对海洋探测范畴的投入。我国是海洋大国,有三百多万平方公里的经济专属区和一万八千多公里的海岸线,海洋监测手艺曾经列入国度中持久科技成长纲要。

  目前美国最具有代表性的水下无人航行器是WHOI研制的“近程监测安拆”(REMUS),REMUS是一种低成本的近海查询拜访监测和多使命功课平台,研究经费获得美国海洋大气局和海军研究署的支撑,正在军事前次要用于水雷探查、方针监测、谍报汇集和军事海洋学研究。RE-MUS长1.32m,曲径19cm,工做深度150m,空气中自沉31kg(铅酸蓄电池),正在水中时处于中性浮力,航速4节时的潜航周期为14h,三个推进马达发生0.68kg推力,能以4节的航速正在10h内完成74km的航程,电源工做电压24V,输出功率32W,动力源是可充电的铅酸密封蓄电池或锂电池。REMUS搭载的设备次要有侧扫声纳前视声纳(DIDSON)、CTD和ADCP、视频浮逛生物记实器、浮逛生物泵、辐射计、生物荧光计、荧光计、光学后向散射计OBS以及浊度传感器等。

  1998年,美国和合做成立深海持久不雅测网,即海王星打算(NEPTUNE),正在2007年投入运转[6]。NEP-TUNE设正在水下约3000m的海床上,用长达3000km的光缆线个不雅测坐,每个不雅测坐可能还有支延长至几千米远的各类仪器,能够持久不雅测海洋内部和海底各类物理、化学、生物和地质过程,利用年限至多20~30年。环节设备包罗:潜标、CTD、ADCP、人工海流计、海浪传感器、光源和相机、养分盐丈量仪、地动仪,还有ROV、AUV、ROVER。此中,ROV用于水下仪器和收集的布放、安拆和;AUV用于数据的转驳和能源的弥补;ROVER用于各节点之间的空白区的不雅测。收集设想中,有“即插即用”接口,使仪器的改换和新仪器的利用更为便利。

  目前,我国有一系列关系国计平易近生和国防平安的海洋问题亟待研究取处理,可是因为贫乏水下不雅测节点,加之国外遥感卫星材料来历十分无限,因而对第二岛链附近相关海域、周边、南海及主要出海通道的监测能力十分亏弱;贫乏水下自从浮动节点,只能不雅测点、面或某一条理的海洋要素,立体探测能力几乎是空白,缺乏主要海域的持久断面不雅测数据;和海军勾当、水下资本开辟亲近相关的深、近海立体监、探测手艺目前尚处于空白阶段,无法满脚我海军大洋,成为蓝水海军的需求。将来需要正在以下几个方面应加大投入力度:

  尹,李延斌,马金钢. 海洋不雅测手艺现状综述[J]. 舰船电子工程,2013,33(11):4-7+13.

  法国研制出带消融氧式传感器的新型浮标ProvorCT。该浮标由“法国海洋开辟研究所”(IFREMER)取MARTEC集团合做研制,以满脚ARGO国际研究打算的需要。最大深度可达2000m,能够预设漂浮深度和时间。浮标通过事后设定的法式,供给所处海洋的相关情况,收集相关含盐量、温度和压力的参数。浮标浮出水面之后,通过AR-GOS卫星将数据传出。浮标潜入水中的周期为十天。能够从一艘船上采用一般施放浮标的抛出器向海洋中施放,也能够采用公用的投放箱进行施放。

  EOS系列中的EOS-AM卫星次要用于陆地和大气不雅测、物理和化学、天气查询拜访。第一颗EOS-AM卫星Terra于1999年12月18日发射。EOS-AM1卫星拆载五个次要仪器:平分辨率成像光谱仪(MODIS-N)、先辈星载热发射和反射辐射器(ASTER)、多角度成像光谱仪(MI-SR)、云和地球辐射能量系统(CERES)和对流层污染仪(MOPITT)。EOS-PM卫星共计三颗,第一颗EOS-PM卫星Aqua于2002年5月4日发射;EOS-PM2卫星Aura于2004年7月15发射;EOS-PM3于2010年12月发射。

  “阿尔戈”浮标指用于成立全球海洋不雅测网的一种公用丈量设备。Argo是英文“ArrayforReal-timeGeostrophicOceanography”的缩写,此中文寄义为“地转海洋学及时不雅测阵”。它能够正在海洋中漂移,从动丈量海面到2000m水深之间的海水温度、盐度和深度,并可它的漂移轨迹,获取海水的挪动速度和标的目的。ARGO全球海洋及时不雅测网是1998年,由美国、法国和日本等国度大气、海洋科学家推出的一个大型海洋不雅测打算,设想正在全球大洋中每隔300km布放一个由卫星的剖面漂流浮标(即ARGO剖面浮标),合计为3000个,构成一个复杂的ARGO全球海洋及时不雅测网,以便快速、精确、大范畴地收集全球海洋0~2000m上层的海水温度和盐度剖面材料,有帮于更详尽地领会大标准及时海洋的变化,提高天气和海洋预告的精度,无效防御全球日益严沉的天气和海洋灾祸(如飓风、台风、、冰暴、洪水和干旱,以及风暴潮、赤潮等)给人类形成的。

  日本正在该研究范畴不甘掉队,曾经为无人潜航器的研发投入了数亿美元,手艺已达到世界领先程度,但日本研制的无人潜航器次要用于平易近用的深海开辟,极罕用于军事范畴。日本国际电信德律风公司(KDD)研制成功能潜航至水下1000m,进行查询拜访海底和海底电缆的新型水下机械人“水下摸索者1000”号(简称AElOO0)。AE1000能搜刮到海底电缆,后持续逃踪电缆踪迹,并记实下电缆环境,内拆有传感器、微型计较机和蓄电池,此中,传感器从包罗:水压传感器,用于反映潜航深度,判断本人步履;方位传感器,丈量船首标的目的;高度传感器,丈量海底概况凹凸;姿势传感器,丈量本身活动;声纳,探察四周妨碍物;多普勒声纳,用于识别本身航迹等8台设备,这些设备可使AE1000能沿着预定航路进行z字形高难度航行。

  颠末多年的成长我国已建成了包罗海洋坐、浮标、查询拜访不雅测船、海监飞机,以及操纵国外遥感卫星材料的海洋初级监测网,可是和国外发财国度比拟还存正在着以下两个方面的不脚:

  俄罗斯的海洋丈量船较多,几乎每两三年就制一艘,吨位也比力大,俄罗斯大型丈量船常年连结全球海域勾当,海洋功课项目是分析性的,次要有海洋丈量、救生、地质、景象形象、水文,生物和化学等方面,搭载的丈量设备数量多,但目标和功能一般,不如美、日等国先辈。

  3)阐扬各行业劣势提拔科技立异程度,因为海洋监测手艺涉及的学科繁多,且一个单元或一个集体又不成能正在海洋监测手艺各学科都处于领先地位,因而就必需先梳理海洋不雅测手艺焦点手艺,紧跟该范畴世界成长潮水[9~11],提出一批极具焦点合作力的环节手艺,正在全国范畴内普遍寻找有实力的研究步队,通过必然的组织形式,将海洋科研院所、高校和军工单元、处所企业有序的结合起来,充实挖掘海洋监测手艺取其它行业的共性手艺,彼此自创,扬长避短,建立一支高效不变的海洋不雅测手艺科研团队和人才梯队以不竭提拔海洋不雅测的竟争力。

  朱光文. 我国海洋不雅测手艺的现状、差距及其成长[J]. 海洋手艺,1991,(03):1-22.

  该项手艺是上世纪90年代初的严沉,它的呈现催生了国际“阿尔戈”(ARGO)打算,处理了全球次表层温盐同步不雅测的难题。美国、法国接踵研制了几种剖面浮标,最大设想深度2000m,设想工做寿命4~5年。

  2)成立高密度立体不雅测收集,从总体上看,国际海洋不雅测的方针是成立全球联网的立体不雅测系统,目前已成长起包罗卫星遥感、浮标阵列、海洋不雅测坐、水下剖面、海底有缆收集和科学调查船的全球化不雅测收集。因而要有针对性地正在环节海区成立多参数持久、立体、及时监测网,无效、持续地获取和传送海洋长时间序列分析参数。要加大主要现象取过程机理的强化不雅测力度,分析使用各类先辈的传感器和不雅测仪器,如将声学、遥感等手段更多地使用于海洋不雅测,使得点、线、面连系更为慎密,对区域进行无效。






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