海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

王鑫

摘? 要：對(duì)海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究是保障此類(lèi)觀測(cè)技術(shù)在我國(guó)國(guó)內(nèi)的應(yīng)用能發(fā)揮出預(yù)期效用的關(guān)鍵。文章將首先針對(duì)這一技術(shù)現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析，進(jìn)而在此基礎(chǔ)之上研究海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)的主要構(gòu)成，最后一部分則對(duì)這一技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做了展望。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù);發(fā)展;趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：P715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0141-03

隨著海洋觀測(cè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)家意識(shí)到了海洋觀測(cè)資料及數(shù)據(jù)的重要性，在這樣的背景之下，為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)建海洋強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)，相關(guān)單位必須將對(duì)各類(lèi)觀測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用重視起來(lái)。對(duì)于本文所討論的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，海洋環(huán)境移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)是對(duì)導(dǎo)航控制、通信傳輸?shù)燃夹g(shù)的綜合，通過(guò)這一技術(shù)的應(yīng)用，動(dòng)力要素、聲學(xué)要素、氣象、地質(zhì)、海洋生物等現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)工作都將能得到很好的輔助，結(jié)合現(xiàn)狀來(lái)看，這一技術(shù)已經(jīng)成為了深遠(yuǎn)海區(qū)域開(kāi)發(fā)過(guò)程中的核心技術(shù)，而由于移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)在我國(guó)國(guó)內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用仍與部分發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定差距，為了縮小這樣的差距，保障我國(guó)在海洋觀測(cè)領(lǐng)域中的強(qiáng)國(guó)地位，針對(duì)這一技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究是非常有必要的。本文將在后續(xù)內(nèi)容中對(duì)這一技術(shù)未來(lái)主要的發(fā)展方向進(jìn)行深入探究，并提出對(duì)應(yīng)的發(fā)展建議。

1 移動(dòng)平臺(tái)觀測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 無(wú)人水下航行器

從定義上來(lái)說(shuō)，無(wú)人水下航行器主要是指：自主驅(qū)動(dòng)的無(wú)人水下航行器，可以通過(guò)預(yù)編程或自我調(diào)整來(lái)完全自主的執(zhí)行任務(wù)，部分則需要少量監(jiān)視控制，與其他平臺(tái)無(wú)系留或僅以通信纜系留。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，纜控航行器、自主水下航行器等都屬于此類(lèi)。在國(guó)際上，較為著名的無(wú)人水下航行器平臺(tái)主要包含REMUS-6000、Talisman等，這些平臺(tái)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于水下打撈、搜救等工作之中，并發(fā)揮出了極大的輔助作用。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，我國(guó)自主研發(fā)的4500m無(wú)人遙控潛水器海龍2號(hào)已經(jīng)能在3500m水深、海底高溫以及復(fù)雜地形等特殊環(huán)境下展開(kāi)作業(yè)。

1.2 水下滑翔機(jī)

水下滑翔機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中將會(huì)以低能耗的形式做鋸齒狀滑翔運(yùn)動(dòng)，本質(zhì)上是一種低速航行器，相較于水下無(wú)人航行器來(lái)說(shuō)，此類(lèi)觀測(cè)技術(shù)原理更為簡(jiǎn)單，主要依靠?jī)?nèi)部浮力的變化來(lái)推進(jìn)，同時(shí)具備航行距離遠(yuǎn)、噪聲低等優(yōu)勢(shì)，因此在海洋觀測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。水下滑翔機(jī)早期體型相對(duì)較小，重量約為50kg左右，而為了將此類(lèi)觀測(cè)技術(shù)應(yīng)用到近岸海域之中，在美國(guó)海軍資助下研制的Exocetus及其特有的自適應(yīng)壓載技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，“海燕”、“Sea Wing”、“C-Clider”等水下滑翔機(jī)都已經(jīng)進(jìn)入了試驗(yàn)階段，短期內(nèi)將能投入實(shí)際應(yīng)用。

1.3 波浪能滑翔器

顧名思義，波浪能滑翔器的驅(qū)動(dòng)能力主要來(lái)源于海浪在深度上所形成的勢(shì)能差，只要海水有輕微的波動(dòng)，這一滑翔器就能將其轉(zhuǎn)換為向前的推進(jìn)力，因此，從能耗方面，波浪能滑翔器具備極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。另一方面，波浪能滑翔器可以同時(shí)對(duì)水下及水上環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)，因此，實(shí)際的應(yīng)用范圍也要更廣一些，現(xiàn)階段市場(chǎng)上的波浪能滑翔器主要生產(chǎn)于美國(guó)Liquid Robotics公司。對(duì)于此類(lèi)儀器在我國(guó)國(guó)內(nèi)的研發(fā)和應(yīng)用來(lái)說(shuō)，雖然國(guó)家已經(jīng)注意到了波浪能滑翔器在海洋觀測(cè)中的獨(dú)特地位，但整體的研究進(jìn)程仍處于起步階段，與國(guó)際上仍存在一定差距。

1.4 漂流浮標(biāo)

現(xiàn)階段市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的漂流浮標(biāo)類(lèi)型為Argo浮標(biāo)，即循環(huán)剖面漂流浮標(biāo)。此類(lèi)浮標(biāo)能搭載不同的傳感器展開(kāi)工作，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)、高分辨率的全球海洋中上層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)Argo浮標(biāo)的應(yīng)用，全球海洋上層的海水溫度、鹽度剖面等數(shù)據(jù)將能得到迅速、有效的收集，輔助后續(xù)研究工作的高效開(kāi)展。現(xiàn)階段市場(chǎng)上所應(yīng)用的Argo浮標(biāo)型號(hào)主要為APEX、PROVOR等，由我國(guó)自主研發(fā)的C-Argo也已經(jīng)在國(guó)際Argo計(jì)劃中得到了一定程度的應(yīng)用。

1.5 無(wú)人遙控艇

與上述內(nèi)容相比較，無(wú)人遙控艇的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，功能也更加多樣，這一系統(tǒng)中集成了船舶設(shè)計(jì)、智能控制處理等技術(shù)，能有效監(jiān)測(cè)氣象水文要素、天空狀況等，同時(shí)能以視頻、圖像等形式對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示。結(jié)合現(xiàn)狀來(lái)看，由美國(guó)海軍所研發(fā)的“梟”已經(jīng)投入了實(shí)際應(yīng)用之中，能夠?qū)ψ鲬?zhàn)、演習(xí)海域、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)海域等進(jìn)行有效觀測(cè)。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，由沈陽(yáng)新光公司所推出的氣象觀測(cè)無(wú)人艇已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用階段。

1.6 半潛式航行器

半潛式航行器主要是指航行主體在水下、通氣桅管浮在水面，使用柴電混合的形式推進(jìn)。與上文中提到的無(wú)人水下航行器相比較，這一類(lèi)航行器具備動(dòng)力大、速度快、搭載能力更強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在系統(tǒng)更為復(fù)雜、體積較大等缺陷。在國(guó)際上，美國(guó)對(duì)于半潛式航行器的研發(fā)和應(yīng)用都處于領(lǐng)先地位，而我國(guó)研制的半潛式航行器已經(jīng)通過(guò)了湖試驗(yàn)證。

2 海洋環(huán)境觀測(cè)移動(dòng)平臺(tái)主要構(gòu)成及技術(shù)

2.1 平臺(tái)載體

針對(duì)平臺(tái)載體的設(shè)計(jì)主要包含集成、協(xié)同、優(yōu)化三個(gè)層次，而在模擬技術(shù)的支持之下，平臺(tái)設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題將能在設(shè)計(jì)階段得到有效改善，從而避免移動(dòng)平臺(tái)在試驗(yàn)或?qū)嶋H應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。

2.2 能源與動(dòng)力技術(shù)

此類(lèi)技術(shù)直接決定著移動(dòng)平臺(tái)航程、航速、壽命等主要指標(biāo)，同時(shí)也會(huì)對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的安全性、可靠性、維修復(fù)雜性等產(chǎn)生影響。

2.3 導(dǎo)航控制技術(shù)

這一技術(shù)主要用于保障移動(dòng)平臺(tái)依照預(yù)先設(shè)定好的路徑航行，若實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)橥饨缫蛩赜绊懚霈F(xiàn)了偏離航線(xiàn)的情況，那么這一技術(shù)則應(yīng)能控制平臺(tái)回到預(yù)定航線(xiàn)上，在這一技術(shù)的輔助之下，移動(dòng)平臺(tái)整體的可靠性將能得到有效提升，從而更好的完成預(yù)定任務(wù)。

2.4 通信定位技術(shù)

這一技術(shù)的應(yīng)用將能實(shí)現(xiàn)水下移動(dòng)平臺(tái)與遙控設(shè)備或岸基設(shè)備之間的信息傳遞，通常情況下，移動(dòng)平臺(tái)與控制設(shè)備之間的通信主要借助無(wú)線(xiàn)或微型通信來(lái)完成，部分平臺(tái)則采用了水聲與上述技術(shù)組合的方式來(lái)完成通信過(guò)程。

2.5 低功耗技術(shù)

低功耗技術(shù)是對(duì)時(shí)序控制、綜合管理、總線(xiàn)技術(shù)等的綜合應(yīng)用，在這一技術(shù)的作用之下，電功能模塊的時(shí)序供電及協(xié)同、電源及信息的可靠傳輸與分配等問(wèn)題都將能得到有效的解決。也就是說(shuō)，通過(guò)低功耗技術(shù)的應(yīng)用，移動(dòng)平臺(tái)整體的可靠性、安全性等都將更好的滿(mǎn)足現(xiàn)有指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 布放與回放技術(shù)

布放與回放技術(shù)主要是指對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的布放和回放，這一技術(shù)是保障移動(dòng)平臺(tái)能重復(fù)應(yīng)用的關(guān)鍵，同時(shí)，對(duì)于參與海洋觀測(cè)的工作人員來(lái)說(shuō)，在這一技術(shù)的支持之下，平臺(tái)運(yùn)作所需要的人力將能得到有效縮減，現(xiàn)場(chǎng)工作人員自身所需要承擔(dān)的工作負(fù)荷也能在原有基礎(chǔ)上有所降低。

2.7 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用主要是為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)之間的協(xié)同工作，進(jìn)而將單個(gè)的移動(dòng)平臺(tái)視作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，組建自組織網(wǎng)絡(luò)，以信息共享、業(yè)務(wù)分配的形式完成水下作業(yè)任務(wù)。在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中，移動(dòng)平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合也將成為主要的發(fā)展趨勢(shì)。

3 發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展建議

3.1 主要發(fā)展趨勢(shì)

（1）通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、體系化。現(xiàn)階段市場(chǎng)上應(yīng)用的移動(dòng)平臺(tái)雖然已經(jīng)能在海洋觀測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮出一定作用，但同時(shí)，由于標(biāo)準(zhǔn)體系上的不一致，這些平臺(tái)之間很難展開(kāi)協(xié)作。標(biāo)準(zhǔn)體系的建立能有效解決這樣的問(wèn)題，同時(shí)能提升移動(dòng)平臺(tái)整體的可靠性。（2）設(shè)備性能更高。隨著海洋觀測(cè)目的的不斷變化，移動(dòng)平臺(tái)自然要通過(guò)設(shè)備性能的提升來(lái)滿(mǎn)足這樣的需求。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)研制單位必須能靈活的將高性能微處理器、智能化技術(shù)等應(yīng)用起來(lái)。（3）能源供應(yīng)能力不斷提升。航速及航行距離是衡量移動(dòng)平臺(tái)性能的主要指標(biāo)，而為了支撐移動(dòng)平臺(tái)的遠(yuǎn)距離航行或高速航行，現(xiàn)有的能源供應(yīng)方法就必須做出一定改進(jìn)，研制單位則應(yīng)依據(jù)這樣的需求研究新型能源及供電技術(shù)等在這一過(guò)程中的應(yīng)用，不斷提升移動(dòng)平臺(tái)能源供應(yīng)能力。（4）對(duì)新型材料的應(yīng)用。隨著觀測(cè)深度的不斷增加，水下環(huán)境也會(huì)更加復(fù)雜，而若移動(dòng)平臺(tái)無(wú)法應(yīng)對(duì)水下環(huán)境中存在的各類(lèi)影響因素，那么移動(dòng)平臺(tái)的安全性以及使用壽命等都將會(huì)因此而受到影響。為了針對(duì)這樣的狀況進(jìn)行改善，研制單位就必須針對(duì)各類(lèi)新型材料的應(yīng)用進(jìn)行研究，提升平臺(tái)載體的耐壓、防腐性能，不斷增加觀測(cè)深度。

3.2 對(duì)海洋觀測(cè)移動(dòng)平臺(tái)在我國(guó)國(guó)內(nèi)的發(fā)展建議

（1）將深海觀測(cè)視作海洋觀測(cè)的重點(diǎn)。深海面積占海洋總面積的90%，因此，在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)研制單位也必須將移動(dòng)平臺(tái)航速、航行距離、耐壓能力等的提升視作研究重點(diǎn)，以此來(lái)保障我國(guó)始終能在海洋領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。（2）重視能源等基礎(chǔ)技術(shù)水平的提升。海洋觀測(cè)移動(dòng)平臺(tái)的研發(fā)和應(yīng)用都需要大量的資金支撐，而能源等基礎(chǔ)技術(shù)則是提升這一平臺(tái)使用壽命、利用效率等的關(guān)鍵，因此，相關(guān)研制單位應(yīng)將此類(lèi)基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展重視起來(lái)，通過(guò)新型能源的應(yīng)用來(lái)解決現(xiàn)階段電池在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題。（3）不斷提升移動(dòng)平臺(tái)協(xié)同工作能力。多個(gè)移動(dòng)平臺(tái)之間的協(xié)同工作將能更高效的完成部分復(fù)雜任務(wù)，海洋觀測(cè)或偵查的同步性、時(shí)效性、偵測(cè)范圍等都將能得到有效提升，因此，相關(guān)研發(fā)單位必須將這一工作視作移動(dòng)平臺(tái)研發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容，以此來(lái)不斷擴(kuò)大移動(dòng)平臺(tái)在海洋觀測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)海洋觀測(cè)移動(dòng)平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)之上，本文主要針對(duì)移動(dòng)平臺(tái)未來(lái)的發(fā)展方向做了深入研究，并提出了具體的發(fā)展建議。結(jié)合這些內(nèi)容，我國(guó)相關(guān)研制單位必須能將移動(dòng)平臺(tái)性能及協(xié)作能力等的提升等重視起來(lái)，不斷提升自主研發(fā)移動(dòng)平臺(tái)的能力，實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國(guó)的發(fā)展目標(biāo)。

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