我國海洋觀測裝備“卡脖子”問題的破解對策建議

摘 要：該文中“卡脖子”問題是指我國海洋觀測裝備在發展過程中遇到的瓶頸和限制，阻礙了海洋科學研究和海洋資源利用。該文對我國海洋觀測裝備的發展進行需求分析，從海洋觀測平臺和海洋傳感器的發展兩個方面介紹我國海洋觀測裝備發展的現狀；從創新能力、成果轉化能力、國產化應用、技術標準和測試試驗等方面分析“卡脖子”問題出現的原因，針對這些問題提出加強海洋儀器設備應用的調研和評估、提升設備的精準度和可靠性、進行海洋儀器設備攻關加快研發和推廣、完善海洋標準和試驗測試體系等一系列措施建議。有助于提高我國海洋觀測裝備的整體技術水平，促進海洋科技的進步，推動我國在海洋觀測領域的可持續發展。

關鍵詞：海洋觀測裝備；觀測平臺；傳感器；對策建議；海洋科技

中圖分類號：P715 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）27-000７-0４

Abstract： The "stranglehold" problem refers to the bottlenecks and limitations encountered in the development of marine observation equipment in China， which hinders marine scientific research and the utilization of marine resources. This paper analyzes the demand for the development of ocean observation equipment in China， and introduces the present situation of the development of ocean observation equipment in China from two aspects of the development of ocean observation platform and ocean sensor. The causes of "stranglehold" problems are analyzed from the aspects of innovation ability， achievement transformation ability， domestic application， technical standards and testing， etc. In view of these problems， a series of measures and suggestions are put forward， such as strengthening the investigation and evaluation of the application of marine instruments and equipment， improving the accuracy and reliability of equipment， tackling key problems of marine instruments and equipment， speeding up research and development and popularization， and perfecting marine standards and test systems. It will help to improve the overall technical level of China's ocean observation equipment， promote the progress of marine science and technology， and promote the sustainable development of our country in the field of ocean observation.

Keywords： ocean observation equipment; observation platform; sensors; countermeasures and suggestions; marine science and technology

海洋觀測是海洋科學和海洋產業發展的基礎，為了更好地了解海洋環境和開發海洋資源，我國一直在加大海洋觀測裝備的投入[1]。我國海洋觀測裝備的水平，直接反映了其在綜合科技實力和海洋管理能力方面的表現，是推動海洋強國建設的重要支柱。海洋觀測裝備作為我國開展海洋科學研究和保障國家海洋環境安全的重要工具，一直受到政府和科研機構的高度關注[2-6]。黨的十八大以來，“建設海洋強國”連續三次寫入黨的全國代表大會報告。2022年4月，習近平總書記在海南考察時強調，要推動海洋科技實現高水平自立自強，加強原創性、引領性科技攻關，把裝備制造牢牢抓在自己手里，努力用我們自己的裝備開發油氣資源，提高能源自給率，保障國家能源安全。因此，發展我國海洋觀測裝備具有深遠的戰略意義。隨著國家海洋強國戰略推進以及面對復雜的國際形勢[7]，對海洋防災減災、海洋生態保護和修復、海防安全[8]、海洋科學認知[9]等方面提出了更高的需求。先進的海洋觀測技術不僅為科學研究提供了可靠數據支持，深化了對海洋環境、氣候變化和生態系統的理解，同時也為海洋資源的可持續開發和管理提供了科學依據。

1 我國海洋觀測裝備發展需求分析

1.1 發展海洋觀測裝備是防災減災的需要

積極推動海洋觀測裝備的發展，是實現防災減災的重要戰略措施。近年來，全球范圍內海洋災害頻發，包括氣候變暖、海平面上升、風暴潮和災難性海浪等，給沿海地區帶來嚴重損失，每年直接經濟損失高達數十億元。當前沿海區域在應對這些災害時的應急觀測和預警能力明顯滯后，導致損失不斷擴大。發展先進的海洋觀測裝備，實現自動化和智能化監測，對提高海洋災害的應急觀測和預警水平至關重要，可以更有效地防范和減緩災害帶來的影響。

1.2 發展海洋觀測裝備是生態保護與修復的需要

全球海洋生態系統受到氣候變化、人類活動等多重壓力的影響，生態平衡受到破壞，海洋生物多樣性受到威脅。先進的觀測技術能夠提供全面的海洋數據，有助于監測海洋環境的健康狀況，識別潛在的生態問題。通過及時獲取信息，可以采取科學的生態保護和修復措施，促進海洋生態系統的可持續發展，確保海洋生物和環境的健康。

1.3 發展海洋觀測裝備是海防安全的需要

面對全球復雜多變的安全威脅，包括海洋災害和安全隱患，強大的觀測能力是維護海域安全和國家海防利益的重要保障。先進的觀測技術可以提供實時、精準的海洋信息，幫助預警潛在威脅，提升國家對海域的感知和控制能力，從而有效應對海上挑戰，確保海域的安全和穩定。我國海洋安全面臨嚴峻形勢，尤以南海為甚，亟需發展海洋觀測裝備，提升對擁有主權的海域建立掌控能力[8]。

1.4 發展海洋觀測裝備是海洋科學認知的需要

全球海洋研究面臨著諸多未解之謎，涉及海氣相互作用、多尺度動力過程、深海熱與碳吸收機制、物理地球化學環境變化對資源和氣候的影響、洋底過程等眾多前沿科學問題。先進的觀測技術提供了豐富、精準的海洋數據，為科學家深入研究海洋生態、氣候變化、地質構造等提供了堅實基礎。為了深入探索和解決這些問題，迫切需要大規模發展先進海洋觀測裝備，以實質性推動我國在全球海洋科技領域的領先地位。通過發展海洋觀測裝備，可以加深對海洋科學現象的理解，推動學科的發展，為人類更好地保護、利用海洋資源提供科學依據[9]。

2 我國海洋觀測裝備發展現狀

2.1 海洋觀測平臺發展迅速

我國已經成功掌握了固定海洋觀測平臺的核心技術[10]，包括岸基海洋觀測站和雷達站技術已經相當成熟，達到了國際先進水平[11-12]。在海洋觀測領域，浮標平臺產品系列化，特別是在西風帶環境監測浮標方面，我們的可靠性在極端惡劣海況下已經達到或超過國際領先水平，滿足了沿海海域的業務化運行需求。此外，海洋生態在線監測平臺的發展良好，與發達海洋國家相比差距不大，我們在黃海海域已經成功進行了長期在線生態環境監測系統的示范運行，驗證了相關技術成果。然而，在移動觀測平臺方面，尤其是無人航行器等移動平臺在我國的業務化海洋觀測網中尚未有示范和應用[13]，而水下、水面、空中無人航行器等移動觀測平臺雖然發展迅速[14-16]，但在業務化應用方面仍有待進一步發展[17]。在衛星平臺方面，發展了海洋水色、海洋動力環境、海洋監視監測等系列海洋衛星，多顆衛星在軌運行。逐步建設由國產衛星主導的海洋天基觀測網，基本實現全球海洋環境的逐日觀測。在水色遙感、海洋要素反演、衛星精密定軌等技術方向成果豐碩，支持了業務化監測應用與示范。

2.2 海洋傳感器整體處于“跟跑”階段

近年來，我國在海洋傳感器技術方面取得了顯著進展，然而與國際先進水平相比，國產化海洋傳感器技術整體仍然面臨著跟進的挑戰[18-20]。約70%的近海和常規傳感器已國產化，但超80%的深遠海和高端傳感器仍依賴進口，帶來潛在的“卡脖子”風險。海洋氣象傳感器中，風速、風向、雨量和能見度等多為國產，但在可靠性等方面與國外著名的儀器相比還是有差距。溫濕度和氣壓傳感器性能滿足要求，但在環境適應性差、準確度低等方面還存在問題，導致目前應用的設備幾乎都是進口的。海洋動力傳感器中溫鹽深傳感器總體水平已基本跟上國際先進裝備水平，但國內研發單位沒有形成規模效應，批量小、市場認可度低，導致在應用上與美國海鳥公司（Sea-bird Scientific）相比有較大差距。測流和測波儀技術進步大，全球應用，但國產化率低，仍主要依賴進口。海洋生態傳感器中在線監測傳感器發展門類齊全，突破了一批國際前沿關鍵技術，但與國外仍有差距。已研發水質監測傳感器，逐步推廣，但指標較國外低端產品略遜，需持續改進。目前，對海水微塑料、新型有機污染物等的監測傳感器仍在方法探索和試驗樣機階段，而在國內外，成熟的在線監測設備相對較為稀缺。總體來說，國產生態傳感器仍在追隨國外技術的階段，自主創新能力相對較低。關鍵材料和器件對外依賴程度較高，而在產品的長期運行可靠性、穩定性和數據準確性等方面，還需要進一步提升和完善，需要經過更多的現場測試驗證。

3 我國海洋觀測裝備當前存在問題

3.1 “從0到1”原始創新能力不足

我國在海洋觀測裝備研究方面主要表現為追隨國外研究、模仿成熟產品，原始理論創新相對不足。核心關鍵技術對外依存度高，存在易受制于他人的風險。舉例而言，溫鹽深測量儀已有20多年的自主研發歷史，但仍然無法自主生產所需的高精度壓力傳感器、壓電晶體以及萬分之一精度石英諧振傳感器等關鍵組件。深海探測關鍵技術裝備目前主要依賴進口，尤其在缺乏整體水平超越國外、達到世界領先水平的同類產品方面，進口比例高達90%以上。這突顯了我國在海洋觀測裝備領域面臨的一些挑戰和依賴性。

3.2 “從1到10”的成果轉化能力不夠

國內各類科技計劃紛紛支持海洋領域的關鍵核心技術，但各承擔單位更注重項目的申報和立項，而在項目執行過程中只是追求達到項目驗收指標，形成的核心技術成果往往在項目結題后未能得到后續研發改進的投入。缺乏后續應用的考核機制，導致產品化開發工作滯后，技術迭代和固化相對較少。此外，技術研發與市場有效結合的機制不夠完善，普遍存在過于重視技術突破和系統集成，卻相對輕視產品化和產業化的情況。

3.3 國產化應用不足

我國在固定海洋觀測平臺、岸基海洋觀測站、浮標平臺等方面取得了一些成功，但移動平臺如無人航行器等在國內業務化海洋觀測網中尚未有示范和應用。國產生態傳感器的發展仍處于跟跑國外技術的階段，自主創新能力相對較低，國產傳感器在長期應用中的可靠性、穩定性以及環境適應性等方面存在顯著不足。國內市場仍然被進口傳感器主導，而國產傳感器的規模化應用相對較少。特別是在深遠海和高端傳感器領域，絕大部分仍然依賴進口，國產化率幾乎為零。此外，市場與技術的結合機制不完善，導致產品化、產業化較為薄弱，影響了海洋觀測裝備的規模化應用。

3.4 技術標準和測試試驗欠缺

目前，典型海洋觀測儀器裝備的指標體系主要借鑒國外標準，技術標準體系建設滯后，缺乏全面、系統的技術標準，而相關國家和行業標準的研究和更新不夠及時，難以滿足海洋儀器設備發展應用的迅速變化需求。海洋儀器設備長期處于過度注重研究而輕視測試的發展模式，導致相關產品的長期穩定性和可靠性難以準確評估和不斷改進[21-22]。這形成了一個發展“怪圈”：產品質量的不可靠性降低了用戶的應用信心，用戶應用不足又制約了有效提升產品質量和可靠性的機會，進而加深了產品發展的不確定性。這種循環局面使得海洋觀測儀器裝備的發展面臨一系列挑戰。

4 對策與建議

4.1 加強海洋儀器設備應用的調研和評估

以當前在業務化海洋觀測系統中應用的海洋儀器設備為主，可以考慮適度引入國外先進儀器設備，并組織專業技術團隊（包括生產廠家、用戶、數據使用者等）進行全面的應用層面調研、測試和評估。對于核心裝備如溫濕傳感器、海流計、壓力傳感器等國產化產品，著重評估其性能、先進性、可靠性、利用率、潛在缺陷以及在生態環境和氣象等部門的實際使用情況。通過進行權威性的調研和評估，提出詳實的報告，為海洋儀器設備的應用和改進提供可信的基礎資料，推動儀器設備的性能提高和應用效果的優化。

4.2 對海洋觀測裝備進行改進、完善和提高

在深入研究和全面評估的基礎上，對可替代或商業化水平較低的海洋儀器設備，由國家級業務單位牽頭組織國內相關技術單位，進行改進、完善和提升。在條件成熟的情況下，逐步鼓勵推進國產海洋儀器設備的研發，特別是對海洋站、浮標系統上的相關傳感器進行替代性的提升。已列入各海區局、各海洋站計劃中的裝備采購將優先考慮國產化傳感器或儀器，同時對正在服役的設備，在不影響數據管理要求的前提下，逐步進行國產化改造工作。

4.3 制定海洋儀器設備攻關計劃

依照分階段實施和關鍵突破的原則，通過綜合分析緊迫需求和技術條件等因素，對尚未找到替代方案的項目進行技術攻關計劃的制定，并擬定詳細的項目指南。對于急需且技術成熟度較高的核心技術，規劃三年期的任務計劃；對于特殊、復雜、基礎較弱的核心技術，制定五年期的任務計劃；而對于國家長期發展需求，尤其是當前基礎薄弱的核心技術，策略性地進行中長期的任務布局。所有相關工作任務和主要技術指標都應該經過行業專家的論證與評審，確保計劃的可行性和科技指標的合理性。

4.4 加快國產儀器設備推廣應用

支持在戰略性海洋科技工程中優先采用國產產品。在當前專項裝備采購中，將已經取得良好示范運行基礎和技術應用成效的國產裝備納入專項安排。鼓勵科研機構積極購買和使用國產海洋儀器設備，并提供一定的政策性優惠，將應用國產設備的比例納入考核指標體系。根據國產儀器設備的功能和性能，科學設定評價指標，引導海洋儀器設備的準確示范和廣泛應用。設立國產裝備示范應用站點，進行全過程評估，當評估效果良好且條件成熟時，逐步擴大示范應用站點的范圍。

4.5 完善海洋標準和試驗測試體系

為國產海洋傳感器和儀器設備設立標準規范的制定和修訂提供高效通道；通過建立以國家海洋綜合試驗場為核心的共享平臺，加強海洋裝備的試驗測試能力；實現海洋儀器設備從產品研發到實際應用的暢通路徑，推動海洋領域新理念、新技術、新工藝和新模式的快速應用，并進行組網技術的測試驗證。

5 結束語

在我國海洋強國戰略的實施過程中，開展海洋觀測儀器裝備研究是重要的技術途徑。通過深入研究和創新，著力攻克“卡脖子”問題的關鍵技術，包括提升海洋觀測儀器裝備的精準度、可靠性和適應性。建立國際一流水平的測試體系，保障測試結果的準確性和可靠性。為了更好地推動技術創新應用于實際生產，需要打通研發與產業的鏈條，加速產業鏈的循環，實現技術的迅速轉化。為確保國產海洋儀器成為“國之利器”，需持續提升性能質量，加大研發投入，鼓勵前瞻性基礎研究，加強國際合作，快速轉化科技成果為生產力。助力我國海洋科技邁向更高水平，支持海洋強國夢。

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