淺談大型浮標(biāo)的資料管理與質(zhì)量控制

張學(xué)良

（國家海洋局東海標(biāo)準(zhǔn)計量中心 上海市 201306）

20世紀(jì)我國10 m大型海洋資料浮標(biāo)在海上的應(yīng)用，從20世紀(jì)70年代開始，已經(jīng)30多年，它是離岸自動化海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，是一個海上無人值守的高技術(shù)海洋環(huán)境監(jiān)測站，對海洋的防災(zāi)減災(zāi)起到越來越大的作用。本文主要從大型海洋資料浮標(biāo)的資料管理與質(zhì)量控制方面提出建議，供浮標(biāo)資料管理和質(zhì)量控制作參考。

10 m大型海洋資料浮標(biāo)從整體來講，它主要分為浮標(biāo)和岸站2大系統(tǒng)，浮標(biāo)又可分為浮標(biāo)體、錨系、供電、水文氣象傳感器和計算機通訊等系統(tǒng)；岸站主要是計算機通訊接收系統(tǒng)。特別是浮標(biāo)的工作環(huán)境，是處在遠(yuǎn)離陸地的海上，常年累月的日曬、風(fēng)吹雨打、海水侵蝕的惡劣環(huán)境，要保證1-3年連續(xù)海洋資料觀測數(shù)據(jù)的完整性、可靠性，其資料管理和質(zhì)量控制是比較復(fù)雜和困難的，必須要從水文氣象傳感器和計算機通訊等系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、岸邊考機、布放前數(shù)據(jù)比對、海上數(shù)據(jù)比對、回收后數(shù)據(jù)比對、岸站數(shù)據(jù)修正值、計量檢定等方面的質(zhì)量管理控制，以提供更加真實、有效、完整的海洋水文氣象數(shù)據(jù)，更好地為海洋的防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。

1 浮標(biāo)設(shè)備資料管理與質(zhì)量控制

1.1 建立大型海洋資料浮標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)庫

以統(tǒng)一的編號建立獨立的大型海洋資料浮標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)庫。例：GDF201HZS—G為國家海洋局；D為東海區(qū)；F為浮標(biāo)；201為浮標(biāo)編號；HZS為海洋資料數(shù)據(jù)庫，如（圖1）所示。

1.2 大型海洋資料浮標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

在浮標(biāo)接管時就建立完整的浮標(biāo)設(shè)備資料庫，包括文字和電子原始資料，內(nèi)容一是包括浮標(biāo)體結(jié)構(gòu)和錨系的圖紙、尺寸、規(guī)格、數(shù)量和使用說明等；二是計算機通訊主機的配備型號、數(shù)量和使用說明等；三是各水文氣象傳感器的配備名稱、型號、數(shù)量、合格證、使用說明等；四是供電電源系統(tǒng)的配備規(guī)格、型號、數(shù)量、合格證、使用說明等。

1.3 浮標(biāo)設(shè)備資料的質(zhì)量控制

在浮標(biāo)設(shè)備檔案完整的基礎(chǔ)上，不斷補充更新數(shù)據(jù)庫，包括浮標(biāo)安裝、拆卸、調(diào)試、維護、保養(yǎng)、檢修、更換、布放、回收等浮標(biāo)體，錨系、電源、計算機通訊主機和各水文氣象傳感器一系列的相關(guān)情況數(shù)據(jù)資料，還有包括海上作業(yè)的日期、時間、船只、人員、天氣、海況、經(jīng)緯度、水深、任務(wù)完成工作等情況。這些數(shù)據(jù)資料比較繁雜而眾多，要在平時的浮標(biāo)管理工作中深入細(xì)致地收集、記錄和整理累積而成，以作為大型海洋資料浮標(biāo)的海洋水文資料數(shù)據(jù)的背景資料之一。

圖1 海洋資料浮標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)庫示意圖

2 浮標(biāo)電源設(shè)備資料管理與質(zhì)量控制

2.1 建立浮標(biāo)電源設(shè)備數(shù)據(jù)庫

大型海洋資料浮標(biāo)供電系統(tǒng)現(xiàn)可分為太陽能電池和免維護電池2類，建立2個資料數(shù)據(jù)庫。例：FL001HZS—F為浮標(biāo)用電源、L為太陽能電池、001為編號、HZS為數(shù)據(jù)庫；FM001HZS—F為浮標(biāo)用電源、M為免維護電池、001為編號、HZS為數(shù)據(jù)庫，如圖2所示。

2.2 浮標(biāo)電源設(shè)備數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

（1）太陽能電池和免維護電池數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容包括新購時的生產(chǎn)廠家、出廠日期、型號規(guī)格、合格證書、使用說明書、額定電功率、額定電壓、最大電流輸出值等原始資料。

圖2 浮標(biāo)電源資料數(shù)據(jù)庫示意圖

（2） 浮標(biāo)電源系統(tǒng)性能的好壞，將決定海洋資料浮標(biāo)系統(tǒng)保持正常運行的情況下的海上連續(xù)工作周期的長短問題，這個周期從過去的不到1年增加至現(xiàn)在的3年以上。所以，對太陽能電池投入浮標(biāo)正常工作之前，應(yīng)進行太陽能轉(zhuǎn)換電能的測試，在不同太陽光照情況下，檢測記錄其電壓、電流輸出值，是否符合浮標(biāo)電源的要求；對免維護電池投入浮標(biāo)正常工作之前，也應(yīng)對電池容量的充、放電進行測試，一是充分激活電池的化學(xué)物質(zhì)，二是檢測記錄其電容量是否符合浮標(biāo)電源的要求。

2.3 浮標(biāo)電源設(shè)備資料的質(zhì)量控制

（1） 對新的未曾使用過的太陽能電池和免維護電池進行統(tǒng)一編碼，并用鋼印刻上獨立唯一的編碼識別號或固定刻有獨立唯一的編碼識別號的金屬標(biāo)牌。

（2） 太陽能電池和免維護電池在投入使用后，數(shù)據(jù)庫不斷補充增加對安裝在那個浮標(biāo)、工作起始日期和時間、布放前、回收后的電池相關(guān)維護保養(yǎng)檢測記錄數(shù)據(jù)等。從積累的數(shù)據(jù)庫中，可以分出哪些電池可以繼續(xù)使用，哪些電池需要更換淘汰，以確保浮標(biāo)系統(tǒng)的正常供電，并可從長期的數(shù)據(jù)積累中，為浮標(biāo)選擇電源和電池最佳配置提供有用的科學(xué)參考價值，作為大型海洋資料浮標(biāo)的海洋水文資料數(shù)據(jù)的背景資料之一。

3 海區(qū)浮標(biāo)站位資料管理與質(zhì)量控制

3.1 建立海區(qū)浮標(biāo)站位數(shù)據(jù)庫

以統(tǒng)一的海洋資料浮標(biāo)站位編號建立獨立的數(shù)據(jù)庫。例：GDG01HZS—G為國家海洋局；D為東海區(qū)；G為浮標(biāo)站位；01為浮標(biāo)站位編號；HZS為海洋資料數(shù)據(jù)庫，如（圖3）所示。

圖3 海區(qū)浮標(biāo)站位數(shù)據(jù)庫示意圖

3.2 海區(qū)浮標(biāo)站位數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

（1）以浮標(biāo)岸站接收資料為主某浮標(biāo)站位的水文氣象資料的連續(xù)完整的數(shù)據(jù)庫，包括文字和電子原始資料，內(nèi)容一是包括岸站從浮標(biāo)布放前系統(tǒng)考機開始時至浮標(biāo)布放在某海區(qū)站位工作，直至浮標(biāo)回收終止信號接收所有接收到的全部水文氣象資料。

（2）在下一個浮標(biāo)接替該浮標(biāo)站位時，其數(shù)據(jù)庫資料又延續(xù)增加包含以上（1）項所有的全部水文氣象資料。

3.3 岸站接收資料的質(zhì)量控制

（1） 以上3.2項中的文字資料，應(yīng)包括對應(yīng)浮標(biāo)工作時的各傳感器的計量檢定的合格證書、浮標(biāo)考機運行時的比對值、海上工作時的比對值、回收前的比對值、回收后的計量檢定的合格證書等，還應(yīng)增加在出海檢修、巡檢、更換傳感器的相關(guān)資料和計量檢定比對的數(shù)據(jù)值。

（2） 岸站接收的浮標(biāo)站位的水文氣象資料，只有配上計量檢定和比對修正值以后，才能成為真實、有效、完整的實時水文氣象資料，以提供給海洋預(yù)報和海上工程的海洋資料參考之用，目前在這方面需要完善和加強制度的管理。

（3） 海區(qū)浮標(biāo)站位的經(jīng)緯度，浮標(biāo)在海上運行時，經(jīng)風(fēng)、浪、流的作用，也可能移位，也應(yīng)附上浮標(biāo)布放、檢修、巡檢、回收時定位的經(jīng)緯度比對數(shù)據(jù)。

4 浮標(biāo)水文氣象傳感器資料管理與質(zhì)量控制

4.1 建立浮標(biāo)水文氣象傳感器數(shù)據(jù)庫

以統(tǒng)一的海洋水文氣象傳感器編號建立獨立的數(shù)據(jù)庫。例：GS001HZS—G為國家海洋局；S為傳感器名稱；001為水文氣象傳感器編號； HZS為海洋資料數(shù)據(jù)庫，如（圖4）所示。

圖4 浮標(biāo)水文氣象傳感器數(shù)據(jù)庫示意圖

4.2 浮標(biāo)水文氣象傳感器數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

（1）浮標(biāo)海洋水文氣象傳感器分別有風(fēng)速風(fēng)向、方位、氣溫、水溫、氣壓、海流、波浪等數(shù)據(jù)庫，每個傳感器數(shù)據(jù)庫分別包括文字和電子原始資料，內(nèi)容一是包括傳感器的原始合格證書、使用說明書、計量檢定證書等。

（2）還有安裝在某某浮標(biāo)號、日期、時間、地點、海上站位號、工作狀態(tài)、安裝前后比對值、海上比對值、維修記錄、維修后的計量檢定證書等。

4.3 浮標(biāo)各傳感器資料的質(zhì)量控制

（1）水文氣象傳感器號：對新進未曾使用過的每套水文氣象傳感器刻記上獨立唯一的統(tǒng)一編碼識別號，有條件的采用鋼印，無法刻鋼印的，則用金屬牌打上統(tǒng)一編碼后固定在傳感器上，以確保在浮標(biāo)上使用時不會搞錯而影響水文氣象的監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（2） 各海洋資料浮標(biāo)傳感器在浮標(biāo)安裝前后應(yīng)進行計量的比對、海上比對、維修后的比對，出具計量檢定的有效證書等，以作為大型海洋資料浮標(biāo)的海洋水文資料數(shù)據(jù)的背景資料之一。

5 浮標(biāo)資料的質(zhì)量控制

（1） 在浮標(biāo)考機、海上布放和回收、出海巡檢和維修等浮標(biāo)系統(tǒng)正常工作狀態(tài)時，應(yīng)派有計量檢定人員現(xiàn)場進行各海洋水文氣象資料的數(shù)據(jù)比對工作，并出具相關(guān)的計量檢測有效證書，以證明資料數(shù)據(jù)的有效性。

（2） 設(shè)專人進行定期收集、整理、查詢與浮標(biāo)相關(guān)資料數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫錄入工作；大型浮標(biāo)系統(tǒng)各設(shè)備維護、保養(yǎng)、管理等人員；岸站接收資料操作、管理人員；計量檢定人員等，及時記錄浮標(biāo)資料的背景資料、海洋水文氣象資料、計量檢定和比對有效證明資料，以提供錄入數(shù)據(jù)庫，以確保浮標(biāo)資料的完整性。

（3） 海區(qū)站位浮標(biāo)系統(tǒng)監(jiān)測的海洋水文氣象資料數(shù)據(jù)，通過岸站系統(tǒng)接收到的各海洋水文氣象資料數(shù)據(jù)，連同海上站位對應(yīng)浮標(biāo)系統(tǒng)工作的背景資料、計量檢定數(shù)據(jù)比對和儀器檢定的有效證明資料、各海洋水文數(shù)據(jù)的修正值，而綜合得出的資料，才是真實的，如（圖5）所示。

圖5 海區(qū)站位海洋水文氣象資料數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制示意圖

（4） 海洋水文氣象資料數(shù)據(jù)修正的舉例。一編號為GF002的風(fēng)傳感器，測量范圍為：風(fēng)速為1.5～65 m/s、風(fēng)向為 0～360°；計量檢定的測量準(zhǔn)確度風(fēng)速為±0.5 m/s、風(fēng)向為±5°；安裝在GDF202浮標(biāo)，于 2012年5月12日布放在GDG02站位，2012年5月12日12：00時次，比對的風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)實測為 6.5 m/s、風(fēng)向為120°；浮標(biāo)岸站系統(tǒng) 2012年5月12日12：00時次接收的該站位的風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)為6.0 m/s、風(fēng)向為115°；從接收的風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)與計量檢定的測量準(zhǔn)確度、實測比對數(shù)據(jù)看，該風(fēng)速風(fēng)向傳感器是處在正常工作常態(tài)，數(shù)據(jù)是有效的，向海洋預(yù)報或工程項目提供的正確實時數(shù)據(jù)應(yīng)為：風(fēng)速6.0±0.5 m/s、 風(fēng)向為 115°±5°，而不是風(fēng)速6.0 m/s、風(fēng)向為115°。其它海洋水文氣象資料數(shù)據(jù)的提供也是類同。

6 浮標(biāo)質(zhì)量管理的幾點建議

（1） 對浮標(biāo)的錨燈質(zhì)量的管理，除在使用過程中發(fā)現(xiàn)故障時進行更換外，一是應(yīng)按燈泡的使用周期提前更換；二是按整套使用周期提前更換，以保證浮標(biāo)錨燈的正常工作，其確保浮標(biāo)能見度低的情況下，不被航行經(jīng)過的船舶碰撞損壞，以減少不必要的浮標(biāo)重大損失和海洋水文氣象資料的實時觀測數(shù)據(jù)的缺損。

（2） 在10 m大型海洋資料浮標(biāo)的布放、回收中，根據(jù)多年積累的經(jīng)驗，在港口內(nèi)可以旁拖，但航速不得大于3級；海上可以尾拖航速不得大于8級；海況大于3級時，除特殊任務(wù)外，不要進行海上作業(yè)，以確保人員和設(shè)備的安全。

（3） 對浮標(biāo)在海上工作周期3年或超過3年以上的，在回收檢修時，應(yīng)從吊上碼頭或進船塢進行浮標(biāo)底部與錨鏈的轉(zhuǎn)接處檢查，有無損壞或磨損過大，應(yīng)及時修理和更換轉(zhuǎn)接環(huán)等，以確保浮標(biāo)體與錨系的可靠連接，以避免海上錨系丟失和浮標(biāo)離位，減少不必要的浮標(biāo)重大損失。

（4） 在海上作業(yè)時，或危險、體力強度大、人員上下浮標(biāo)、搬運設(shè)備、拖帶纜繩等情況下，應(yīng)專門指派設(shè)立安全觀察員，以全場觀察安全動態(tài)，隨時提醒和指揮作業(yè)人員躲避危險，確保人身和設(shè)備的安全。

7 結(jié)語

大型海洋資料浮標(biāo)作為海洋遙測的高新技術(shù)，為了提高海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實、完整、有效和準(zhǔn)確性，要在以上幾方面做好完整細(xì)致的浮標(biāo)資料數(shù)據(jù)庫建立工作的基礎(chǔ)上，抓好各設(shè)備管理的質(zhì)量控制、計量檢定、海洋水文資料的數(shù)據(jù)比對等工作，以提供高質(zhì)量的海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)，更好地為海洋的防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。

[1]葉人秒.國家海洋資料浮標(biāo)工程手冊[M].北京：海洋出版社.1992.

[2]國家海洋局，海洋調(diào)查規(guī)范[S].1975.