海洋環(huán)境移動平臺觀測技術(shù)發(fā)展趨勢分析

王鑫

摘? 要：對海洋環(huán)境移動平臺觀測技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行研究是保障此類觀測技術(shù)在我國國內(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)境移動平臺的主要構(gòu)成，最后一部分則對這一技術(shù)未來的發(fā)展趨勢做了展望。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境移動平臺觀測技術(shù);發(fā)展;趨勢

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

隨著海洋觀測領(lǐng)域的不斷發(fā)展，越來越多的國家意識到了海洋觀測資料及數(shù)據(jù)的重要性，在這樣的背景之下，為了實現(xiàn)構(gòu)建海洋強(qiáng)國的目標(biāo)，相關(guān)單位必須將對各類觀測技術(shù)的研究和應(yīng)用重視起來。對于本文所討論的問題來說，海洋環(huán)境移動平臺觀測技術(shù)是對導(dǎo)航控制、通信傳輸?shù)燃夹g(shù)的綜合，通過這一技術(shù)的應(yīng)用，動力要素、聲學(xué)要素、氣象、地質(zhì)、海洋生物等現(xiàn)場觀測工作都將能得到很好的輔助，結(jié)合現(xiàn)狀來看，這一技術(shù)已經(jīng)成為了深遠(yuǎn)海區(qū)域開發(fā)過程中的核心技術(shù)，而由于移動平臺觀測技術(shù)在我國國內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用仍與部分發(fā)達(dá)國家存在一定差距，為了縮小這樣的差距，保障我國在海洋觀測領(lǐng)域中的強(qiáng)國地位，針對這一技術(shù)未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行研究是非常有必要的。本文將在后續(xù)內(nèi)容中對這一技術(shù)未來主要的發(fā)展方向進(jìn)行深入探究，并提出對應(yīng)的發(fā)展建議。

1 移動平臺觀測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 無人水下航行器

從定義上來說，無人水下航行器主要是指：自主驅(qū)動的無人水下航行器，可以通過預(yù)編程或自我調(diào)整來完全自主的執(zhí)行任務(wù)，部分則需要少量監(jiān)視控制，與其他平臺無系留或僅以通信纜系留。在實際應(yīng)用過程中，纜控航行器、自主水下航行器等都屬于此類。在國際上，較為著名的無人水下航行器平臺主要包含REMUS-6000、Talisman等，這些平臺已經(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。在我國國內(nèi)，我國自主研發(fā)的4500m無人遙控潛水器海龍2號已經(jīng)能在3500m水深、海底高溫以及復(fù)雜地形等特殊環(huán)境下展開作業(yè)。

1.2 水下滑翔機(jī)

水下滑翔機(jī)在實際應(yīng)用過程中將會以低能耗的形式做鋸齒狀滑翔運(yùn)動，本質(zhì)上是一種低速航行器，相較于水下無人航行器來說，此類觀測技術(shù)原理更為簡單，主要依靠內(nèi)部浮力的變化來推進(jìn)，同時具備航行距離遠(yuǎn)、噪聲低等優(yōu)勢，因此在海洋觀測中得到了廣泛的應(yīng)用。水下滑翔機(jī)早期體型相對較小，重量約為50kg左右，而為了將此類觀測技術(shù)應(yīng)用到近岸海域之中，在美國海軍資助下研制的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。在我國國內(nèi)，“海燕”、“Sea Wing”、“C-Clider”等水下滑翔機(jī)都已經(jīng)進(jìn)入了試驗階段，短期內(nèi)將能投入實際應(yīng)用。

1.3 波浪能滑翔器

顧名思義，波浪能滑翔器的驅(qū)動能力主要來源于海浪在深度上所形成的勢能差，只要海水有輕微的波動，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。另一方面，波浪能滑翔器可以同時對水下及水上環(huán)境進(jìn)行觀測，因此，實際的應(yīng)用范圍也要更廣一些，現(xiàn)階段市場上的波浪能滑翔器主要生產(chǎn)于美國Liquid Robotics公司。對于此類儀器在我國國內(nèi)的研發(fā)和應(yīng)用來說，雖然國家已經(jīng)注意到了波浪能滑翔器在海洋觀測中的獨(dú)特地位，但整體的研究進(jìn)程仍處于起步階段，與國際上仍存在一定差距。

1.4 漂流浮標(biāo)

現(xiàn)階段市場上應(yīng)用最為廣泛的漂流浮標(biāo)類型為Argo浮標(biāo)，即循環(huán)剖面漂流浮標(biāo)。此類浮標(biāo)能搭載不同的傳感器展開工作，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一個實時、高分辨率的全球海洋中上層監(jiān)測系統(tǒng)。通過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)研究工作的高效開展?，F(xiàn)階段市場上所應(yīng)用的Argo浮標(biāo)型號主要為APEX、PROVOR等，由我國自主研發(fā)的C-Argo也已經(jīng)在國際Argo計劃中得到了一定程度的應(yīng)用。

1.5 無人遙控艇

與上述內(nèi)容相比較，無人遙控艇的結(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、智能控制處理等技術(shù)，能有效監(jiān)測氣象水文要素、天空狀況等，同時能以視頻、圖像等形式對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行顯示。結(jié)合現(xiàn)狀來看，由美國海軍所研發(fā)的“梟”已經(jīng)投入了實際應(yīng)用之中，能夠?qū)ψ鲬?zhàn)、演習(xí)海域、臺風(fēng)活動海域等進(jìn)行有效觀測。在我國國內(nèi)，由沈陽新光公司所推出的氣象觀測無人艇已經(jīng)進(jìn)入了實用階段。

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)。與上文中提到的無人水下航行器相比較，這一類航行器具備動力大、速度快、搭載能力更強(qiáng)等優(yōu)勢，但同時也存在系統(tǒng)更為復(fù)雜、體積較大等缺陷。在國際上，美國對于半潛式航行器的研發(fā)和應(yīng)用都處于領(lǐng)先地位，而我國研制的半潛式航行器已經(jīng)通過了湖試驗證。

2 海洋環(huán)境觀測移動平臺主要構(gòu)成及技術(shù)

2.1 平臺載體

針對平臺載體的設(shè)計主要包含集成、協(xié)同、優(yōu)化三個層次，而在模擬技術(shù)的支持之下，平臺設(shè)計方案中存在的問題將能在設(shè)計階段得到有效改善，從而避免移動平臺在試驗或?qū)嶋H應(yīng)用過程中出現(xiàn)問題。

2.2 能源與動力技術(shù)

此類技術(shù)直接決定著移動平臺航程、航速、壽命等主要指標(biāo)，同時也會對移動平臺的安全性、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)主要用于保障移動平臺依照預(yù)先設(shè)定好的路徑航行，若實際運(yùn)行過程中因為外界因素影響而出現(xiàn)了偏離航線的情況，那么這一技術(shù)則應(yīng)能控制平臺回到預(yù)定航線上，在這一技術(shù)的輔助之下，移動平臺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)用將能實現(xiàn)水下移動平臺與遙控設(shè)備或岸基設(shè)備之間的信息傳遞，通常情況下，移動平臺與控制設(shè)備之間的通信主要借助無線或微型通信來完成，部分平臺則采用了水聲與上述技術(shù)組合的方式來完成通信過程。

2.5 低功耗技術(shù)

低功耗技術(shù)是對時序控制、綜合管理、總線技術(shù)等的綜合應(yīng)用，在這一技術(shù)的作用之下，電功能模塊的時序供電及協(xié)同、電源及信息的可靠傳輸與分配等問題都將能得到有效的解決。也就是說，通過低功耗技術(shù)的應(yīng)用，移動平臺整體的可靠性、安全性等都將更好的滿足現(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)主要是指對移動平臺的布放和回放，這一技術(shù)是保障移動平臺能重復(fù)應(yīng)用的關(guān)鍵，同時，對于參與海洋觀測的工作人員來說，在這一技術(shù)的支持之下，平臺運(yùn)作所需要的人力將能得到有效縮減，現(xiàn)場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)用主要是為了實現(xiàn)移動平臺之間的協(xié)同工作，進(jìn)而將單個的移動平臺視作網(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)展過程中，移動平臺與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合也將成為主要的發(fā)展趨勢。

3 發(fā)展趨勢及發(fā)展建議

3.1 主要發(fā)展趨勢

（1）通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、體系化?，F(xiàn)階段市場上應(yīng)用的移動平臺雖然已經(jīng)能在海洋觀測領(lǐng)域發(fā)揮出一定作用，但同時，由于標(biāo)準(zhǔn)體系上的不一致，這些平臺之間很難展開協(xié)作。標(biāo)準(zhǔn)體系的建立能有效解決這樣的問題，同時能提升移動平臺整體的可靠性。（2）設(shè)備性能更高。隨著海洋觀測目的的不斷變化，移動平臺自然要通過設(shè)備性能的提升來滿足這樣的需求。在未來的發(fā)展過程中，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。（3）能源供應(yīng)能力不斷提升。航速及航行距離是衡量移動平臺性能的主要指標(biāo)，而為了支撐移動平臺的遠(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)等在這一過程中的應(yīng)用，不斷提升移動平臺能源供應(yīng)能力。（4）對新型材料的應(yīng)用。隨著觀測深度的不斷增加，水下環(huán)境也會更加復(fù)雜，而若移動平臺無法應(yīng)對水下環(huán)境中存在的各類影響因素，那么移動平臺的安全性以及使用壽命等都將會因此而受到影響。為了針對這樣的狀況進(jìn)行改善，研制單位就必須針對各類新型材料的應(yīng)用進(jìn)行研究，提升平臺載體的耐壓、防腐性能，不斷增加觀測深度。

3.2 對海洋觀測移動平臺在我國國內(nèi)的發(fā)展建議

（1）將深海觀測視作海洋觀測的重點(diǎn)。深海面積占海洋總面積的90%，因此，在后續(xù)發(fā)展過程中，相關(guān)研制單位也必須將移動平臺航速、航行距離、耐壓能力等的提升視作研究重點(diǎn)，以此來保障我國始終能在海洋領(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。海洋觀測移動平臺的研發(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)將此類基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展重視起來，通過新型能源的應(yīng)用來解決現(xiàn)階段電池在實際應(yīng)用過程中存在的問題。（3）不斷提升移動平臺協(xié)同工作能力。多個移動平臺之間的協(xié)同工作將能更高效的完成部分復(fù)雜任務(wù)，海洋觀測或偵查的同步性、時效性、偵測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平臺研發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容，以此來不斷擴(kuò)大移動平臺在海洋觀測領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

4 結(jié)束語

綜上所述，在對海洋觀測移動平臺發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)之上，本文主要針對移動平臺未來的發(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，我國相關(guān)研制單位必須能將移動平臺性能及協(xié)作能力等的提升等重視起來，不斷提升自主研發(fā)移動平臺的能力，實現(xiàn)海洋強(qiáng)國的發(fā)展目標(biāo)。

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