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潜入深海:潜标观测系统的演变与未来探秘

潜入深海:潜标观测系统的演变与未来探秘 智慧海洋公众交流平台
2025-01-02
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一.潜标系统的历

1.国际潜标技术发展




图1.不同种类潜标示意图

潜标技术是20世纪50年代初首先在美国发展起来的。随后,苏联、法国、日本、德国和加拿大等国也相继开展研究和应用。从60年代初到80年代初,美国平均每年布设50~70套潜标系统。英国从60年代到80年代中期,共布放了400余套潜标系统。日本于70年代初开始研制和使用潜标系统,主要用于黑潮研究。到80年代,国际上潜标系统已广泛应用于海洋调查、科学研究、军事活动、海洋开发等领域。

2.中国潜标技术发展




中国潜标技术的发展概括来说就是:起步晚,进步快,现在很厉害。

中国于20世纪70年代开始海洋潜标技术研究,比发达国家晚启动了约20年。从80年代开始,中国解决了深海潜标的关键技术问题,并在21世纪初研制出自己的深海潜标系统。

中国海洋大学团队突破了沿缆往复稳定可靠运动控制、水下沿缆剖面测量等关键技术,自主研发了“海洋多尺度动力过程观测潜标”等系列潜标系统,实现了环流、中尺度涡、内波、混合等多尺度长期连续观测。用简单的话来说,潜标就像一个藏在水下的“海洋侦探”,可以装上各种传感器,用来监视海洋的各种动态。以前,潜标只能监测特定的海洋现象,但现在中国海洋大学的专家们开发了一种新型潜标,这种潜标很厉害,能同时监测多种海洋现象,比如水流、漩涡、波浪和混合等,而且可以长时间、多层次地进行监测。这种潜标不容易被发现或破坏,对于研究海洋的复杂动态非常有帮助。


二.潜标系统的关键技术

系留技术

系留技术是潜标与海洋底部或水面之间的连接方式,确保潜标在预定位置进行数据采集。通过高强度的系留绳索和锚固装置,潜标能够抵御海流和风浪的影响,保持稳定的观测状态。系留系统结构形式主要由潜标体及其搭载的测量系统、主系留缆、声学释放器、锚定系统等组成,通过系留缆单点锚泊于特定海域和水深进行工作。


应答释放技术

应答释放技术是使潜标在完成任务后能够安全返回,通常通过遥控或定时释放机制,确保潜标在需要时能够浮出水面,便于回收和维护。


定位和寻找技术

定位和寻找技术是潜标系统的重要组成部分,现阶段潜标主要利用全球定位系统(GPS)和声学定位技术进行对潜标的位置实时监测,确保其在广阔海域中的可追踪性。


布放回收技术

布放回收技术则涉及潜标的部署和回收过程,采用专门的设备和方法,确保潜标能够顺利投入使用并在任务结束后安全回收。


防护技术

防护技术是保障潜标长期稳定工作的关键,通常包括防水、防腐和抗压密封设计,以应对深海环境的严酷条件。



3.潜标观测现状




如今,中国海洋监测系统已初步形成以卫星、反潜直升机、侦察机、岸基观测站、调查船、各类浮标、水面无人艇、水下潜航器、波浪滑翔机、水下滑翔机、水下机器人、各类潜标和海底观测网等组成的“天-空-陆-海-潜”五维立体监测网络。潜标作为整个海洋监测系统内的重要一环,是海洋观测站、调查船和调查飞机在空间和时间上的延伸扩展,是离岸监测的重要手段。潜标系泊于海面以下,可通过释放装备进行回收,具有连续工作时间长、隐蔽性好的特点,能够获取海洋水下剖面资料和采集水下各类信号,海洋学家将其誉为“海洋上的地球同步卫星”。
“十三五”期间,中国对潜标系统的研究投入不断加大,并成功研制多类型潜标系统,被广泛应用于海洋研究、开发和军事。近年来,中国海洋大学研制的深水定时卫星通信潜标系统在西太平洋定点海域完成系列验和布放。
近年来我国在潜标观测的发展逐步取得重大突破;例如,自然资源部第一海洋研究所大洋环流及潮波动力学团队从2018年开始准实时潜标观测技术研究,先后掌握了低功耗卫通模块、大深度全向耐压防水天线、信标拖拽破断保护、轻型耐压舱加工与防水、缆系设计与现场布放等关键技术。目前,该团队自主研制的准实时潜标观测系统已实际应用8套,无人值守在位运行时间,从最初的一个月增加到目前的超过100天。海南岛东部海域的准实时潜标系统于2021年7月17日布放,布放站位恰好处于“圆规”台风登陆路线上。在台风经过期间,该潜标系统准实时回传台风影响下的海流数据。台风经过后,潜标工作正常,进一步验证了该准实时潜标系统的稳定性、可靠性和持续性。大洋环流及潮波动力学团队在可控成本的条件下,实现了准实时潜标观测,迈出了深远海海洋动力环境规模化准实时监测的重要一步,对提升海洋环境预报预警具有重要意义。

常见潜标


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四.潜标系统的未来发展


国家在“十四五”规划中,明确指出要推进海洋生态保护、海洋经济发展和海洋权益维护,提出了加快建设海洋强国的目标。这对海洋潜标技术的发展提出了新要求、新标准和新问题,综合分析潜标技术的发展脉络及未来民用领域和海上战场对于潜标的需要,未来潜标技术的发展考虑从以下3个方面开展:

加强潜标技术开发

中国应针对深远海的锚泊技术、系留技术及潜标系统的可靠性等关键技术开展科技攻关,为中国“十四五”期间深海探测的实施提供重要技术支撑。我们应该立足自主创新,研制出更多相互促进的海洋技术装备群,促进了我国海洋技术从近浅海向深远海进军。

潜标实时通信技术

中国应加快建设潜标设备与北斗卫星组网,建设全球的海洋监测网络为中国海洋环境资料监测、海洋权益的维护和军事应用提供信息保障。潜标数据的实时传输将为海洋环境和全球气候研究提供重要技术支撑,实时传输回的数据将提高海洋气候和环境预报的精度。

深海剖面观测

海洋水下剖面数据对海洋科学、海洋维权和海洋调查都具有重要意义,是目前国际上的热点研究问题之一。中国应当在当前的成果上加速研究和攻关水下剖面所需的锚定技术、剖面观测技术、剖面数据的可靠传输以及长期可靠性等技术,为中国水下剖面的长期观测提供技术支持。深海实时剖面观测潜标,能解决了常规潜标难以观测主浮体以上区域的难题,可实时传输观测数据,有效提高数据时效性,大幅降低了数据丢失风险。

文字内容丨殷玥 周晴 姚天怡 夏雨欣

图文编辑丨夏雨欣

指导老师丨刘子洲 孙永明

转载自公众号:海洋调查仪器操作



【声明】内容源于网络
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