海洋论坛▏海洋探测技术与装备现状及发展趋势
21世纪是海洋的世纪。海洋因拥有丰富的生物、矿产等资源成为经济发展的重要支点，是解决人口膨胀、资源短缺和环境恶化的重要出路；海洋因巨大的水域面积和储水量成为影响全球气候、碳循环等的重要因素，是研究人类生存环境的重要对象；海洋因其复杂性、独特性等特点成为人类探索未知世界的主要方向，是科学和技术创新的重要舞台；海洋因其通透性和天然地理格局成为重要的国防屏障，受到世界各国的高度重视。海洋探测技术与装备保障海洋科学是一门基于观测与发现推动的科学，海洋技术的发展是推动海洋科学发展的原动力。当今，开发海洋蓝色国土，拓展生存和发展空间，已上升为世界沿海各国的国家战略。海洋工程与装备是进行海洋开发、控制、综合管理的基础，集中体现着国家海洋竞争力，同时海洋工程装备技术水平在一定程度上标志着国家综合国力和科技水平。
一、海洋探测技术装备发展现状
⒈ 海洋探测设备
⑴海洋传感器已完全市场化、产业化
伴随着海洋观测系统的发展，在深海环境和生态环境的长期连续观测需求下，美国、日本、加拿大和德国等国家已经研制出全海深绝对流速剖面仪及深海高精度海流计、多电极盐度传感器、快速响应温度传感器、湍流剪切传感器、多参数水质测量仪等，并已形成系列化产品。同时，伴随着海洋观测平台技术的发展，与运动平台自动补偿的各类环境监测传感器也取得较大进展，目前已研制适应于自主潜水器、遥控潜水器、水下滑翔机和深海拖体等运动平台的温度、盐度、湍流、pH、营养盐、溶解氧等传感器。
⑵海洋通用技术朝着模块化、标准化、通用化方向发展
海洋通用技术作为水下探测装备的核心部件和关键技术，朝着模块化、标准化、通用化发展。当前，在水密接插件方面，已经出现满足不同水深、电压、电流的电气、光纤水密接插件产品；在水下导航与定位方面，IXsea公司推出了针对水面、水下3000m、水下6000m的用于水面舰船、潜艇、ROV、AUV等不同用途的多种型号水下导航产品；在浮力材料方面，市场上已出现满足不同水深的、用于不同用途（包括水下潜器、遥控潜器脐带缆、水下声学专用）的浮力材料；在ROV作业工具方面，已出现了水下结构物清洗、切割打磨、岩石破碎、钻眼攻丝等专门作业工具；水下高能量密度电池也实现了模块化，无需耐压密封舱就可以直接在水中使用。
⑶海洋探测平台朝着多样化、多功能化方向发展
随着电子技术的发展，海洋探测平台呈现多样化态势。当前，用于水文观测的主要有遥感卫星、岸基雷达、潜标、锚定浮标、漂流浮标、Agro浮标等。尤其是由Agro浮标组成的全球性观测网，收集全球海洋上层的海水温、盐度剖面资料，以提高气候预报的精度，有效防御全球日益严重的气候灾害给人类造成的威胁，被誉为“海洋观测手段的一场革命”。在物理海洋探测方面，主要有电、磁、声、光、震等探测平台对海洋地形、地貌、地质及重磁场进行探测。物理海洋探测平台朝着多功能化发展，将浅地层剖面仪、侧扫声纳、摄像系统等组成深海拖体，对海底进行探测。同时，海洋生态探测平台将荧光计、浊度计、硝酸盐传感器、浮游生物计数器及采样器、底质取样器等集成于一体，形成海底化学原位探测与采样装备。
⒉ 潜水器技术装备
⑴载人潜水器技术成熟于20世纪80年代，以科学考察为主国际上真正意义的载人潜水器出现于1960年，下潜深度达10916m，由于没有航行和作业能力，并且体积较大，建造与运输不便，并没有形成应用与推广。1964年美国Alvin号载人潜水器研制成功，两年后在地中海成功协助完成氢弹的打捞工作，并于20世纪70年代发现了海底热液喷口，由此推开了载人潜水器的研制热潮。80年代，法国、俄罗斯、日本先后完成了载人潜水器的研制，技术上基本达到成熟，主要用于深海科学考察与探测。
⑵美、日保持水下无人潜水器技术发展和应用的领先地位在ROV研究与应用方面，美国的Ventanta号ROV于1987年研制成功，除了能够完成一般的水下观测之外，还携带有机械手，能够完成水下取样、光缆安装与维护等作业，当前已成功下潜超过3000次，是世界上利用率最高的ROV；日本JAMSTEC研制开发的“海沟”号ROV是世界上下潜深度最大的ROV，曾经在马里亚纳海沟成功下潜至10911m深度，创造了世界纪录，在2003年执行任务时丢失，并于2004年研制成功“海沟II”ROV作为替代品。在AUV方面，美国伍兹霍尔海洋研究所的ABEAUV主要用于海底火山口和热液喷口的探测，自1996年研制成功至2010年在海底走失以来，下潜次数超过200次，平均每次对海底探测面积16km2。当前，作为ABE的后续型号，SentryAUV最大下潜深度达6000m，在水下能够连续观测36h。欧洲各国为保持现有的经济实力，在高技术领域内增强与美、日等发达国家的竞争力，制定了尤里卡计划，走联合、优势互补的路线，克服国家小、资源和资金不足、市场狭小、国力有限的弱点，深海运载器的技术发展和技术体系较为完善。
⑶无人潜水器产业化已成形经过半个多世纪的发展，ROV广泛应用于海洋观测和开发作业的各个领域，已形成产业规模。当前，国际上ROV的型号已经达250余种，从质量几千克的小型观测ROV到超过20t的大型作业型ROV，有超过400家厂商提供各种ROV整机、零部件以及服务。潜水器及其配套的作业装备、通用技术及其设备已形成产业，有诸多专业提供各类技术、装备和服务的生产厂商，已形成了完整的产业链。在AUV方面，技术趋于成熟，已有AUV产品上市。当前，多个系列AUV产品面向市场，如美国Bluen机器人公司推出了4款Bluen系列AUV产品，挪威康斯伯格公司推出了两个系列8款AUV产品，其中Remus系列5款，Hugin系列3款AUV产品。西屋电气公司预测，未来10年全世界将有1144台AUV需求，乐观估计市场额将达到38亿美元。
⑷ROV朝着重型化作业型发展，AUV朝着超远程化发展随着对深海资源探测的不断推进、深入，对作业型ROV的需求越来越大，并且对其作业能力提出更高的要求和更大的需求，强大的作业能力以及更广的作业范围已成为重载作业级ROV的发展趋势。世界上最大的ROV系统当属UT1TRENCHER系统，它是一套喷冲式海底管道挖沟埋设系统，主尺度7.8m×7.8m×5.6m，空气中重量达60t，最大作业水深1500m，最大功率2MW。对于动态的海洋现象及精细化的海洋观测来说，AUV具有其他观测平台不具备的优势。同时，海洋观测是在较大尺度上进行的，因此超远程AUV是未来发展重点。日本JAMSTEC计划研制下潜深度6000m，航程3000km的长航程AUV；美国MBARI正在研制TethysAUV，空气中质量仅有120kg，在航速2kn的情况下设计目标最大航程3000km，在2012年8月连续航行23天，航程超过1800km；英国南安普顿大学正在研制的超远程AUVAutosub，潜深6000m，在航速0.4m/s的情况下航程可达6000km，2011年进行了初步海试。
⑸新型潜水器不断涌现在海洋探测方面，ROV具有作业功能，在完成观测任务的同时可以进行采样工作，但是由于需要携带脐带缆，限制了作业范围；AUV可以进行大范围的海洋观测，但是一般不具备作业功能，因此，混合型潜水器应运而生。美国伍兹霍尔海洋研究所2007年成功开发了NereusHROV，具有AUV和ROV两种模式。该项技术成功结合了AUV和ROV的技术特长，弥补了AUV系统无法定点观测作业、突破了ROV系统无法大范围观测的不足，已成为无人潜水器发展的一个重要方向。对于AUV来说，耗能最大的部件是外挂推进器，为了尽量延长航行时间和增大航程，依靠浮力驱动的水下滑翔机研制成功。该水下观测平台无外挂的推进系统，依靠调节自身浮力驱动，续航时间可达3～6个月。目前比较成熟的水下滑翔机有3款，分别是slocum、spray和seaglider，已经应用于大范围的海洋观测系统。
⒊ 海洋观测信息技术系统
⑴从单点观测迈向海洋观测网时代
目前，海洋观测正在从单点观测向观测网络方向发展。单点观测海洋只能够获得局部的、时空不连续的海洋数据，对海洋规律的认识不够全面，难以深入。由多种海洋观测平台组成的观测网能长期、实时、连续地获取所观测海区海洋环境信息，为认识海洋变化规律，提高对海洋环境和气候变化的预测能力提供实测数据支撑。目前，国际上多个小型海底观测网络（如VENUS和MARS等）已投入运行。同时，一些大型的海底观测网络计划（如NEPTUNE、OOI、ESONET等）也正在紧锣密鼓地实施中。海底观测网络整体的发展趋势主要体现在两个方面：从系统规模来说，新的海底观测系统规划的建设规模越来越大，逐步由点式海底观测站向网络式海底观测系统发展；从系统选址看，海底观测系统建设的地点将逐步完成对重要海域的覆盖，从而为海底地震、海啸观测预警、海洋物理科学研究及军事应用等提供越来越充足的支持。
⑵多平台组成的自适应海洋观测网络是今后的发展方向
海洋观测网络包含了各种观测平台，包括天基、空基、岸基、海面、水下、海底等多种观测平台，其中既具有移动的观测平台，如卫星、调查船、漂流浮标、Agro浮标、水下滑翔机、AUV等，也包括固定的观测平台，如锚定浮标、锚定潜标、岸基雷达等。由于海洋过程是一个时空耦合的复杂过程，造成海洋特征在时间和空间尺度上都是变化的。如何将移动观测平台与固定观测平台组合起来，利用海洋观测网获得更好的数据来研究和揭示海洋现象是今后观测技术的重要发展方向。美国海洋研究局资助的自主海洋采样网络对利用多种不同类型的观测平台搭载不同的传感器，在同一时刻测量不同区域和不同深度的海洋参数进行了研究，并于2003年8月，在加利福尼亚Monterey海湾进行了AOSN-II实验，对Monterey海湾海水上升涌进行了调查，完成了40天的调查试验。在AOSN的基础上，美国海军又开展了自适应采样与预报研究，该项目的一个重要目标就是研究如何利用多个水下滑翔机进行高效的自适应海洋参数采样。
二、我国海洋探测装备现状
⒈ 海洋探测设备
我国已具备发展系列化深海传感器的能力传感器是海洋监测的关键部件和关键技术，也是制约我国海洋监测技术发展的瓶颈。近年来，在国家“863”计划的支持下，研制出了多种海洋观测仪器，包括高精度CTD、海流剖面仪（ADCP）、重力仪等，使得我国海洋动力环境监测／观测传感器技术得到了长足发展，推进了我国海洋动力环境监测／观测技术的发展。
⒉ 海洋观测和取样装备
我国已成功研制多款海洋观测和取样装备当前，我国的海洋观测平台呈现多样化，从卫星和航空遥感到水下观测平台，包括被动观测平台，如浮标、潜标等；自主观测平台，如AUV、ROV、水下滑翔机、载人潜器等；拖曳观测平台，如深海声学拖体、超宽频海底剖面仪等；以及深海取样装备，如深海电视抓斗、多管取样器等。在海洋探测平台种类上，基本实现了与国际上保持一致。
⒊ 潜水器装备
潜水器集成技术已接近世界前沿在ROV研制方面，我国在“八五”至“十一五”期间在研究、开发和应用方面做出了卓有成效的工作，已成功地研制出了质量从几十千克到二十几吨、工作深度从几十米到3500m的各种ROV。在AUV技术方面，我国先后研制成功下潜深度1000m的“探索者”号和下潜深度6000m的CR-01、CR-02AUV，使我国成为世界上少数拥有6000m级自治潜水器的国家之一。在载人潜水器方面，“蛟龙”号实现了我国载人潜水器零的突破，已于2012年7月圆满完成了7000m级海试。目前，我国在潜水器设计能力、总体集成和应用等方面与国际水平相齐。
⒋ 海洋观测网装备
海洋观测网正在计划实施中我国目前尚没有建立真正意义的海洋观测网系统，但已开始探索性地进行小规模示范区建设。在接驳盒技术、供电技术、海底观测组网技术等方面都取得了一定成果。东海小衢山海底1km的海底光缆观测站已建成运行，由科技部、教育部、中国科学院等支持的陵水声学观测实验网、东海海底观测示范网、南海科学观测示范网均在相继建设，用以支撑未来国家海底长期科学观测系统的技术验证和建设。
三、我国海洋探测装备未来发展建议
我国在海洋探测装备发展上存在诸多问题，制约着我国深海探测与作业装备的发展。在核心传感器方面，如常用的重、磁、电、震、声等仪器设备，几乎全部进口。另外，在深海通用技术与材料，探测与作业范围、精度，集成化程度和功率密度，操作的灵活性、精确性和方便性，使用的长期稳定性和可靠性等方面差距都还很大。海洋探测装备研究部门分散，大型海洋探测装备参与研制部门过多，探测装备后期保障和维护困难，造成探测装备研制部门与用户脱节，现有探测装备长期闲置，利用率偏低，没有形成技术与科学相互促进。研发力量大多集中在高校及科研院所，未能将技术研发与市场机制有效结合。目前我国尚缺乏国家级、开放型、军民兼用、集多种功能于一身的海上试验场，不能对海洋仪器设备测试、评价，海洋高技术成果转化等提供试验场服务保障；难以为海洋模型的研发与检验提供测试比对靶区。受制于海底深潜、海底观测和深海钻探技术，我国海洋科学研究的规模和水平与世界先进水平比差距较大，作为其基础条件的工程装备能力不能满足支撑海洋科学发展的需要，必须加快发展。
⒈ 海上试验场建设工程
中试环节对于海洋探测仪器与装备来说至关重要，由于海上试验场的缺失，严重制约了海洋高新技术成果的有效转化，很多技术成果无法从实验室走向应用。海上试验场需要有完善的基础配套设施和实验设备，依靠某个项目或者某个单位无法建立。建议依托现有的资源与环境条件，整合国内的科研力量，通过有针对性地开展设计、研发及建设，设立阶段目标，分步实施，力争在2020年前，建成资源共享、要素完整、军民兼用的海上试验场，提供海上公共综合试验平台，以及测试与评价服务，并进行业务化运行。
⒉ 突破深海探测与监测通用技术与专用材料核心技术
深海通用技术是制约海洋装备的瓶颈。通用技术的薄弱一方面制约了海洋装备产业化进程，同时也阻碍了观测技术的进步。建议重点开展深海通用技术研究，实现我国海洋探测与监测通用技术整体提升，在2020年前初步完成海洋探测与监测关键基础零部件研制体系的构建，实现海洋探测与监测通用技术中关键仪器设备、平台的自主研制、生产，形成几家具有自主知识产权和竞争力产品的骨干企业，最终实现我国海洋探测与监测通用技术及仪器设备的系列化、产业化、市场化。
⒊ 构建海洋立体观测网
海洋观测网对海洋防灾减灾、海洋科学进步及国家海洋权益维护具有重要的作用，而我国目前尚没有真正意义上的海洋观测网。建议通过相关规划和专项的实施，面向国家和地方发展需求，整合现有观测系统和新建业务化观测系统，逐步建立岸（岛）基、海基（含海底基）、空天基一体化的观测体系，实现多尺度、全方位、多要素、全天候、全自动的立体同步观测，建设覆盖我国管辖海域及西太平洋、印度洋的海洋立体观测网络，提升我国海洋观测能力，满足国家在海洋防灾减灾、海洋经济发展、海洋权益维护、海洋科学研究和海洋生态保护等方面的战略需求。
⒋ 开展国际海底开发工程试验
国际海底研究与开发有利于保障我国战略资源安全，同时能推进海底科学进步。研发国际海底矿产和生物资源的探测、勘查、观测、取样和开采等关键技术与装备，突破矿区及其附近海域的环境监测与评价、资源评价和长期观测所需关键技术，开展长期观测和采矿系统等系统研发，在西南印度洋中脊热液硫化物矿区建立示范热液硫化物工业性试开采系统。
⒌ 建立海洋技术装备标准化体系
海洋技术装备标准化体系建设对于海洋探测装备科技成果转化为产品及获取高质量的海洋观测数据具有至关重要的作用。以服务国家海洋事业、促进海洋事业健康发展为重点，规范和完善我国海洋标准化、计量、质量技术监督工作，形成比较完善的海洋仪器设备检测评价体系，为我国海洋探测与装备工程产业体系化和规模化发展，提高国内市场占有率，提高产品国际竞争力提供技术支撑。
四、结语
21世纪人类将全面步入海洋经济时代，海洋开发和利用需要先进的海洋探测技术支撑，中国正面临着一个重大的技术变革、发展时期，要充分发挥中国的后发优势，健全海洋领域人才机制建设，重点支持海洋观测网建设与海洋探测技术发展，解决目前海洋探测工程领域很多产业链薄弱、脱节的现象，培育海洋战略新兴产业，为海洋资源的开发、利用和保卫蓝色国土作出新的贡献。
（编辑/溪流 本文根据朱心科等撰写论文《海洋探测技术与装备发展探讨》的内容重新编辑，题目也进行了修改，来源于网络）