隨著陸地資源的逐漸枯竭，對(duì)海洋資源的需求，空間已成為海洋相關(guān)國(guó)家不可避免的選擇，導(dǎo)致海洋技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，從而促進(jìn)了海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備的快速發(fā)展，對(duì)我國(guó)海洋核心技術(shù)的研究提出了更高的要求。從海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)涉及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)綜合處理技術(shù)三個(gè)方面進(jìn)行分析總結(jié)，根據(jù)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。指出該領(lǐng)域的儀器設(shè)備將在模塊化、系列化的基礎(chǔ)上發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)化、智能化。本文旨在提供中國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)研究和應(yīng)用

　　引言

　　海洋環(huán)境是指海洋動(dòng)力、氣象、水文、生態(tài)、化學(xué)、海洋聲光物理特性、海洋地質(zhì)地理等因素。海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)是指利用機(jī)械、電子、能源、材料、信息等多學(xué)科及其交叉技術(shù)對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)、觀察、勘測(cè)[1]。由于海洋占地球表面積的71%，它是影響當(dāng)?shù)貧庀蠛腿驓夂蜃兓娜蛩魵庋h(huán)和碳循環(huán)的主要載體；海洋不僅儲(chǔ)存著巨大的動(dòng)力能源，而且在海洋中儲(chǔ)存著豐富的寶藏。為了滿(mǎn)足人類(lèi)的生存需要，還可以培育各種海洋生物。因此，了解海洋、開(kāi)發(fā)利用海洋、合理控制海洋國(guó)家的發(fā)展起著重要作用。人類(lèi)從海洋中獲得“魚(yú)鹽之利”“舟楫之便”廣泛的需求催生了各種海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器。因此，早在20世紀(jì)初，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集就出現(xiàn)在海洋強(qiáng)國(guó)，中國(guó)也有海洋監(jiān)測(cè)記錄。一九三十年，學(xué)者蔣炳然[2]首次總結(jié)了中國(guó)的海洋觀測(cè)技術(shù)和儀器。全球海洋觀測(cè)技術(shù)從自動(dòng)遙測(cè)浮標(biāo)、空間遙感技術(shù)、水聲技術(shù)、水下技術(shù)等方面進(jìn)行了回顧。1982年，從技術(shù)進(jìn)步、觀測(cè)方法、運(yùn)載工具和導(dǎo)航定位、海洋觀測(cè)儀器、海洋觀測(cè)特點(diǎn)等方面總結(jié)了海洋技術(shù)。1991年，朱光文從海洋觀測(cè)技術(shù)的海洋遙感技術(shù)等六個(gè)方面回顧了中國(guó)海洋觀測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀，距離中國(guó)海洋觀測(cè)技術(shù)在1995年的發(fā)展還有30年?；仡櫤涂偨Y(jié)了我國(guó)海洋儀器的研究，從儀器會(huì)戰(zhàn)到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。1999年，朱光文回顧并展望了中國(guó)海洋探測(cè)技術(shù)50年的發(fā)展。2006年，王俊成等[9]回顧了中國(guó)海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)研究和儀器開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)的需求和對(duì)策提出了建議。2007年，蔡樹(shù)群等[10]從主要進(jìn)展和局限性?xún)蓚€(gè)方面總結(jié)了海洋環(huán)境觀測(cè)技術(shù)，提出了新的技術(shù)需求預(yù)測(cè)。文獻(xiàn)[11-14]從現(xiàn)狀與趨勢(shì)、基礎(chǔ)與存在問(wèn)題等方面進(jìn)行探討，對(duì)存在問(wèn)題提出發(fā)展建議。2017年，于宇等人回顧并展望了國(guó)外海洋環(huán)境觀測(cè)系統(tǒng)和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)?；仡?018年海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，張?jiān)坪16]。正是由于這些學(xué)者的研究和總結(jié)，及時(shí)梳理了各個(gè)階段的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，促進(jìn)了特定階段海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備的發(fā)展。近年來(lái)，隨著材料、電子、信息、人工智能等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步和快速發(fā)展。然而，由于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)涉及的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域跨度大，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的使用環(huán)境惡劣，中國(guó)在這一領(lǐng)域出現(xiàn)了新的問(wèn)題，如轉(zhuǎn)化能力不足、環(huán)境適應(yīng)性和性能指標(biāo)提高等。

　　結(jié)合海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)研究和儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)的新成果，分析了目前涉及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的傳感技術(shù)、平臺(tái)技術(shù)和數(shù)據(jù)綜合處理技術(shù)，找出我國(guó)與國(guó)外相關(guān)研究領(lǐng)域的差距，預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)，供相關(guān)科研和工程人員參考。

　　1.海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)

　　海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)技術(shù)。它是一種將感知到的海洋氣象、水文、生態(tài)等元素的特性轉(zhuǎn)化為具有相應(yīng)關(guān)系的有用電力的技術(shù)[16]。該技術(shù)涉及傳感器原理、結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)。

　　1.1傳感器技術(shù)

　　隨著新材料、新方法、新技術(shù)的發(fā)展，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)取得了革命性的突破，使傳統(tǒng)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器在性能、功能、測(cè)量類(lèi)型等方面取得了巨大的發(fā)展，并開(kāi)發(fā)了各種新的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器和儀器[17-22]。例如，新開(kāi)發(fā)的溫度鹽深度(CTD)測(cè)量精度傳感器：溫度達(dá)到溫度±0.001℃，電導(dǎo)率達(dá)到±0.0003mS，壓力達(dá)到±0.015%。特別是隨著微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，新開(kāi)發(fā)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器體積大大降低，可應(yīng)用于各種水下運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)的環(huán)境適應(yīng)性。海洋生態(tài)化學(xué)傳感器通過(guò)微流控制、光纖等技術(shù)的綜合開(kāi)發(fā)，可以在原子和分子層面進(jìn)行操作，其敏感元件的尺寸可以降低到微米或毫米級(jí)，重量可以從公斤級(jí)降低到克級(jí)和微克級(jí)，功能可以實(shí)現(xiàn)原位監(jiān)測(cè)。

　　經(jīng)過(guò)多年的中國(guó)“863”支持海洋公益研究項(xiàng)目和關(guān)鍵技術(shù)。一些傳統(tǒng)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器取得了很大的進(jìn)展，并開(kāi)始在商業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮作用。就海洋動(dòng)力參數(shù)傳感器而言，溫度、鹽、深度、波、流、潮、風(fēng)等傳感器在性能上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，其環(huán)境適應(yīng)性不低于進(jìn)口產(chǎn)品。然而，就更前沿的傳感技術(shù)而言，差距仍然很大，并且有擴(kuò)大的趨勢(shì)，如高精度海水溫度和鹽深度(CTD)剖面儀，相控陣海流剖面儀，聲學(xué)多普勒流速剖面儀(ADCP)，投棄式溫度鹽度深(XCTD)和投棄式溫度深(XBT)就指標(biāo)而言，等傳感器技術(shù)成果仍不及國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品。中國(guó)在海洋化學(xué)參數(shù)傳感器方面取得了顯著進(jìn)展，化學(xué)需氧量計(jì)新開(kāi)發(fā)(COD)，在主要指標(biāo)上，特別是在微流控芯片、放射性監(jiān)測(cè)等新技術(shù)上，營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬監(jiān)測(cè)等傳感器達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。在傳統(tǒng)的海洋氣象傳感技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)壓力傳感器難以達(dá)到進(jìn)口產(chǎn)品的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，幾乎完全依賴(lài)進(jìn)口；國(guó)內(nèi)海洋濕度傳感器的測(cè)量精度略低于國(guó)外產(chǎn)品，但在觀測(cè)可靠性和穩(wěn)定性方面相當(dāng)于國(guó)外產(chǎn)品。

　　經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，中國(guó)在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和傳感技術(shù)方面取得了巨大進(jìn)展。與國(guó)際先進(jìn)水平的差距正在縮小，有的已經(jīng)達(dá)到甚至代表國(guó)際先進(jìn)水平。然而，在研究新的傳統(tǒng)傳感和特殊功能傳感技術(shù)方面仍存在很大差距。

　　1.2海洋雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)

　　海洋雷達(dá)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)[22]是由無(wú)線(xiàn)電科學(xué)、信息技術(shù)和物理海洋科學(xué)交叉形成的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的一個(gè)新方向。從20世紀(jì)60年代到70年代，用于海洋監(jiān)測(cè)的雷達(dá)主要分為高頻雷達(dá)和微波雷達(dá)。高頻雷達(dá)包括高頻雷達(dá)、高頻雷達(dá)和天地波集成雷達(dá)，微波雷達(dá)包括X/C/S微波雷達(dá)在其他波段的海上檢測(cè)。海洋雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)的共同特點(diǎn)是：（1）過(guò)非接觸獲取海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)分布信息；（2）回波信息調(diào)制的主要機(jī)制是雷達(dá)電磁波與特定波長(zhǎng)的海洋表面波的諧振；（3）雷達(dá)回波還攜帶波方向光譜信息；（4）與海洋雷達(dá)相比，站點(diǎn)或?qū)Ш接^測(cè)具有廣泛的覆蓋范圍和大量的信息。與衛(wèi)星觀測(cè)相比，它具有更高的時(shí)間和空間分辨率，可以持續(xù)獲整的動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)空變化信息。

　　早在2004年，美國(guó)和歐洲的幾個(gè)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)計(jì)劃就將高頻地波超視距雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)關(guān)鍵的建設(shè)任務(wù)。目前，近500個(gè)高頻地波雷達(dá)已在全球沿海地區(qū)運(yùn)行，100多個(gè)地波雷達(dá)已在亞洲運(yùn)行。同樣數(shù)量的微波海洋雷達(dá)也在這里運(yùn)行。在海洋雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究方面，中國(guó)在個(gè)別技術(shù)方面一直處于國(guó)際前沿，與國(guó)際先進(jìn)水平的差距正在迅速縮小。然而，與美國(guó)、日本和其他國(guó)家在雷達(dá)數(shù)據(jù)應(yīng)用方面仍然存在很大差距。未來(lái)海洋雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)如下：（1）通過(guò)分布式海洋雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)技術(shù)提高檢測(cè)范圍（2）采用天地波綜合混合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)海面和低空監(jiān)測(cè)（3）通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)基礎(chǔ)海洋雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)，如船舶、車(chē)輛或浮標(biāo)（4）通過(guò)開(kāi)發(fā)多頻、多極微波探測(cè)距離技術(shù)來(lái)提高海面和低空監(jiān)測(cè)效率；（5）通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)基礎(chǔ)海洋雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)船舶、車(chē)輛或浮標(biāo)等移動(dòng)平臺(tái)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)；（4）通過(guò)開(kāi)發(fā)多頻、多極微波探測(cè)距離

　　2.海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)

　　海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)主要是指為滿(mǎn)足海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)所需的傳感器、儀器設(shè)備工作條件和使用環(huán)境而提供的不同平臺(tái)技術(shù)。海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要包括岸基站、浮標(biāo)、潛水標(biāo)、?；?、水下移動(dòng)平臺(tái)、天基、空基、船基等，是實(shí)現(xiàn)海洋監(jiān)測(cè)[10]的重要保障載體。從20世紀(jì)初岸基站到錨定浮標(biāo)的成功發(fā)展，現(xiàn)在是潛在的、?；?、水下移動(dòng)平臺(tái)、天基和空基技術(shù)的發(fā)展，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)已成為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要保障，大多數(shù)平臺(tái)技術(shù)相對(duì)成熟，在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用。

　　2.1岸基臺(tái)站

　　岸基海洋站技術(shù)[10-13]是一種在沿海海岸或附近島嶼實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的技術(shù)。它是最早、最成熟的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)。美國(guó)、歐洲和日本等發(fā)達(dá)海洋國(guó)家的海洋平臺(tái)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，應(yīng)用廣泛，功能仍在改進(jìn)。

　　海洋發(fā)達(dá)國(guó)家的海岸基站主要用于觀察潮汐、海洋氣象、波浪、水溫和海流。例如，美國(guó)開(kāi)發(fā)的海岸基站可以監(jiān)測(cè)潮汐、氣象、水文等元素。建成的海岸基站分布在海岸、島嶼、珊瑚礁、燈塔和碼頭上，形成了國(guó)家潮汐、氣象、波浪、水溫和海流監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。這些海岸基站基本上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)無(wú)人觀測(cè)，并在一些海岸基站上建立了高頻波海洋監(jiān)測(cè)雷達(dá)，覆蓋了美國(guó)東西海岸，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)。中國(guó)海岸基站技術(shù)相對(duì)成熟，分布在沿海島嶼、珊瑚礁、港口和碼頭，實(shí)現(xiàn)了水文、氣象、波浪、海流等元素的監(jiān)測(cè)。

　　未來(lái)，岸基站技術(shù)將以多功能、長(zhǎng)期工作、低維護(hù)成本為目標(biāo)，在相關(guān)保障技術(shù)和可靠性方面開(kāi)展長(zhǎng)期技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

　　2.2浮標(biāo)和潛標(biāo)

　　2.2.1浮標(biāo)

　　浮標(biāo)包括錨定浮標(biāo)和漂流浮標(biāo)[23]。錨浮標(biāo)是實(shí)現(xiàn)海洋動(dòng)力環(huán)境、氣象和海洋生態(tài)化學(xué)元素長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)的主要平臺(tái)技術(shù)。它具有連續(xù)數(shù)據(jù)采集和長(zhǎng)期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)；漂流浮標(biāo)是一種體積小、重量輕、不受人為限制的小型浮標(biāo)。

　　錨定浮標(biāo)技術(shù)相對(duì)成熟，浮標(biāo)產(chǎn)品種類(lèi)齊全，測(cè)量項(xiàng)目多，海上生存能力強(qiáng)。隨著海洋監(jiān)測(cè)需求的發(fā)展，美國(guó)國(guó)家數(shù)據(jù)浮標(biāo)中心和其他特殊的小型化浮標(biāo)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)(NDBC)開(kāi)發(fā)的錨浮標(biāo)主要有三種:幾百到幾公里的水深海域直徑為10和12m大圓盤(pán)浮標(biāo)和6m圓盤(pán)形、船形中等浮標(biāo)和三個(gè)近海監(jiān)測(cè)m小圓盤(pán)浮標(biāo)。近年來(lái)，浮標(biāo)技術(shù)的發(fā)展主要集中在供電改進(jìn)和技術(shù)研究上。例如，美國(guó)、意大利、以色列、韓國(guó)和其他國(guó)家開(kāi)發(fā)了新的能源浮標(biāo)，用于波浪能源發(fā)電、太陽(yáng)能和溫差能源的混合供電。

　　浮標(biāo)技術(shù)(SVP浮標(biāo))技術(shù)是主要的，耐用、低成本、方便的浮標(biāo)是技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。同時(shí)，滿(mǎn)足特殊需求的特殊浮標(biāo)是發(fā)展的主體。例如，為了滿(mǎn)足海洋氣象研究的需要，可測(cè)量的氣壓浮標(biāo)、風(fēng)速浮標(biāo)和風(fēng)速浮標(biāo)可以同時(shí)測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓和表面水溫和加速度Argos發(fā)射機(jī)和GPS多功能漂流浮標(biāo)等。

　　浮標(biāo)平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展逐漸從結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ軐?zhuān)業(yè)化，完善了浮標(biāo)內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、主控制、供電等部分，呈現(xiàn)出通信手段多樣、模塊標(biāo)準(zhǔn)化、供電方式多樣的特點(diǎn)。

　　2.2.2潛標(biāo)

　　潛在標(biāo)志主要位于水面以下，用于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、固定、連續(xù)、多層次、同步的海洋環(huán)境觀測(cè)，具有良好的隱蔽性，不易被[24]破壞的優(yōu)勢(shì)。潛在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代，最初的潛在標(biāo)準(zhǔn)是在單點(diǎn)緊固系統(tǒng)上懸掛各種自容性傳感器。近年來(lái)，潛在的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到水下上下運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剖面測(cè)量。開(kāi)發(fā)的潛在標(biāo)志根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式分為水下絞車(chē)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿錨定電纜爬行類(lèi)型和凈浮力類(lèi)型，可海洋剖面的實(shí)時(shí)觀測(cè)。如果它是由加拿大、美國(guó)和其他國(guó)家開(kāi)發(fā)的SeaCycler水下絞車(chē)潛標(biāo)技術(shù)可在500年實(shí)現(xiàn).5m系統(tǒng)在波浪條件下工作正常，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；俄羅斯和德國(guó)開(kāi)發(fā)的新潛在標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和浮力驅(qū)動(dòng)在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。

　　中國(guó)在這一領(lǐng)域發(fā)展較晚，仍處于模仿階段，關(guān)鍵核心技術(shù)尚未取得突破。未來(lái)，潛在的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)將朝著更強(qiáng)的生存能力和更多的測(cè)量參數(shù)發(fā)展。

　　2.3海床基

　　海床基技術(shù)是一種海床平臺(tái)技術(shù)，其核心技術(shù)包括平臺(tái)布局、回收、數(shù)據(jù)通信和安全技術(shù)[11,25]。海床基地具有連續(xù)工作和穩(wěn)定生存的特點(diǎn)。伍茲霍爾研究所開(kāi)發(fā)了海床基地技術(shù)ROLAI2D系統(tǒng)m深海觀測(cè)在百慕大應(yīng)用于4400；NOAA的DART該系統(tǒng)使用坐底監(jiān)測(cè)設(shè)備和水面氣象浮標(biāo)進(jìn)行海嘯監(jiān)測(cè)和預(yù)警；美國(guó)NeMO1600海底觀測(cè)系統(tǒng)m通過(guò)各種儀器在深火山熱水口附近監(jiān)測(cè)海底火山活動(dòng)；法國(guó)海洋研究所開(kāi)發(fā)的MAP坐底平臺(tái)配備了沉積物捕捉器、濁度計(jì)、海流計(jì)等設(shè)備[26]，用于研究歐洲深海水動(dòng)力與沉積的作用。

　　經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，海床基技術(shù)已經(jīng)基本成熟。許多國(guó)家已經(jīng)推出了各種商業(yè)海床基平臺(tái)產(chǎn)品。這些平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量小，操作靈活，易于進(jìn)行海上布局和回收操作，可攜帶ADCP各種傳感器(儀器)。近年來(lái)，深海海床基產(chǎn)品已經(jīng)模塊化，模塊可以通過(guò)水聲進(jìn)行通信，突破了海床基系統(tǒng)空間范圍的局限性。

　　這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)起步較晚。同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)等高校和研究機(jī)構(gòu)仍在測(cè)試海床基研發(fā)示范體系，開(kāi)發(fā)的新技術(shù)在該體系中得到驗(yàn)證和推廣。

　　2.4海洋水下移動(dòng)平臺(tái)

　　海洋水下移動(dòng)平臺(tái)[27-29]包括自治式水下航行器(AUV)，水下滑翔器(AUG)，無(wú)人遙控潛器(ROV)，載人深潛器(HOV)，自持式剖面檢測(cè)系統(tǒng)(Argo)等待。海洋水下移動(dòng)平臺(tái)動(dòng)性等特點(diǎn)，海洋水下移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)關(guān)注。

　　2.4.1自治式水下航行器

　　獨(dú)立的水下航行器是一個(gè)水下移動(dòng)平臺(tái)，可以設(shè)置路線(xiàn)和獨(dú)立航行。它具有較高的機(jī)動(dòng)性能。它可以配備復(fù)雜的傳感器或儀器，如側(cè)掃聲納和成像聲納。主要用于水下指定目標(biāo)區(qū)域的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)。在獨(dú)立的水下航行器技術(shù)方面，世界各耐久性、速度、結(jié)構(gòu)和隱蔽性方面進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)，并朝著多功能和新功能的方向發(fā)展。例如，美國(guó)開(kāi)發(fā)的魚(yú)形和水母仿生水下航行器具有運(yùn)動(dòng)靈活、自由度高、耐力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，國(guó)外自主水下航行技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品性能相對(duì)穩(wěn)定。美國(guó)、挪威、英國(guó)、冰島和其他國(guó)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了100多種產(chǎn)品，占據(jù)了主要的國(guó)際市場(chǎng)。美國(guó)開(kāi)發(fā)的大型自治式水下航行器用于部署、回收設(shè)備和有效載荷、收集和傳輸各種類(lèi)型的信息、跟蹤水下或海上目標(biāo)等，耐力達(dá)到2000km。由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、哈爾濱工程大學(xué)等機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的自治式水下航行器在水下已經(jīng)有60000臺(tái)m處實(shí)現(xiàn)了24h或100km獨(dú)立航行，可配備淺層剖面探測(cè)器等儀器設(shè)備。然而，目前，中國(guó)的仿生自治或大型運(yùn)輸水下航行器仍處于研發(fā)階段，未來(lái)將向仿生魚(yú)航行器、多功能新型自主水下航行器、大型潛水員運(yùn)輸自主水下航行器等方向發(fā)展。

　　2.4.2水下滑翔器

　　水下滑翔機(jī)是一種自主觀測(cè)平臺(tái)，由浮力驅(qū)動(dòng)，在水下以鋸齒形航線(xiàn)航行。可配備溫度、鹽、深度等傳感器，可用于大規(guī)模海洋水下環(huán)境參數(shù)的連續(xù)觀測(cè)。美國(guó)最早開(kāi)始開(kāi)發(fā)水下滑翔機(jī)。目前，它擁有最成熟的技術(shù)。開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于海洋溢油跟蹤、颶風(fēng)預(yù)警和軍事活動(dòng)。美國(guó)還開(kāi)發(fā)了一種波浪能滑翔機(jī)，由波浪起伏驅(qū)動(dòng)的水面浮艇上下移動(dòng)，以及由于改變自身凈浮力而產(chǎn)生的起伏運(yùn)動(dòng)。波浪能滑翔機(jī)的核心技術(shù)是供電和姿態(tài)平衡控制，這體現(xiàn)在航速、續(xù)航能力和海況適應(yīng)性上。所以，波浪能滑翔機(jī)技術(shù)主要是外觀研究、供電技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)。長(zhǎng)期以來(lái)，法國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)家開(kāi)展了各種水下滑翔技術(shù)的研究。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所Sea-Wing工作水深1000m，續(xù)航時(shí)間40d，天津大學(xué)開(kāi)發(fā)的“海燕”工作水深1500m，續(xù)航時(shí)間30d，所有航程都超過(guò)1000km，這標(biāo)志著中國(guó)基本掌握了水下滑翔機(jī)技術(shù)，即將達(dá)到實(shí)用設(shè)備水平。未來(lái)，水下滑翔機(jī)將向混合推進(jìn)器發(fā)展，具有更強(qiáng)的連續(xù)性、更高效的運(yùn)動(dòng)控制和更強(qiáng)的傳感器負(fù)載能力。

　　2.4.無(wú)人遙控潛器

　　無(wú)人遙控潛水器是一個(gè)通過(guò)將臍帶電纜連接到母船上的能量和控制信號(hào)在水下工作或觀測(cè)的平臺(tái)。在手動(dòng)控制下，無(wú)人遙控潛水器可以在海洋深度和其他危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行復(fù)雜的操作，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)際上大多數(shù)商業(yè)無(wú)人遙控潛水器產(chǎn)品的工作深度可達(dá)到3000個(gè)m，美國(guó)、日本、俄羅斯、法國(guó)等技術(shù)成熟的少數(shù)國(guó)家，擁有60000的研發(fā)m以及深潛器的能力，但潛深較大的水下潛器處于測(cè)試階段，尚未推廣應(yīng)用，最大潛深可達(dá)11000左右m，實(shí)現(xiàn)了全海深度探測(cè)和作業(yè)。中國(guó)上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的ROV“海馬”，“海龍”作業(yè)水深達(dá)到4500m和11000m，715研制的定型ROV也可達(dá)5000m。未來(lái)，無(wú)人遙控潛器將朝著在更深更復(fù)雜的海洋環(huán)境中生存和執(zhí)行任務(wù)的方向發(fā)展，力等方向發(fā)展。

　　2.4.4載人深潛器

　　在某些特殊情況下，載人深潛器可以將人送到深海底附近，在目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)，具有無(wú)人平臺(tái)無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。目前，世界各地有數(shù)百個(gè)載人深潛器，廣泛應(yīng)用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋調(diào)查和安全運(yùn)行。它可以潛到1000m或者在美國(guó)、中國(guó)、日本、俄羅斯、法國(guó)和其他國(guó)家生產(chǎn)了在更深層次的地方工作的載人深潛器。美國(guó)的阿爾文號(hào)是最大的4500m，目前屬于WHOI的“深海挑戰(zhàn)者”潛入馬里亞納海溝10908m。日本的“新海6500號(hào)”最大潛深6500m，可載三人，保持了世界上最深的載人科考25年的記錄。此外，著名的深海HOV還有法國(guó)海洋研究所的鸚鵡螺號(hào)和俄羅斯希爾紹夫海洋研究所的和平號(hào)。中國(guó)自主研發(fā)的蛟龍?zhí)栆褲撊肷疃?000m。未來(lái)，載人深潛器將向進(jìn)一步提高潛深、載重、生存能力、執(zhí)行任務(wù)能力等方向發(fā)展。

　　2.4.5自持式剖面檢測(cè)系統(tǒng)

　　自持式剖面檢測(cè)系統(tǒng)，又稱(chēng)地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測(cè)陣浮標(biāo)，源于國(guó)際地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測(cè)陣計(jì)劃的實(shí)施。該系統(tǒng)不僅可以自動(dòng)檢測(cè)海水溫度、鹽和深度剖面，還可以跟蹤其漂移軌跡，獲得海流速度和方向。在國(guó)際上，自主剖面檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成熟，構(gòu)建了全球海洋觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)觀測(cè)陣浮標(biāo)，數(shù)據(jù)傳輸方式也從原來(lái)的單向通信擴(kuò)展到可選Iridium或Argos-3雙向通信。自持式剖面檢測(cè)系統(tǒng)攜帶的傳感器也從物理海洋環(huán)境的三個(gè)基本要素，如溫度、電導(dǎo)率（鹽度）和壓力，擴(kuò)展到生物、化學(xué)和其他類(lèi)型的傳感器，如溶解氧、葉綠素、硝酸鹽、輻射計(jì)和透射計(jì)以及水聽(tīng)器。目前，全球地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測(cè)陣系統(tǒng)保持在4000左右，支持全球海洋觀測(cè)網(wǎng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行。我國(guó)對(duì)Argo研制起步較晚，但已開(kāi)發(fā)出多種型號(hào)的自持式剖面檢測(cè)系統(tǒng)。例如，開(kāi)發(fā)的海馬2000型可實(shí)現(xiàn)1102000型m潛深剖面。在未來(lái)，該技術(shù)將朝著提高傳感器能力、工作可靠性、生存能力等方向發(fā)展。

　　2.5天基和空基

　　天基和空基主要是指平臺(tái)[28]，利用海洋衛(wèi)星和海上飛機(jī)對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。從功能上看，海洋衛(wèi)星一般可分為兩類(lèi)：海洋光學(xué)遙感衛(wèi)星和海洋微波遙感衛(wèi)星，部分衛(wèi)星屬于綜合觀測(cè)海洋衛(wèi)星，可同時(shí)具有海洋光學(xué)遙感和微波遙感功能。海洋光學(xué)遙感衛(wèi)星主要用于探測(cè)水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境信息，如葉綠素、懸浮沉淀物、有色可溶性有機(jī)物等海洋光學(xué)參數(shù)。此外，它還可以獲得海洋環(huán)境信息，如淺海水下冰和海水污染。海洋微波遙感衛(wèi)星主要用于獲取海洋環(huán)境參數(shù)，如海洋風(fēng)場(chǎng)、海洋高度場(chǎng)、波場(chǎng)、海洋重力場(chǎng)、海洋環(huán)流和海洋表面溫度場(chǎng)。它是最重要的大范圍、長(zhǎng)時(shí)間序列和準(zhǔn)實(shí)時(shí)遙感觀測(cè)平臺(tái)。近年來(lái)，美國(guó)、歐洲、俄羅斯、加拿大等國(guó)相繼發(fā)射了多顆海洋衛(wèi)星，包括新型海洋光學(xué)遙感衛(wèi)星、海洋微波遙感衛(wèi)星和海洋綜合探測(cè)衛(wèi)星，這些衛(wèi)星配備了更先進(jìn)的水色成像儀。中國(guó)發(fā)射了HY-1A和HY-1B2顆海洋水色衛(wèi)星，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)海洋水色和水溫環(huán)境，但目前主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)海洋水色和水溫環(huán)境。HY-1A已失效。發(fā)射的HY-1B2.海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星通過(guò)雷達(dá)高度計(jì)、微波散射計(jì)、輻射矯正計(jì)等儀器實(shí)現(xiàn)全天候、全天連續(xù)探測(cè)海洋動(dòng)力環(huán)境信息的能力。未來(lái)，該技術(shù)將朝著工作壽命更長(zhǎng)、承載能力更大、攜帶儀器設(shè)備更多樣化的方向發(fā)展。

　　無(wú)人機(jī)是近年來(lái)機(jī)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)空基礎(chǔ)平臺(tái)。它們可以承載各種海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)負(fù)荷，并實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋動(dòng)力環(huán)境和其他海洋環(huán)境元素的探測(cè)。它具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、及時(shí)性高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，可以有效地彌補(bǔ)天基、?；突A(chǔ)探測(cè)能力的不足。它是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)不可或缺的平臺(tái)。隨著無(wú)人機(jī)研發(fā)技術(shù)的進(jìn)步和優(yōu)勢(shì)的突出，世界各國(guó)越來(lái)越重視無(wú)人機(jī)在海洋探測(cè)中的應(yīng)用。以美國(guó)為首的許多國(guó)家正在積極開(kāi)發(fā)各種新型海洋無(wú)人機(jī)。俄羅斯、英國(guó)、德國(guó)和其他國(guó)家增加了對(duì)其發(fā)展無(wú)人機(jī)的支持。中國(guó)也非常重視無(wú)人機(jī)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)，在技術(shù)上緊跟發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平。例如，中國(guó)測(cè)試新圖公司自主開(kāi)發(fā)的無(wú)人機(jī)耐久性達(dá)到30h，拍攝分辨率達(dá)到0.05～0.20dm。未來(lái)，將進(jìn)一步開(kāi)展空基和天基搭載的各種傳感器技術(shù)，以及具有較強(qiáng)可持續(xù)能力的平臺(tái)研發(fā)。

　　2.6 船基

　　船基海洋監(jiān)測(cè)是指以船舶為平臺(tái)，利用各種船舶傳感器實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)[29-30]。船舶具有耐久性長(zhǎng)、承載能力大、靈活性靈活等特點(diǎn)。作為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)，船舶主要包括海洋調(diào)查船舶、科學(xué)調(diào)查船舶、地質(zhì)調(diào)查船舶、海洋監(jiān)測(cè)船舶等。近年來(lái)，許多發(fā)達(dá)海洋國(guó)家正在建造大型、現(xiàn)代化的海洋科學(xué)綜合調(diào)查船舶。美國(guó)擁有世界上最先進(jìn)的海洋研究船隊(duì)，只有伍茲霍爾研究所(WHOI)和SCRIPPS海洋研究所有8艘科研船，其中4艘是海洋綜合調(diào)查船，配備先進(jìn)的多波束測(cè)深系統(tǒng)、側(cè)掃聲納等設(shè)備，并配置了船載實(shí)驗(yàn)室，此外，美國(guó)還有240多艘海上志愿者船只，主要航線(xiàn)遍布世界各地。俄羅斯也有近100艘科研船。歐洲主要發(fā)達(dá)國(guó)家也有許多先進(jìn)的科研船，僅法國(guó)海洋研究開(kāi)發(fā)中心就有7艘海洋科研船。中國(guó)主要有48艘海洋調(diào)查船，主要有海流剖面儀、廢棄測(cè)量?jī)x器和船舶拖曳系統(tǒng)，形成船舶基礎(chǔ)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)能力，在配備儀器設(shè)備方面差距較大。今后應(yīng)注意兩個(gè)方面的研發(fā)：一是高質(zhì)量、高可靠性的船舶海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器和設(shè)備；二是綜合功能齊全、測(cè)量效率高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的測(cè)量船和無(wú)人測(cè)量船。

　　3.數(shù)據(jù)綜合與處理技術(shù)

　　海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合處理技術(shù)是基于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)處理，收集和整合各平臺(tái)不同技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。該技術(shù)主要包括海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和海洋數(shù)據(jù)處理技術(shù)[31]。

　　3.1組網(wǎng)技術(shù)

　　海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)GPRS，CDMA，衛(wèi)星、海底光纖網(wǎng)絡(luò)作為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的主要通信方式，通過(guò)公共或?qū)Ｓ肐nternet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的連接[32-36]。

　　海底監(jiān)測(cè)技術(shù)是海底光纖或水聲通信網(wǎng)絡(luò)中的核心技術(shù)之一。例如，日本提出，世界上所有海洋大國(guó)都投入巨資發(fā)展海底監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)ARENA該計(jì)劃建立了一個(gè)海洋環(huán)境觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)光纜連接跨越板塊邊界，應(yīng)用于地震和地球動(dòng)力學(xué)研究、海洋環(huán)流研究、可燃冰監(jiān)測(cè)、水和熱通量研究、生物和漁業(yè)研究、海洋哺乳動(dòng)物研究、深海微生物研究等。美國(guó)啟動(dòng)NEPTUNE(“海王星”)計(jì)劃環(huán)繞“胡安.德富卡”板塊，鋪設(shè)3000km光纜，實(shí)時(shí)觀察海洋環(huán)境。美國(guó)和加拿大分別建設(shè)MARS觀測(cè)站和VENUS觀測(cè)站構(gòu)成了加拿大的海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)(oceannetuorkscanada，ONC)。根據(jù)全球環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)計(jì)劃，歐洲開(kāi)展了4個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)計(jì)劃D觀察網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家建設(shè)ESonET(歐洲海底觀測(cè)網(wǎng))為地球物理、化學(xué)、生物化學(xué)、海洋學(xué)和漁業(yè)提供長(zhǎng)期的戰(zhàn)略環(huán)境監(jiān)測(cè)。

　　1999年，中國(guó)開(kāi)始在國(guó)家海洋局所屬系統(tǒng)內(nèi)建立和基本形成覆蓋中國(guó)全海域的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，分別覆蓋國(guó)家、海域、省、市、縣五個(gè)層次，結(jié)構(gòu)合理，分級(jí)管理。目前已實(shí)現(xiàn)海洋監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和海洋氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)探索方面，同濟(jì)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院于2009年在洋山國(guó)際深水港東南部建立了同濟(jì)大學(xué)東海海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了海洋環(huán)境信息的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)；2012年，依托陵水基地建設(shè)了中國(guó)第一個(gè)南海海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)南海海底和水中目標(biāo)的監(jiān)測(cè)；2013年，浙江大學(xué)在島北建立了浙江大學(xué)摘若山島海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，主要用于海洋地震監(jiān)測(cè)[37]。目前，國(guó)家海洋局海洋三維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋安全防范等。然而，我國(guó)在海底網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面存在較大差距，尤其是在海底連接箱、海底裝置供電和海底工程布置方面。在未來(lái)，該技術(shù)將在數(shù)據(jù)傳輸、快速網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)布局等方面進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

　　3.2數(shù)據(jù)分析技術(shù)

　　3.2.1數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)

　　海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是[38-39]通過(guò)各種平臺(tái)技術(shù)的傳感技術(shù)獲得的[38-39]。因此，有必要對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的術(shù)語(yǔ)、分類(lèi)和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)管理，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)范數(shù)據(jù)的可用性、可追溯性、時(shí)空耦合和地理關(guān)聯(lián)，以確保數(shù)據(jù)的一致性和正確性。目前，美國(guó)、加拿大、英國(guó)等國(guó)家在國(guó)際組織框架下對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了質(zhì)量控制。雖然中國(guó)有國(guó)家海洋管理局、中國(guó)氣象局等部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并有自己的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，但由于歷史原因，各部門(mén)之間存在塊分割和行業(yè)障礙，目前各行業(yè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)相互封閉。

　　3.2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)

　　海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有及時(shí)性和歷史性，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理是數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。世界各國(guó)都非常重視海洋數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。例如，美國(guó)國(guó)家航空航天局地球觀測(cè)中心建立了地球觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)，存儲(chǔ)和管理所有數(shù)據(jù)，采用分布式開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)；歐洲航天局還建立了基于任務(wù)的分布式存儲(chǔ)海洋數(shù)據(jù)中心。在存儲(chǔ)管理技術(shù)方面，國(guó)外海洋大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用邏輯集中、物理分散的分布式服務(wù)器集群存儲(chǔ)架構(gòu)技術(shù)，中國(guó)也采用區(qū)域集中服務(wù)器存儲(chǔ)技術(shù)，隨著數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)存儲(chǔ)資源的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和靈活配置，離線(xiàn)數(shù)據(jù)采集耗時(shí)，無(wú)法直接在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)任何數(shù)據(jù)，迫切需要我們進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)劃存儲(chǔ)管理技術(shù)研究[39-40]。

　　3.2.數(shù)據(jù)同化技術(shù)

　　數(shù)據(jù)同化技術(shù)[41]是一種不斷將不同類(lèi)別和時(shí)間段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成到數(shù)值模式中的技術(shù)。它以短期分析和預(yù)測(cè)結(jié)果作為模式預(yù)測(cè)的初始值，不斷將觀測(cè)和模式結(jié)果整合為最優(yōu)值，以減少誤差，提高數(shù)值預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)同化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海洋預(yù)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，也可以利用該技術(shù)有效地將各種類(lèi)型的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)整合到海洋模式中，生成更完善的時(shí)間和空間分布分析數(shù)據(jù)，廣泛用于制作海洋再分析數(shù)據(jù)，充分利用現(xiàn)有觀測(cè)技術(shù)可以獲得的所有信息，揭示海洋的各種真實(shí)狀態(tài)。目前，海洋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同化技術(shù)根據(jù)所采用的理論原理，可分為最優(yōu)插值、卡爾曼濾波器、擴(kuò)展卡爾曼濾波器、集合卡爾曼濾波器等兩種類(lèi)型的同化技術(shù)?；趦?yōu)秀的控制方法，如三維變割法）的同化技術(shù)。

　　3.2.4數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)

　　數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)[42]是一種新技術(shù)，隨著海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的快速增加，在大量海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)信息和挖掘規(guī)則。目前已經(jīng)有了Map Reduce，Storm，Streambase，Pregel先進(jìn)的并行計(jì)算框架已被廣泛應(yīng)用。在信息挖掘過(guò)程中，海洋大數(shù)據(jù)也從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)正交發(fā)展到具有時(shí)空解耦特性的四維諧波提取法。然而，由于海洋大數(shù)據(jù)的時(shí)空耦合和地理相關(guān)性，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘算法無(wú)法有效地進(jìn)行時(shí)空解耦和地理分解，這使得挖掘算法成為海洋大數(shù)據(jù)科學(xué)全鏈運(yùn)行中需要突破的核心技術(shù)，也使該技術(shù)成為未來(lái)海洋數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。

　　3.2.數(shù)據(jù)表達(dá)可視化技術(shù)

　　利用科學(xué)可視化技術(shù)[43]展示海洋數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用可視化分析技術(shù)挖掘時(shí)空數(shù)據(jù)規(guī)律，是從感知到認(rèn)知的關(guān)鍵技術(shù)橋梁。海洋矢量場(chǎng)可視化算法主要包括圖表法、幾何法、紋理法、拓?fù)浞ǖ?。?biāo)量場(chǎng)可視化算法在大規(guī)模的身體繪制、實(shí)時(shí)照明、多變量提取特征提取、二維時(shí)空可視化等方面取得了重要成果。然而，隨著海洋數(shù)據(jù)量的不斷增加，對(duì)可視化表達(dá)和處理效率提出了非常高的要求。一方面要盡可能真實(shí)地反映數(shù)據(jù)的特性，另一方面要充分提供系統(tǒng)的承載能力和處理能力，提高數(shù)據(jù)的更新和繪制能力。從國(guó)內(nèi)外海洋大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)研究來(lái)看，中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在數(shù)據(jù)表達(dá)可視化方面沒(méi)有差距。

　　4.總結(jié)和展望

　　海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)及儀器裝備的發(fā)展體現(xiàn)出智能化與信息化的趨勢(shì)，這與“智慧海洋”的應(yīng)用需求密切相關(guān)[15-16,40]。海洋發(fā)達(dá)國(guó)家的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)新研制的儀器裝備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化。我國(guó)海洋技術(shù)和儀器裝備近年來(lái)取得了較大進(jìn)展，但由于海洋儀器裝備的研發(fā)投入高、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高、難度大等特點(diǎn)，我國(guó)大多數(shù)科研機(jī)構(gòu)在海洋儀器裝備研制時(shí)多以跟蹤仿制國(guó)外已有產(chǎn)品為主，原始創(chuàng)新能力不足，制約了海洋儀器與技術(shù)的整體發(fā)展。在硬件條件投入方面，我國(guó)目前仍沒(méi)有能夠業(yè)務(wù)化或商業(yè)化應(yīng)用的海洋儀器裝備海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)，造成海洋儀器裝備在真實(shí)環(huán)境下性能測(cè)試和檢測(cè)不足，制約了技術(shù)轉(zhuǎn)化和產(chǎn)品性能改進(jìn)。在軟件設(shè)施方面，我國(guó)海洋儀器和裝備的標(biāo)準(zhǔn)化體系建立不完善，在海洋儀器裝備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量檢定、測(cè)試和運(yùn)行維護(hù)等系列標(biāo)準(zhǔn)方面未得到足夠重視，致使我國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)核心技術(shù)落后，也遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足我國(guó)的重大業(yè)務(wù)需求。因此，我國(guó)只有針對(duì)性地對(duì)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、傳感及數(shù)據(jù)處理等三類(lèi)技術(shù)齊頭并進(jìn)協(xié)同發(fā)展，完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，努力接軌國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，加大經(jīng)費(fèi)投入和人才引進(jìn)，推進(jìn)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器裝備的通用化、系列化和組合化，以盡快趕上目前存在的巨大差距。

　　展望未來(lái)，以滿(mǎn)足探索海洋、利用海洋全方位發(fā)展的迫切需求為導(dǎo)向，在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)中，智能控制、云存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信及人工智能等領(lǐng)域的新技術(shù)將被引入并得以推廣;在傳感技術(shù)方面新材料、新原理、智能傳感及傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將會(huì)推動(dòng)產(chǎn)生微型化、智能化、高可靠性的新型傳感技術(shù);在數(shù)據(jù)綜合處理技術(shù)中，大數(shù)據(jù)、知識(shí)發(fā)現(xiàn)、各學(xué)科交叉融合、泛在計(jì)算及交互可視等技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用[44-46]。而在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器裝備研制方面，將在不斷提高儀器裝備可靠性等性能指標(biāo)的前提下，由連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)逐漸實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)。隨著智能控制和人工智能的發(fā)展，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器裝備也必將向智能化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自主的數(shù)據(jù)采集、跟蹤和控制、修復(fù)故障、融合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等功能。新技術(shù)的突破必將導(dǎo)致海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)從海、陸、空、天、時(shí)五維度上實(shí)現(xiàn)多尺度、全天候、連續(xù)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)高效利用，其儀器裝備將向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。