國內海洋儀器設備海上試驗技術現狀

周 凱，程 杰，賀可海，馬鴻飛

(中國人民解放軍32184部隊，煙臺 264012)

0 引言

隨著海洋科技的快速發展，國家對海洋儀器設備海上試驗技術的要求越來越高，如今海上試驗技術已經成為制約中國海洋技術裝備研發、海洋科學研究和海洋科技成果轉化的難題。發達國家之所以在海洋科技領域擁有先進水平，與其重視海洋科學技術觀測和試驗技術研究密不可分。國內海洋儀器設備海上試驗技術起步較晚，但經過幾十年的大力建設，特別是“十二五”以來，國家海上試驗場及試驗平臺建設、海上試驗活動、海上試驗標準規范編寫和技術服務體系建設等方面都有了長足發展。

目前，國內海上試驗技術研究主要依托已建成的海洋試驗場或公共試驗海域，利用固定或移動平臺開展。文章從國內海上試驗場、移動試驗平臺、海上試驗活動和海上試驗標準、規范及技術服務體系4個方面概述了國內海洋儀器設備海上試驗技術研究的現狀，并分析了國內海上試驗技術的發展趨勢。

1 海上試驗場

目前國家海洋綜合試驗場包括威海國家淺海綜合試驗場、舟山潮流海上試驗場和萬山海上試驗場。

1.1 威海國家淺海試驗場

國家淺海試驗場位于山東省威海市褚島北部，錨泊式和浮標式測試試驗平臺位于此試驗海域。

試驗場目前布放了浮標式測試試驗平臺和“國海試1”試驗平臺。浮標測試平臺直徑為4 m，主要由上部框架、儀器艙、上部甲板、主浮體、下部甲板和下部框架6部分組成，具備對海洋儀器設備測試與試驗的能力。“國海試1”試驗平臺具備甲板機械、實驗設施、信息傳輸以及供電等海洋儀器設備試驗與測試條件。平臺為鋼質漂浮式結構體，具備較好的抗風浪性能(10級以下的風力)、無自航能力，并采用雙錨泊系統定位。平臺甲板設置4個面積約20 m2的實驗室，由太陽能和柴油發電機(12 kW、50 kW各1臺)聯合供電；配置1臺大吊機，載重5 t；2臺小吊機，各載重1 t；安裝1個升降平臺，升降平臺可降至水下5 m深，載重11 t，大修周期為2 a。

1.2 舟山海上試驗場

國家舟山海上試驗場正處于總體設計階段，目前，在舟山摘箬山海域已開展部分基礎建設和試驗研究。舟山摘箬山試驗海域位于浙江省舟山市本島南側，組網式坐底試驗平臺位于此試驗海域。摘箬山島是舟山群島中的一個陸域面積2.34 km2、海岸線長7.27 km的島，島南邊是國際航道螺頭水道。舟山群島在中國海岸線的正中間，輻射全國海域，舟山海域具有水深、海島多、潮流急、潮水落差大和海底情況多樣化等海洋條件，有利于開展各種科學研究和實驗。

組網式坐底測試試驗平臺位于舟山摘箬山島試驗海域，依托于浙江大學摘箬山島海洋立體觀測示范研究與試驗系統，目前具備海洋儀器設備、觀測網接駁設備、水聲和海洋組網等試驗能力[1]。

1.3 萬山海上試驗場

萬山無人船海上測試場位于珠海市萬山群島，具有天然優良的環境條件，是面向國際的無人船艇行業公共服務開放平臺。測試場北區海域21.6 km2、南區海域750 km2，測試基地小萬山島面積5.7 km2，劃分為民用開放、軍用管轄、保障中心、培訓中心和測試中心5大區域，是以無人船艇為核心的綜合性海上測試場，除了面向無人船艇和自主船舶，還可以滿足通信導航、聲學設備和兩棲裝備等各類海洋裝備和儀器的測試需要。萬山海上測試場已取得中國船級社的測試場服務供應方認可證書，可就自主感知、避障、遠程控制和協同控制等自主船舶相關項目，為國內外的科研機構和企事業單位開展第三方測試服務。這是中國第1個經船級社認可的海上測試基地，也是全球最大、亞洲首個無人船海上測試場。

2 海上移動試驗平臺

海上移動試驗平臺指的是海洋試驗船和水下深潛器，目前活躍于中國近海和世界大洋的海洋試驗船有東方紅2號海洋綜合調查船、北調993試驗船、向陽紅08船和“實驗1號”，深潛器主要有“蛟龍號”載人深潛器。

2.1 東方紅2號海洋綜合調查船

東方紅2號海洋綜合調查船空載排水量970 t，隸屬于中國海洋大學，是國內最先進的海洋綜合性考察船，是中國海洋大學涉海專業學生的重要實踐基地，是中國最先進的海上綜合流動實驗室。全船共有15個實驗室，可提供物理海洋、海洋大氣、海洋化學、海洋生物、海洋地質和海洋地球物理等海洋學科的綜合調查和部分專向調查，并可同時進行海上試驗和分析研究工作。

2.2 北調993試驗船

北調993試驗船，使用單位是中國760所(水聲所)，用于多種水聲設備進行海上試驗的綜合能力較強的水聲試驗船。船舶總長86.40 m，設計水線長81.50 m，型深6.80 m，型寬14.6 m，吃水3.80 m，排水量2300 t，航速16 kn，續航力1500海里。

2.3 向陽紅08船

向陽紅08船是設有首側推裝置和可調距槳，自持力30 d的綜合海洋環境調查船。船總長54.8 m、型寬8.8 m、吃水2.4 m、排水量608.3 t、航速11 kn、續航力4800海里。船上設有集成儀器實驗室、潔凈實驗室、低溫樣品儲藏室、干實驗室和后置實驗室。甲板配備各種地質、水位絞車，龍門吊系統。船體固定安裝了多波束系統、旁掃聲吶系統和中地層剖面系統等先進物探測量設備。該船可承擔近海海洋環境綜合調查和海洋環境參數的試驗研究工作。

2.4 “實驗1號”

“實驗1號”是國內載重最大的全海候大型小水線面雙體船，也是中國第1艘小水線面綜合科考船。可在近海及遠洋進行水聲、海洋物理、地質、生物、海洋和大氣環境等海域儀器設備海上試驗技術研究。“實驗1號”科考總噸位3071 t，鋼質全焊接結構，續航力8000海里，自持力40 d，最大航速15 kn，能在11級風下安全航行，6級海況可正常作業，在5級海況0航速時橫搖角不大于5°，縱搖角不大于3.5°，在有航速時運動更小，耐波性更好，搖擺周期不小于12～15 s。

2.5 “蛟龍號”載人深潛器

“蛟龍號”載人深潛器是中國首臺自主設計、自主集成研制的作業型深海載人潛水器，最大下潛深度為7000米，也是目前世界上下潛能力最深的作業型載人潛水器。“蛟龍號”可在占世界海洋面積99.8%的廣闊海域中使用，對于國家開發利用深海的資源有著重要的意義。“蛟龍號”長、寬、高分別是8.2 m、3.0 m與3.4 m，空重不超過22 t，最大荷載是240 kg，最大速度為25 kn，巡航1 kn，當前最大下潛深度為7062.68 m，最大工作設計深度為7000 m。

3 海上試驗活動

國家于“十二五”和“十三五”期間圍繞“發展海洋”和“海洋強國”戰略，進行了大量的海洋環境調查、海洋儀器設備海上試驗技術研究和海洋環境監測系統建設。

3.1 海洋儀器設備規范化海上試驗

海洋儀器設備規范化海上試驗項目是國家 “海洋環境安全保障”重點專項中海洋儀器設備規范化海上測試技術研究及試運行方向的研究課題。

1)“十二五”期間

“十二五”期間，海洋儀器設備規范化海上試驗(Ⅰ期)承擔了全國大部分的海試任務。開展了 “深海海洋儀器設備規范化海上試驗”課題，完成了16個參試課題、120套海洋儀器、總計42 d的規范化海上試驗，其中有9項進行了現場驗收(第三方獨立檢驗)；開展了“AUV及相關設備規范化海上試驗”課題，以“實驗1號”考察船為試驗平臺，在南海海域組織了42 d的4臺AUV設備的規范化海上試驗，出具了4冊第三方獨立檢驗報告和4份現場驗收報告；承擔了國家“863”計劃“船載海洋生態環境監測技術系統”及“船載海洋生態環境監測技術系統集成與示范系統”，實施了5個集中規范化海上試驗航次80 m的海上試驗，完成了12套儀器的海試任務和12種國產海洋儀器樣機的第三方獨立檢驗。

2)“十三五”期間

海洋儀器設備規范化海上試驗項目正在開展基于移動海上試驗平臺的船載式觀測儀器、自容式觀測儀器、拖曳式觀測儀器、實時傳輸投放式觀測儀器、浮標和潛標觀測儀器等海洋儀器設備海上試驗平臺的設計研究，研建海上移動試驗平臺，開展新海洋儀器設備規范化測試。基于東方紅2號海試平臺開展以南海為主的規范化海上試驗航次，主要針對各種大深度、復雜結構的深海海洋儀器設備開展集中規范化海上試驗，同時，兼顧其他海洋儀器設備的海上試驗；基于“實驗1號”海試平臺開展的以南海為主的規范化海上試驗航次，主要針對水下航行如AUV類深海海洋儀器設備開展集中規范化海上試驗，同時，兼顧其他海洋儀器設備的海上試驗。

3.2 基于固定平臺的海洋儀器設備規范化海上測試

國家海洋技術中心承擔了國家重點研發計劃項目“基于固定平臺的海洋儀器設備規范化海上測試技術研究及試運行”。依托國家淺海綜合試驗場“國海試1號”平臺，國家海洋技術中心及其他科研院所完成了一系列海洋儀器設備海上測試工作。進行感應耦合傳輸CTD和抗污染CT為期3個月的長期連續錨泊式觀測海試，參試儀器為技術中心承擔的重點研發計劃項目“基于水下平臺的系列化溫鹽深測量儀產品化”研制的兩型傳感器；針對中國科學院聲學研究所研制的600 kHz和1200 kHz浪流測量儀組織開展了規范化海上試驗，此次海上試驗采用坐底式平臺同步分時比測試驗的方法驗證其流速和波浪測量指標。自“國海試1號”試驗平臺布放以來，國家海洋綜合試驗場淺海試驗場區已開展海上試驗11項。試驗場為參試單位提供了試驗場背景場數據：氣象、波浪、海流和地形地貌等，為其指定試驗大綱和試驗選址提供了基礎支撐與保障[2]。

3.3 黃東海光學遙感海上檢驗場觀測

國家海洋技術中心承擔的“黃東海光學遙感海上檢驗場觀測系統建設”項目是“十二五”海洋觀測衛星地面系統項目的重要組成部分，主要任務是對HY-1C/1D及后續海洋水色衛星進行產品真實性檢驗。2019年12月，黃東海光學遙感海上檢驗場現場觀測系統海上安裝部署工作完成，現場觀測系統正式進入試驗運行。現場觀測系統建有1個25 m×25 m的半潛浮式平臺，依托半潛浮式平臺，可以獲取海洋光學、大氣光學特性以及海洋水文氣象參數，為海洋光學、氣象等儀器設備的海上試驗提供技術保障。針對衛星海洋遙感，可開展微波、紅外、光學遙感現場定標檢驗技術、算法模型研究及現場測量技術研究。

4 海上試驗標準及技術服務體系建設

4.1 標準、規范體系

2011年國家海洋局發布首部海洋行業基礎性標準《海洋儀器海上試驗規范》(HY/T 141-2011)，該標準是針對不同海洋儀器設備海上試驗活動的對比研究形成的，改變了中國海上試驗無標準可依的局面。

2018年國家重點研發計劃“海洋環境安全保障”、“深海關鍵技術與裝備”制定了海洋儀器海上試驗系列規程：《“規范化海上試驗”海上試驗通用規程》、《“規范化海上試驗”質量控制通用規范》和《“規范化海上試驗”第三方檢驗通用規程》 等多項規程，有效解決了海上試驗過程的規范化程序問題。

4.2 技術服務體系

基于國家重點研發計劃“海洋儀器設備規范化海上試驗”項目對國家“十三五”自主研發海洋儀器設備海上試驗的線上管理需求，依托中國海洋大學、國家海洋技術中心等單位，設計并實現了一個規范化海上試驗信息管理系統。信息管理系統主要由移動平臺、固定平臺、管理辦法、數據中心和預報系統等版塊組成，詳盡介紹了試驗平臺的分布以及技術指標，海上試驗的管理辦法等內容，可以通過系統發布海上試驗需求和申請海上試驗航次。信息管理系統對于規范海上試驗組織、參試流程具有指導意義，有利于海上試驗資源共享和充分利用，推進了海洋儀器設備海上試驗技術研究的發展。

5 海上試驗技術發展趨勢分析

5.1 海上試驗管理模式規范化

國內海洋儀器設備研制數量和類型不斷增多，為保證海洋儀器設備的質量和測量性能，需要統籌開展儀器設備研發、制造和定型期間的海上試驗工作。為節省海上試驗資金、人力和時間方面的投入，需規范海上試驗的管理模式，統籌海上試驗場、海上試驗平臺及其標準服務體系建設和海上試驗活動的管理。

隨著3個國家級綜合海上試驗場設施建設、功能不斷完善，需要建立3個海上試驗場協調管理機構，制定海上綜合試驗場運行管理辦法及相關程序，確保海上試驗業務運行規范化。

5.2 海上試驗標準規范體系化

海洋標準化是一項基礎性、戰略性工作，對提高海洋環境監測水平非常重要。

《海洋儀器海上試驗規范》及“規范化海上試驗”系列規程是通用性、綜合性的海上試驗標準規范，應針對海洋氣象、海洋物理、海洋地質、海洋化學及海洋生物等不同專業的海洋儀器設備海上試驗項目研究制定相應的標準規范，推動海上試驗標準規范的體系化建設。

5.3 試驗海域環境探測保障精細化

隨著海洋儀器設備探測精度、性能的不斷提升，對海上試驗試驗條件的要求也越來越高，試驗海域的海洋環境探測保障需要向精細化發展。

依托海洋試驗場場區周邊單位及場區自身力量建設，提升試驗海域環境探測保障水平，精準掌握試驗場周邊海域的風向、風速、流速、流向、波高、波向、水溫、鹽度、水深、海底地形、泥沙、溫躍層和透明度等海洋環境參數的極值及其隨季節的變化形勢。

6 結束語

海洋儀器設備海上試驗技術的發展可以促進海洋儀器設備的國產化進程，打破國外對高精尖海洋環境探測設備的壟斷。進一步深入推進國家海上試驗場及試驗平臺建設、實現海上試驗管理模式規范化業務化運行，進一步細化海洋儀器設備海上試驗標準規范、完善海上試驗標準規范及其技術服務體系，進一步做好試驗海域環境探測保障、完善海洋儀器設備海上試驗技術服務體系，為實現海洋強國的戰略和世界命運共同體的建設提供強有力的海洋保障。