關于海上浮標的調(diào)研報告

1、關于海上浮標類型的調(diào)研報告海洋浮標是在海上的觀測浮標為主體組成的海洋水文氣象自動觀測站。它能按規(guī)定要求長期、連續(xù)地為海洋科學研究、海上石油（氣）開發(fā)、港口建設和國防建設收集所需海洋水文氣象資料，特別是能收集到調(diào)查船難以收集的惡劣天氣及海況的資料。由于沿海和海島觀測站觀測到的數(shù)據(jù)只能反映近海和臨島海域的情況，對遠洋航行起不了作用，建立海洋浮標就可解決這個問題。海洋浮標是一個無人的自動海洋觀測站，它由被固定在指定的海域，隨波起伏，如同航道兩旁的航標。海洋是變幻莫測的地方，人們在沿海和海島上建立了海洋觀測站，測量波高、海流、海溫、潮位、風速、氣壓等水文氣象要素，掌握了這些資料，將會給人們帶來更多便利

2、。例如，知道了大風大浪區(qū)域，航海時便可避之而行，免除了船覆人亡的慘劇；知道了海流流向，航海時便盡可能的順之而行，以節(jié)約航海時間和能源消耗；知道了潮位的異常升高，便可及時防備突發(fā)事件，力圖在災害發(fā)生時將損失降至最低限度。還有，海洋觀測站獲得的資料，對海上工程建筑和海洋科學研究也是必不可少的。浮于水面的一種航標，是錨定在指定位置，用以標示航道范圍、指示淺灘、礙航物或表示專門用途的水面助航標志。浮標在航標中數(shù)量最多，應用廣泛，設置在難以或不宜設立固定航標之處。浮標，其功能是標示航道淺灘或危及航行安全的障礙物。裝有燈具的浮標稱為燈浮標，在日夜通航水域用于助航。有的浮標還裝雷達應答器、無線電指向標、霧警

3、信號和海洋調(diào)查儀器等設備。浮標有不同的種類和規(guī)格，按布設的水域可分為海上浮標和內(nèi)河浮標。海上浮標標身的基本形狀有罐形、錐形、球形、柱形、桿形等。由于浮標受風、浪、潮的影響，標體有一定浮移范圍，不能用作測定船位的標志。若采用活結式桿形浮標則位置準確，受撞后可復位。內(nèi)河浮標有鼓形浮標、三角形浮標、棒形浮標、橫流浮標和左右通航浮標等。浮標的形狀、涂色、頂標、燈質(zhì)（燈光節(jié)奏、光色、閃光周期）等都按規(guī)定標準制作，均有特定含義。1971年國際航標協(xié)會的技術委員會把各種海上浮標歸為A、B兩個系統(tǒng)。A系統(tǒng)為側面標志（面向港口紅色在左）和方位標志相結合的系統(tǒng)；B系統(tǒng)為側面標志系統(tǒng)（面向港口紅色在右）。1980年

4、11月，在東京舉行的第10屆國際航標會議上合并A、B系統(tǒng)為統(tǒng)一系統(tǒng)，包括側面標志、方位標志、孤立危險物標志、安全水域標志和專用標志等5類標志。側面標志在A、B系統(tǒng)中標示內(nèi)容相反，其他4種標志是一致的。方位標志是在以危險物或危險區(qū)為中心的真方位西北至東北、東北至東南、東南至西南、西南至西北4個象限內(nèi)，分別設立北方位標、東方位標、南方位標、西方位標，標示可航水域在方位標同名一側。孤立危險物標志設在危險物上或盡量靠近危險物的地方，指示船舶應避開航行。安全水域標志設在航道中央或中線上，標志周圍均可通航。專用標志用于標示某一特定水域或特征，如檢疫錨地、禁航區(qū)、海上作業(yè)等。歐洲國家、非洲國家和海灣地區(qū)，以

5、及亞洲一些國家和澳大利亞、新西蘭采用A系統(tǒng)，稱為A區(qū)域；美洲國家、日本、韓國、菲律賓采用B系統(tǒng)，稱為B區(qū)域。中國在國際海區(qū)水上助航標志A區(qū)域的原則基礎上，結合中國情況于1984年制定了中國海區(qū)水上助航標志國家標準和中國內(nèi)河助航標志國家標準，并已付諸實施（參見中國海區(qū)水上助航標志和中國內(nèi)河助航標志）。浮標、潛標技術是六十年代由一些海洋發(fā)達國家開始使用并發(fā)展起來的；浮標、潛標系統(tǒng)是海洋環(huán)境調(diào)查的重要技術裝備，具有在惡劣的海洋環(huán)境條件下，無人值守的長期、連續(xù)、同步、自動地對海洋水文、氣象諸要素進行全面綜合監(jiān)測的特點, 是海洋觀測岸站、調(diào)查船和調(diào)查飛機在空間上和時間上的延伸擴展，是離岸監(jiān)測的重要手段。

6、具有其他調(diào)查方法無法代替的作用。潛標系泊于海面以下, 并可通過釋放裝置回收，具有獲取海洋水下環(huán)境剖面資料的能力，并具有隱蔽性好不易被破壞的優(yōu)點，得到了廣泛的應用。浮標、潛標系統(tǒng)的重要性越來越受到世界各海洋國家的重視。我國從六、七十年代開始，分別開展了錨泊浮標和潛標的研制工作，在1965年，通過全國會戰(zhàn)研制了第一套H23型2m×1.5m船形浮標。經(jīng)歷了2H23型、HFB-1型、南浮1號、科浮2號、FZF2-1型、FZS1-1型幾代浮標的演變。1985年開始建設我國的海洋水文氣象浮標網(wǎng)，從英國MAREX公司引進了8套DS14型3m圓盤式浮標，同時在“七五” 重點科技攻關項目中，研制了FZ

7、F2-1型10m圓盤式浮標和FZS1-1型3m圓盤式浮標，浮標工作得到了較為迅速的發(fā)展。1986年完成FSS1-2型千米測流潛標系統(tǒng)的研制工作，基本掌握了系統(tǒng)設計、制造、布放、回收等技術；“七五”期間開展了深海測流潛標系統(tǒng)實用技術研究，使?jié)摌讼到y(tǒng)的相關技術得到了較大的發(fā)展，提高了潛標系統(tǒng)對船舶的適應性和海區(qū)適應性。 并在中日聯(lián)合黑潮調(diào)查中，多次應用了海洋調(diào)查潛標系統(tǒng)。國家海洋技術中心主要研發(fā)在特殊環(huán)境下的浮標的研究，其主要方面有：1.小型多參數(shù)海洋環(huán)境監(jiān)測浮標在“十五”863國家高新技術發(fā)展計劃資助下國家海洋技術中心研制成功了3m直徑多參數(shù)海洋環(huán)境監(jiān)測浮標。該浮標繼承了技術中心原有的浮標技術基

8、礎，并充分跟蹤借鑒國際先進的浮標技術，采用小型圓盤形標體，具有以下一些特點：（1）小型化、多參數(shù)和水文剖面參數(shù)測量：計算機技術、低功耗和太陽能技術的應用，使得浮標裝載的測量儀器設備實現(xiàn)了小型化和低功耗，給浮標小型化提供了足夠的空間，并實現(xiàn)了多參數(shù)觀測，同時有較好的水動力特性，能較為方便地滿足水文剖面監(jiān)測對浮標的要求。大大減小了浮標的制造和運行費用，使用方便、靈活，易于運輸。（2）首次使用了國際上先進的彈性繃緊系留系統(tǒng)：利用連接在系留系統(tǒng)中的彈性元件的調(diào)節(jié)作用，使系留索處于繃緊狀態(tài)。浮標始終運動在水面，隨波性良好，使波浪參數(shù)的測量更加準確；（3）應用感應耦合數(shù)據(jù)傳輸技術，進行水下CTD剖面測量數(shù)

9、據(jù)實時傳輸：采用技術先進的感應耦合傳輸式溫鹽深傳感器，安裝在水下系留索的不同深度，利用包塑系留鋼索與海水構成感應回路，通過系留纜將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁藬?shù)據(jù)艙內(nèi)，實現(xiàn)了從水面到水下的立體實時觀測。（4）性能優(yōu)越的低功耗高可靠數(shù)據(jù)采集處理器。（5）ADCP應用于小型浮標進行海流剖面測量：主要監(jiān)測參數(shù)如下：風速、風向、氣溫、濕度、氣壓、表層溫度、鹽度、剖面溫度、鹽度、波浪參數(shù)、海流剖面等。2.極區(qū)海洋環(huán)境自動監(jiān)測浮標在國家863高科技研究發(fā)展計劃的資助下，國家海洋技術中心聯(lián)合國家海洋局極地考察辦公室，研制的極區(qū)海洋環(huán)境自動監(jiān)測浮標，能夠在極區(qū)寒冷條件下工作，既可布放在浮冰上，也可漂浮在水中，采用ARG

10、OS通訊方式，并能跟蹤定位、探測氣溫、氣壓、風向風速、冰溫參數(shù)和冰下達50米深度的溫鹽的多層參數(shù)。我中心研制的極區(qū)浮標參加了由極地考察辦公室負責組織的我國第2次北極科學考察，成功地布放在北極，并獲得了大量的觀測數(shù)據(jù)。極區(qū)浮標在國內(nèi)屬首次研制，全部設計具有自我知識產(chǎn)權，總體技術指標與國外類似浮標相當。3.自持式剖面循環(huán)探測漂流浮標自持式剖面循環(huán)探測漂流浮標是近年來國際上出現(xiàn)的新的調(diào)查設備，采用拉格朗日法對海洋次表層溫度、鹽度進行剖面測量，布放后它自動潛入水下2000米以內(nèi)的等密度層，隨海流保持中性漂浮，到達預定時間儀器自動上浮直至水面，在攀升過程進行溫度、鹽度剖面測量。到達水面后，通過Argos

11、衛(wèi)星系統(tǒng)將采集的測量及定位數(shù)據(jù)傳送給用戶。然后儀器自動下沉到預定深度，重新開始下一個循環(huán)過程。該浮標在Argo計劃的推動下得到了較快的發(fā)展，但目前僅有美國和法國有商業(yè)化產(chǎn)品。在國家863高新技術發(fā)展計劃的資助下，國家海洋技術中心開展了該浮標的研制工作，基本掌握了浮標設計、制造的關鍵技術，解決了浮標殼體的密封耐壓、液壓驅(qū)動系統(tǒng)、浮標的自動潛入、上浮和定深控制、Argos衛(wèi)星通訊、浮標配重標定方法等技術難題，研制成功了可視深度模擬壓力實驗槽。目前已完成了樣機制造，正在進行海上試驗和改進工作，具備了一定的技術基礎。4. H/HQB型海洋潛標系統(tǒng)“九五”期間海洋技術中心開展了H/HQB型海洋潛標系統(tǒng)研

12、制工作，2000年完成海上試驗，同年通過有關部門的設計定型審查，在我國南海北部及巴士海峽海域連續(xù)8套次的實際使用中，系統(tǒng)回收率達到100%，獲取資料數(shù)百萬組，最大布放深度達到4700米。使我國的潛標技術進入了實際應用階段，在潛標系統(tǒng)的設計、制造、布放回收等主要技術方面已接近國際先進水平，具備了研制、生產(chǎn)覆蓋我國領海和周邊海域的潛標系統(tǒng)的能力。該潛標采用在主浮體上安裝ADCP的方法，解決了潛標主浮體以上淺表層海流測量問題；編制了潛標在海流作用下的姿態(tài)及系統(tǒng)張力計算軟件，可方便的進行潛標的設計計算；研制生產(chǎn)了潛標系統(tǒng)的關鍵儀器QFS1-2A型聲學應答釋放器。5.防拖網(wǎng)坐底式海洋調(diào)查潛標防拖網(wǎng)坐底式

13、海洋調(diào)查潛標平臺是近年來，國外發(fā)展起來的又一種淺海海洋調(diào)查裝備，布放于海底，利用安裝的ADCP海流剖面儀，向上測量海流剖面。并可通過聲學釋放裝置和浮力塊進行回收。坐底式海洋調(diào)查潛標系統(tǒng)主要由防拖網(wǎng)底座、儀器設備安裝框架、浮力部件、聲學應答釋放器、釋放結構、測量儀器、雷達信標機及聲學指令發(fā)射接收機等組成。海洋技術中心跟蹤國際先進技術，開展了防拖網(wǎng)坐底式海洋調(diào)查潛標的研制工作。解決了小型聲學應答釋放器、浮力部件和防拖網(wǎng)結構件等的設計、制造等關鍵技術。6.實時傳輸海洋潛標系統(tǒng)在“十五”863國家高新技術發(fā)展計劃的資助下，國家海洋技術中心聯(lián)合中船重工集團710研究所開展了實時傳輸海洋潛標系統(tǒng)的研制工作

14、。該潛標具備將海洋環(huán)境測量數(shù)據(jù)通過可自動補充的水面通訊浮標與衛(wèi)星雙向通訊，實時傳輸?shù)桨墩镜墓δ?。潛標系統(tǒng)可搭載ADCP、海流計、溫度鏈等海洋測量設備，進行0200m海流剖面測量和1000m鹽溫深流測量。最大使用海域水深4000m，水下服役期210天，測量數(shù)據(jù)的存儲能力大于210天。7.極區(qū)剖面測量系統(tǒng)在“十五”863國家高新技術發(fā)展計劃的資助下，開展了極區(qū)剖面測量系統(tǒng)研制工作。在潛標系留中使用自動升降剖面測量儀，將測量儀器集成在一中性浮力的載體中，并按設定程序沿系留索上下往返移動進行測量?？梢詫Ｑ笏钠拭姝h(huán)境微結構進行測量，同時減少了測量儀器數(shù)量，簡化了布放回收工作。海洋技術中心于2003年

15、完成了其關鍵技術自動升降平臺的研究，并在千島湖進行了連續(xù)三天的自動升降實驗，平臺移動速度2025cm/s。目前在863國家高新技術發(fā)展計劃的進一步資助下，正在研制開發(fā)具有溫鹽深和海流剖面測量功能、水下聲學數(shù)據(jù)傳輸功能、適于極區(qū)冰蓋下使用的系纜式剖面儀。該系統(tǒng)最大布放使用水深可達5000米，剖面測量水深1500米，水下服役期3年。剖面儀搭載海流計和CTD，進行海流和溫鹽深的剖面測量，每個剖面的測量數(shù)據(jù)通過水下聲學數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)街鞲◇w中存儲，在極地調(diào)查時，再通過水下聲學數(shù)據(jù)通訊提取主浮體中存儲的測量數(shù)據(jù)。國外海洋浮標的現(xiàn)狀及發(fā)展1.美國：國家資料浮標中心是美國浮標技術研制和應用的主要部門，多年來一

16、直從事于浮體和錨泊系統(tǒng)、海洋和氣象傳感器、資料通信技術、電源系統(tǒng)等方面的研制工作。另外還有通用動力公司、得薩斯儀器公司、洛克希德火箭與空間公司以及伍茲霍爾海洋研究所、斯庫里普海洋研究所、羅德島大學、華盛頓大學應用物理實驗室等，都有十年以上研制浮標的經(jīng)驗。其種類為：就浮標的技術性能來講，有高性能和有限性能之分；按浮標的大小，可分為巨型（100t）、中型（550t）和小型（13t）；從浮標形狀看，有圓盤型、圓柱型、船型、球型、圓筒型（橫向）；以浮標的用途分，有工程試驗浮標（EEP）、環(huán)境實驗浮標（XERB）和標準環(huán)境浮標（PEB）；根據(jù)浮標在水中的狀態(tài)又可分為錨泊浮標和漂流浮標等等。隨著浮標技術的

17、發(fā)展，目前總的趨勢是把浮標分為兩大類：錨泊浮標和漂流浮標。美國的浮標技術發(fā)展大致分為三個方面：浮標體類型及系留方式的選定、通信系統(tǒng)的發(fā)展、傳感器性能的完善。美國的浮標的發(fā)展趨勢：采用先進技術、降低成本、提高可靠度、擴大功能、延長工作壽命、方便布放和回收，是近年來海洋觀測浮標技術發(fā)展的總趨勢。具有代表性的如，美國伍茲霍爾海洋研究所等機構研制的海洋資料浮標，其技術進展主要表現(xiàn)為：1、新技術和新材料的使用促進了浮標總體技術的發(fā)展浮標體采用鋼、鋁、泡沫塑料或玻璃鋼混合結構，重量輕，布放回收方便。浮標都采用太陽能電池和蓄電池組合供電。為提供可靠性，有的浮標采用兩個獨立的供電系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都有蓄電池和太陽

18、能電池板，都能為整個浮標供電。2、增加測量傳感器。擴大功能采用先進的傳感器和儀器，擴大浮標的功能，最大限度的提高效率/費用比，是資料浮標技術發(fā)展的最主要進展。3、先進的數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)浮標的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)由帶有100MHz Inte 180486DX4微處理器的PC/104格式組件組成，在Linux操作系統(tǒng)下運行，能夠提供多用戶、多編程過程保護和網(wǎng)絡等這些現(xiàn)在桌面工作站才具有的功能。2.挪威挪威政府很重視海洋自動觀測儀器平臺技術額發(fā)展的應用。挪威貿(mào)易委員會印發(fā)了挪威對海洋觀測系統(tǒng)的貢獻進行宣傳，重點介紹挪威OCEANOR公司的產(chǎn)品Seswatch系統(tǒng)，力圖將海洋觀測技術作為一項創(chuàng)匯產(chǎn)業(yè)推

19、向世界。1、Seascan資料浮標Seascan資料浮標是挪威的第二代海洋氣象資料浮標。Seascan資料浮標是以錨泊在固定位置上的浮動數(shù)據(jù)收集浮標為基礎的，其設計與早期的數(shù)據(jù)浮標有很大的不同。Seascan資料浮標采用一種新型的Wavescan資料浮標和稱為Retsan的實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。2、TTPB遙測溫度剖面浮標該浮標用于遙測海水和湖泊垂直溫度剖面，為電廠和水產(chǎn)研究等應用。這種浮標可以錨泊在幾百米的水深處。浮標用泡沫塑料填充，以支撐桅桿，桅桿上載有所需要的電子裝置、太陽能電池電源組件以及VHF或UHF發(fā)射器，浮標下有一個熱敏電阻器用來測量溫度。所測溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過VHF或UHF無線電以實時發(fā)

20、射給用戶。3、Seawatch海洋環(huán)境監(jiān)測和信息系統(tǒng)Seawatch系統(tǒng)包括4個組成部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲分析和顯示、海洋環(huán)境數(shù)值預報、信息（包括測量值、預報值及與用戶有關的各種信息）分發(fā)。數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星或其他通信手段傳輸?shù)桨哆?，?jīng)過進一步檢查、分析之后存儲起來。浮標測量得到的數(shù)據(jù)和從其他來源獲得的數(shù)據(jù)匯總在一起，作為各種數(shù)值模式的輸入量。由模式得到的結果與由浮標網(wǎng)得到的信息相結合，形成用戶所需要的預報值。然后，通過計算機通信網(wǎng)絡吧預報值和測量值分發(fā)給各種需要海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的用戶。網(wǎng)絡中的用戶可以提取各自需要的信息并且得到各種特殊的服務。3.法國法國的浮標研制工作始于20世紀702年代初。早先是

21、電信中心實驗室應國立海洋開發(fā)中心要求，在布列塔尼海洋研究中心協(xié)助下研制成功“L55”輕型浮標，后來又相繼制造了博爾姆（BOREM）錨泊浮標、自控浮標、“SM-01”遙測浮標及漂流浮標。法國的典型浮標有：“L55”輕型浮標、自記自反浮標、博爾姆浮標、MARISONDE BT型氣象浮標、MARISONDE GT型氣象浮標、MARISONDEC系遙測浮標、ECO型海洋測量浮標、FOCAL型海洋測量浮標等。4.英國英國海洋環(huán)境浮標的研制工作始于20世紀70年代初。英國的新一代氣象浮標是ODAS系統(tǒng)。英國錨泊浮標的浮體主要取圓盤形，亦有環(huán)形和半圓柱形。采用三點或單點錨泊。三點錨泊適用淺海，而深海采用單點錨泊。浮標上裝有氣象和海洋傳感器，可獲得風速、風向、氣溫、氣壓、相對濕度、雨量、能見度、波高、海流、水溫等參數(shù)。采用VHF、HF和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡傳遞資料。英國的錨泊浮標網(wǎng)的發(fā)展概況：英國氣象局在過去10年中用一些小型近海錨泊浮