潛浮標(biāo)系統(tǒng)特點(diǎn)與應(yīng)用

　　潛浮標(biāo)系統(tǒng)特點(diǎn)

　　浮標(biāo)和潛標(biāo)在組成、系泊方式、適用水深和應(yīng)用模式上各有不同，浮標(biāo)通過漂流或錨系的方式工作，具有實(shí)時(shí)通信能力強(qiáng)、供電充足的優(yōu)勢(shì)，但錨系浮標(biāo)存在布收復(fù)雜、易暴露的劣勢(shì);潛標(biāo)通過錨系或坐底的方式工作，具有長(zhǎng)期隱蔽、布設(shè)方便、不易遭到破壞的優(yōu)勢(shì)，但存在實(shí)時(shí)通信能力弱、供電有限、搭載儀器少的劣勢(shì)。

　　浮標(biāo)主要分為漂流浮標(biāo)和錨系浮標(biāo)兩大類。漂流浮標(biāo)根據(jù)工作深度的不同分為表層漂流浮標(biāo)和次表層漂流浮標(biāo);錨系浮標(biāo)根據(jù)系泊方式的不同分為單錨系泊浮標(biāo)和三錨系泊浮標(biāo)。表層漂流浮標(biāo)一般由水帆、浮球和連接纜繩組成，布放于海面及海面下固定深度。

　　次表層漂流浮標(biāo)的浮體位于水下1000～2000m的某一深度，測(cè)量相應(yīng)深度的海流參數(shù)，其應(yīng)用最廣的代表為三錨系浮標(biāo)系統(tǒng)浮標(biāo)。錨系浮標(biāo)組成較漂流浮標(biāo)復(fù)雜，錨系浮標(biāo)組成示意圖如圖下所示。

　　十米三錨系浮標(biāo)

　　潛標(biāo)一般由水下裝置和水上控制裝置共同組成。根據(jù)工作深度不同，分為淺海潛標(biāo)和深海潛標(biāo)，淺海潛標(biāo)適用于水下200m水深范圍內(nèi)，深海潛標(biāo)可覆蓋全海深。根據(jù)錨泊方式不同，潛標(biāo)又分為坐底潛標(biāo)和錨系潛標(biāo)。。

　　潛浮標(biāo)系統(tǒng)在民用領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　1)水文氣象浮標(biāo)

　　水文氣象浮標(biāo)是世界上應(yīng)用最早、使用最多的一類浮標(biāo)。水文氣象浮標(biāo)能夠全天候、不間斷、自動(dòng)采集和上傳數(shù)據(jù)。

　　2)水質(zhì)浮標(biāo)

　　水質(zhì)浮標(biāo)能連續(xù)、實(shí)時(shí)檢測(cè)海洋環(huán)境要素的變化，對(duì)研究近岸海域水質(zhì)變化趨勢(shì)有重要意義。水質(zhì)浮標(biāo)通常由浮標(biāo)體、水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、浮標(biāo)運(yùn)行控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收終端組成。水質(zhì)浮標(biāo)具有自適應(yīng)強(qiáng)、適用范圍廣、監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)和節(jié)省人力物力的優(yōu)點(diǎn)，在廣闊的海域上，水質(zhì)浮標(biāo)配合相應(yīng)手機(jī)和處理單元，可以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)水域。

　　3)導(dǎo)航浮標(biāo)

　　導(dǎo)航浮標(biāo)是一種漂浮在海上的浮標(biāo)終端，采用太陽(yáng)能板對(duì)其進(jìn)行供電，可采集多種海洋物理數(shù)據(jù)，如溫度、鹽度、pH、聲納等。浮標(biāo)終端和船載終端均安裝衛(wèi)星通信卡，通過通信衛(wèi)星完成兩者之間的數(shù)據(jù)交換。

　　天津海事局主持研發(fā)了一種利用北斗傳輸?shù)暮Ｑ髮?dǎo)航浮標(biāo)，布設(shè)在天津港復(fù)式航道上，既可以作為導(dǎo)航浮標(biāo)，又能作為海洋觀測(cè)的載體浮標(biāo)，可利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

　　4)波浪浮標(biāo)

　　波浪浮標(biāo)是一種監(jiān)測(cè)近海波高、波向和表層水溫的小型遙測(cè)系統(tǒng)，主要由浮體、錨系和岸站3部分組成。山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所近年來研制了一款SBF3-2型波浪浮標(biāo)，采用CDMA/GPRS方式傳輸，可通過鋰電池供電。目前已有30多套該型號(hào)波浪浮標(biāo)分布在中國(guó)沿海和內(nèi)陸湖泊，為國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)事業(yè)發(fā)揮了重要作用。

　　5)海嘯浮標(biāo)

　　海嘯浮標(biāo)的本質(zhì)是“海底壓強(qiáng)計(jì)”，一般安裝在海底，用于記錄海嘯數(shù)據(jù)并做海嘯預(yù)警。海嘯浮標(biāo)系統(tǒng)由1個(gè)水下單元和1個(gè)同步錨泊在水面的浮標(biāo)組成。安裝在水下單元的聲通訊傳感器將數(shù)據(jù)從水下單元傳輸?shù)剿娓?biāo)，水面浮標(biāo)將這些數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星(海事衛(wèi)星或北斗衛(wèi)星)實(shí)時(shí)傳輸?shù)疥懙亟邮照镜臄?shù)據(jù)處理中心以供提前預(yù)警。

　　6)海冰浮標(biāo)

　　海冰浮標(biāo)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冬季結(jié)冰或寒區(qū)海域的海洋信息。通常該類浮標(biāo)包括：抗冰標(biāo)體、系泊系統(tǒng)、太陽(yáng)能風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、海洋觀測(cè)傳感器系統(tǒng)和觀測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)等。例如，中國(guó)自主研發(fā)的無(wú)人值守海冰浮標(biāo)觀測(cè)系統(tǒng)“無(wú)人冰站”，由4部分組成，包括氣象塔、冰上主浮標(biāo)、副浮標(biāo)以及拖曳式海洋剖面觀測(cè)儀。

　　該系統(tǒng)不僅可以探測(cè)海(冰)氣交換界面的環(huán)境參數(shù)，還可探測(cè)水下環(huán)境剖面參數(shù)，對(duì)于研究海冰生成與融化過程的環(huán)境條件、探測(cè)極區(qū)的氣象與水文參數(shù)、追蹤浮冰漂流方向和路徑，以及對(duì)洋流的研究均有重要科研價(jià)值。

　　7)實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)

　　實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)是集多學(xué)科的海洋調(diào)查測(cè)量高新技術(shù)設(shè)備，能長(zhǎng)期、隱蔽地對(duì)海洋動(dòng)力參數(shù)和環(huán)境要素進(jìn)行實(shí)時(shí)立體綜合監(jiān)測(cè)，近年來，實(shí)時(shí)傳輸潛標(biāo)在海洋調(diào)查研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　該潛標(biāo)系統(tǒng)由主浮體子系統(tǒng)、水面衛(wèi)星通信浮標(biāo)子系統(tǒng)、錨泊系留回收子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制處理中心子系統(tǒng)組成，其中主浮體上可搭載ADCP(多普勒剖面海流觀測(cè)儀)、海流計(jì)、溫度鏈等海洋測(cè)量設(shè)備，用于觀測(cè)海流剖面、水下溫度剖面和水下定點(diǎn)溫度、鹽度、深度、流速等多種深海流體動(dòng)力參數(shù)。

　　8)水下熱通量與混合儀潛標(biāo)

　　水下熱通量與混合儀潛標(biāo)由水下熱通量與混合觀測(cè)儀及測(cè)量背景流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的儀器組成。此系統(tǒng)能夠同時(shí)長(zhǎng)期觀測(cè)水下熱通量及湍流混合兩個(gè)湍流參數(shù)，多層次揭示水下湍流特征。

　　該系統(tǒng)突破傳統(tǒng)微結(jié)構(gòu)剖面觀測(cè)儀的局限，可直接觀測(cè)不同海洋條件下，包括內(nèi)孤立波、臺(tái)風(fēng)等過境時(shí)海洋引起的強(qiáng)混合及其對(duì)熱量的垂向輸送的湍流物理參數(shù)，為揭示混合對(duì)暖池區(qū)海洋上下層環(huán)流的物質(zhì)交換的動(dòng)力機(jī)制和預(yù)測(cè)海洋災(zāi)害提供數(shù)據(jù)支撐。

　　9)海洋觀測(cè)體系建設(shè)

　　“透明海洋”被納入聯(lián)合國(guó)“海洋科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展十年計(jì)劃(2021-2030)”的6大路線圖，近年來，中國(guó)致力于“透明海洋”體系建設(shè)，基于中國(guó)當(dāng)前在深遠(yuǎn)海立體觀測(cè)系統(tǒng)初期建設(shè)的基礎(chǔ)，以成熟浮潛標(biāo)等固定平臺(tái)為骨架，科考船為補(bǔ)充，以新型海洋觀測(cè)技術(shù)和新型衛(wèi)星為突破口，布局建設(shè)了包括天基觀測(cè)網(wǎng)、全球海氣界面觀測(cè)網(wǎng)、深遠(yuǎn)海水體觀測(cè)網(wǎng)和深遠(yuǎn)海海底觀測(cè)網(wǎng)在內(nèi)的“透明海洋”立體觀測(cè)網(wǎng)。