打破技术瓶颈！看我国海洋监测仪器装备的发展突破与前景

作者：xpyb 添加时间：2025-02-26 08:20:08

一、前言

当前，世界格局出现深刻变化，海洋在经济发展、国家安全、地缘政治中的作用更加明显。沿海国家高度重视海洋开发，积极制定相关战略。在我国，发展海洋经济、保护海洋生态环境、加快建设海洋强国成为重大战略要求；客观来看，我国目前仅是海洋大国，还不是海洋强国；而海洋权益维护、深海资源开发、海上粮仓建设、21世纪海上丝绸之路等的推进，标志着我国正由海洋大国向海洋强国迈进。

海洋科学研究和技术创新在国家科技体系中的基础性、战略性作用日益凸显。海洋监测仪器装备是国家综合科技实力、海洋管控能力的体现，加快建设海洋强国的关键支撑。与科技进步、学科交叉及融合的趋势相对应，海洋监测仪器装备的研究外延不断拓展，逐步由传统的传感器、仪器扩大至综合性更强、功能更多、时空更广的“空、天、地、海”一体化观测体系。

我国海洋监测仪器装备的发展面临新机遇、新要求、新挑战。在地缘性海洋权益竞争与摩擦加剧的背景下，对海洋监测技术和装备需求迫切，而部分关键核心技术、关键仪器面临着“卡脖子”问题。海洋是全球***大的活跃碳储库，在积极应对全球气候变化、稳健推进“碳中和”的过程中，相关海洋监测技术成为新的发展点。海洋环境安全保障系统也是发展亟需，将从传统海洋动力环境安全扩展到海洋环境大安全，涵盖生态环境安全、资源开发安全、海洋空间权益安全等。面向未来，全球海洋探测与应用开发技术朝着更广、更深、更精的方向发展。

把握国际海洋科技前沿，建设全球海洋立体观测网、国家近海业务化精准观测系统，自主研制海洋环境监测探测技术与核心装备，是我国海洋监测仪器装备领域的主攻方向。本文力求全面分析并展望我国海洋监测仪器装备的发展。‍

二、我国海洋监测仪器装备发展需求分析‍

⒈全球海洋立体观测网建设

海洋约占地球面积的71%，而目前人类对其探索仅为5%。海洋是全球治理的新疆域，也是我国向海图强、向海而兴的主阵地。构建多学科、持续性、实时或准实时的全球海洋立体观测网，是支撑海洋强国建设的重要保障。

⒉国家近海业务化精准观测系统建设

国家近海业务化精准观测系统是我国海洋防灾减灾、生态保护与修复、海洋经济发展的基础性保障设施。构建覆盖我国管辖海域的“空、天、地、海”业务化精准观测系统，开展时/空精细化观测、多要素精准化测量，丰富海洋生态业务化观测参数库，增强对极端海洋事件的预报预警能力。

⒊自主化海洋环境探测技术装备研制

（1）海洋立体观测网建设需求

建设全球海洋立体观测网、近海业务化精准观测系统，需要发展自主可控的全球海洋观测和探测技术，建立具有自主知识产权的xj****装备体系，补齐海洋动力监测、海洋生物化学监测、海洋地球物理探测、多圈层监测等海洋装备技术短板。通过海洋环境探测技术装备的国产化，实现装备和数据的自主、安全、可控，培育和壮大高端海洋装备产业，带动上、下游产业的快速优质发展。

（2）科学研究领域需求

海洋技术进步推动人类对海洋的认知。海洋遥测及探测技术的进步，有助于全面提升对海洋与气候变化之间相互作用的认识。随着全球气候变化、环境保护、经济社会发展需求增多，人类对更加准确认知海洋的需求更显迫切。海洋监测是形成海洋科学认知的基础手段，仪器装备是重要支撑。研发原创性海洋观测技术，运用新理论、新方法、新技术，推动原创性装备实用化，弥补现有海洋监测技术手段不足，满足海洋科学研究、海洋调查等观测需求。

（3）技术自主可控需求

推动海洋科技实现高水平自立自强，加强原创性、引领性科技攻关，引领装备制造发展趋势已是国家宏观要求。正向研发海洋观测和探测的技术与仪器装备，才能真正满足自主创新与国产化替代需求。然而在我国海洋观测领域，进口产品仍占据市场优势地位，国产仪器装备长期滞留于市场的中低端。着力攻关传感器材料和工艺等“卡脖子”技术环节，稳步提高使用性能和国产化率，才能实现国产海洋仪器装备的自主创新发展。‍

三、我国海洋监测仪器装备发展需求分析

着眼海洋防灾减灾、海洋开发、海洋管控、气候变化研究等需求，建设全球海洋立体观测网，是实现海洋强国的必经之路。

“十三五”时期，我国将全球海洋立体观测网列为重大工程，自主发展由HY-1B、HY-1C、HY-1D、HY-2B、HY-2C、HY-2D、中法海洋卫星7个星座组成，覆盖海洋水色、海洋动力、海洋监视和监测三大系列的遥感卫星系统，逐步形成多种观测技术优化组合的全球海洋观测与数据获取能力。后续将开展国家海洋环境实时在线监控系统、海外观测站点建设，建成全球海洋立体观测系统，保障海洋生态、洋流、气象等观测应用。

在全球海洋观测站点覆盖方面，我国在西太平洋、东印度洋、南极、北极等海域部署观测站点，初步开展全球要点海区观测。“十三五”时期，我国积极整合国家海洋观测能力，深度参与国际Argo计划、热带太平洋观测系统计划，建设覆盖太平洋台风活跃区、厄尔尼诺区等要点区域的长期观测系统，成为国际海洋观测的重要参与国。此外，我国参与建设国际岛礁生态链和观测系统，与21世纪海上丝绸之路沿线国家共建海洋观测系统，提升对全球海洋预报观测的贡献度。

在全球海洋数据通信方面，随着北斗卫星导航系统全球服务能力的形成，基于北斗卫星通信的海上实时传输终端应用趋于成熟。天通一号卫星星座建设完毕，覆盖太平洋、印度洋大部分海域，具备基本的数据通信能力。低轨通信卫星星座有望在5～10年内进入全面应用。基于水声通信的水下无线传感器网络研究深入开展，试验结果基本达到国外主流水平。蓝绿光通信技术进入海上试验阶段，标志着无线光通信技术进入工程化应用研究阶段。

在海洋大数据管理方面，我国初步建成以气象局、海洋局等机构为主体的海洋立体观测数据业务处理平台，但管理方式、数据标准、数据共享等有待协调统一。传统海洋强国积极建设海洋数据管理及共享机制，海洋环境监测规范及标准、海洋科学数据共享平台较为完备，支撑了资料收集、组织、存储、检索、维护、共享工作有序展开；随着国际海洋资源竞争加剧，各国间的数据资料趋向利益互换、协商交换的共享模式。相较之下，我国海洋大数据管理与应用水平有待加强。

（1）海洋观测平台技术

海洋观测平台是各类传感器的载体、全球海洋立体观测网建设的核心节点，我国已基本掌握固定海洋观测平台的核心技术。大型浮标平台技术相对成熟，规格系列化的海洋浮标产品供应市场，整体达到国际xj****水平；特别是大型浮标，在极端恶劣海况下的可靠性达到国际******水平，满足沿海海域业务化运行需求。潜标研制工作起步较晚但发展迅速，潜标观测系统关键技术基本获得突破，数据实时传输、长期在位观测、水声探测等技术进展******。海底观测网已在东海海域进行示范运行，验证了相关技术成果。

水下、水面、空中无人航行器等移动观测平台发展迅速，有效载荷和续航能力进一步提高，技术层面进步显著；保持多样化发展态势，种类分布与国际主流同步。在无人潜器研制方面，波浪能滑翔器、无人水面艇、无人帆船、深海Argo，部分遥控水下机器人（ROV）、自主水下机器人（AUV）、载人水下机器人（HOV）、水下滑翔机等装备的整体性能接近或达到国际xj****水平。深海环境中的水下导航与定位、浮力材料、水下高能量密度电池等技术则有待研究和突破。

在卫星平台方面，发展了海洋水色、海洋动力环境、海洋监视监测等系列海洋卫星，多颗卫星在轨运行。逐步建设由国产卫星主导的海洋空间监测网，基本实现全球海洋环境的逐日观测。此外，在水色遥感、海洋要素反演、卫星精密定轨等技术方向成果丰硕，支持了业务化监测应用与示范。

（2）传感器技术

传感器技术是构建海洋观测能力的基础和前提。近年来，我国在海洋环境传感器技术方向进展显著，新型传感器不断涌现，促进海洋观测、监测、探测朝着实时、原位、精细、立体、智能方向发展；但对比国际xj****，国产化海洋传感器技术整体水平仍处于“跟跑”阶段。在“十二五”“十三五”时期国家要点研发计划等渠道的支持下，约70%的近海、常规传感器实现国产化；但超过80%的深远海、高端传感器依赖进口，潜在的市场垄断和技术封锁不可忽视。国产原位在线生态传感器的长期可用性仍待提高。在传感器通用技术方面，受工业基础、原材料、关键元器件等制约，敏感元件、微弱光电信号检测与处理、功能材料等系列关键技术尚存差距。‍

四、我国海洋监测仪器装备的发展方向‍

⒈全球海洋立体观测网建设

（1）一体化、可视化、智能化

为实现我国海洋立体观测网的能力覆盖全球，应以需求为牵引，按照顶层规划分步实施。立足现有海洋观测网络基础，逐步扩大覆盖范围，由我国近海向中、远海拓展，要点典型海域向全球海域发展，水面向水下、海底延伸。综合应用固定观测、移动观测、遥感观测等平台，形成全球立体观测平台与能力，建成“空、天、地、海”一体化、可视化、智能化的全球海洋立体观测网，为我国周边和全球的海洋科学研究、作业活动提供全维信息支持。

（2）实时、精细、长期化

着眼全球海洋立体观测网建设需求，弥补传感器、平台、组网等技术短板，加强智能化、覆盖范围、观测方式、综合保障、数据共享等方面的能力建设。持续完善观测平台技术，如地球同步轨道海洋卫星观测，“天、空、海”“水面、水中、海底”智能组网观测；发展在全球大洋快速机动组网观测、在要点区域进行长期观测的技术能力，以立体观测部署多样化、静/动态设备组合化、观测规模扩大化支持“实时、精细、长期化”的海洋观测。积极参与国际合作计划，完善监测区域分级制度，逐步提升对全球海洋、气候、环境变化过程的监测及预测能力。

（3）智慧应用与服务

连接观测数据与应用的纽带在于全球海洋观测数据管理。发展全球海洋观测大数据实时通信与传输技术，提升全球海洋数据实时获取与自主可控水平。延续现有观测数据业务处理平台，扩充面向国际、服务不同层级用户的智慧型终端产品，进行海洋观测大数据的集中存储、处理、分发、共享；有效利用全球海洋数据，支持防灾减灾、经济发展、气候变化、环境保护、权益维护等海洋领域应用需求。

⒉国家近海业务化精准观测系统建设

（1）精细化、精准化、标准化、一体化观测

构建覆盖管辖海域，“空、天、地、海”一体的业务化监测系统，提升近海业务化的精准观测能力，支持空间/时间精细化观测、多要素精准化测量。建立具有国际xj****水平的区域精细化海洋监测业务系统，改善“风浪流潮”等动力要素的观测数据质量，提升观测要素精度、观测设备可靠性、观测数据准确性。同步开展观测数据协议、传感设备接口标准化建设。

（2）生态要素业务化观测

以海洋业务观测形成的水文气象参数为基础，进一步扩展观测要素种类，如生态环境要素原位自动观测、海洋碳源/碳汇观测、生物光学测量、海水表皮层光学特性测量、海水化学成分测量、海表面大气成分测量，形成精细化的海洋监测业务系统。实现生态要素的现场自动监测，融入业务化观测体系，支持海洋生态灾害预报预警、生态治理与修复。

（3）精准应用与服务

以防灾减灾、海洋生态保护等业务化观测为主导，统筹陆/海系统建设，优化站点布局和分布密度，增强对海洋动力、海洋生态等要素的精准测量能力。研发多源观测数据同化技术，形成业务化产品，提高现场长期观测的准确性、稳定性、可靠性，构建生态要素的现场自动监测能力。针对海洋环境污染防治、生态保护修复、海洋碳中和等研究与应用需求，提高海洋动力灾害预报准确率、生态灾害早期精准预警能力。

⒊自主化海洋环境探测技术装备研制

（1）自主可控与产品化

突破海洋探测装备中的“卡脖子”技术，提高海洋环境观测仪器装备的自主可控水平，逐步实现高端、核心仪器装备的自主供给。开展海洋传感器技术工程化、标准化、产业化、成熟化研究，改善传感器的功耗、寿命、稳定性、可靠性，提高装备对复杂海况、恶劣环境的适应性。支持国内海洋仪器品牌发展，形成包括研发、设计、建造、配套、试验、运维等环节在内的全产业链产业化能力，积极参与国际市场合作与竞争。

（2）原始创新与智能化

吸收并转化人工智能、智能制造、大数据等新兴技术成果，研究和应用新原理、新技术、新方法、新材料、新能源，支持海洋传感器核心技术、水下氢燃料电池等能源供给技术攻关，为原创、高端传感器及装备自主研制筑牢科技基础。注重智能化传感器及装备研发，在多功能模块设计、高精度导航定位、控制算法、信息传输、负荷搭载、浮力材料等方面进行系统突破，提高装备及应用的智能化水平。

（3）协同观测与网络化

在信息感知、物联网、云计算等新兴技术的推动下，利用组网协同技术增强装备的观测和探测能力，实现海洋环境测量参数综合化、观测系统模块化、数据传输实时化、观测服务网络化

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