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院士撰文:我国海洋监测仪器仍在“卡脖子”


  来源: 中国工程科学 时间:2023-06-09 编辑:仪器仪表WXF
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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。


3 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。


我国海洋监测仪器装备研发重点


1 高性能海洋传感器基础研发


一是开展新型海洋传感器研究与应用。突破传统思路和技术惯性,探索新测量原理和方法,为全面解决海洋传感器的高灵敏度、高精度、高响应速度、高信噪比、高可靠性、高耐受环境能力、微小体积及重量等要求提供新路径。深入研究传感器阵列技术、等离子体共振技术、膜技术、生物传感技术等,完善海洋监测传感器关键技术体系。


二是发展微型化、智能化、集成化、网络化传感器技术。研发具有自补偿、自校准、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储及记忆等功能的智能化传感器,实现传感器的紧凑体积、极小质量、极低功耗,适应单功能到多功能的集成需求。


三是发展深远海、极地、极端海洋环境、特殊事件应用传感器技术。开展深海高压、极地极寒等极端恶劣环境下的新型传感测量、水密耐压、极寒环境供电等关键技术研究,自主研发海洋系统多圈层探测和观测技术装备。


2 海洋环境立体监测关键共性技术


一是水下监测实时通信技术。


①大水深和全水深深海数据实时传输技术,具备深海数据长距离稳定传输、全水深实时传输节点接力及错时通信、实时观测系统小型便携、大水深/全水深实时潜标海上布放回收等能力,实现深海潜标全水深观测数据的实时回传。


②深海潜标和岸基站的双向通信技术,根据实时回传数据结果,发出指令改变设备的观测频率、分层、数据回传周期等,为科研和业务用户提供更可靠的服务。


③深海实时通信多要素、多平台组网观测技术,建立海洋多学科参数集成观测系统,增建坐底和悬浮观测平台,消除已有潜标系统在边界层、水平面上的观测盲区。


二是深远海海洋监测仪器装备能源补给技术。


①海洋可再生能源发电技术,涵盖波浪能深远海阵列式应用技术及装备,海流能规模化智能化关键技术及装备,海洋温差能发电及综合利用,漂浮式风电技术及装备,海泥电池、同位素电池、海水温差发电等。


②海底充电桩技术,在大洋海底建立电力储能装置,利用海洋能产生的电力进行转化储存,克服深海海底电力储能材料、发(充)电设备小型化等应用瓶颈。


③供电技术,通过电力转换并在海底建设充电桩泊位,为水下移动监测仪器设备充电;通过有缆供电方式,为锚系潜标、海底观测网等固定平台提供补充电力,满足水下监测设备一年以上周期的电力需求。


三是海洋环境多光谱联合的多参数同步原位探测技术。


①发挥光谱探测具有的非接触、免定标、快速响应等优势,开发基于多种光谱、多功能联合的探测技术,通过共享器件方式在一台设备中实现多种技术兼容并行,形成海洋多种参数的同步测量与监测能力。


②开展多种技术的交叉验证,更精细地反映海洋实际状况,形成高通量、多参数的原位快速检测分析方法,攻关基于多光谱联合的水下原位定标、高灵敏度探测、准确定量分析、关键器件国产化等技术瓶颈。


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