海洋雷达环境监测技术

　　随着陆地资源的逐渐枯竭，对海洋资源的需求，空间已成为海洋相关国家不可避免的选择，导致海洋技术领域的竞争日益激烈，从而促进了海洋环境监测技术和仪器设备的快速发展，对我国海洋核心技术的研究提出了更高的要求。从海洋环境监测技术涉及海洋环境监测平台技术、传感技术和数据综合处理技术三个方面进行分析总结，根据海洋环境监测技术和仪器设备的未来发展趋势。指出该领域的仪器设备将在模块化、系列化的基础上发展为网络化、智能化。本文旨在提供中国海洋环境监测技术领域的技术研究和应用

　　引言

　　海洋环境是指海洋动力、气象、水文、生态、化学、海洋声光物理特性、海洋地质地理等因素。海洋环境监测技术是指利用机械、电子、能源、材料、信息等多学科及其交叉技术对海洋环境进行监测、观察、勘测[1]。由于海洋占地球表面积的71%，它是影响当地气象和全球气候变化的全球水蒸气循环和碳循环的主要载体；海洋不仅储存着巨大的动力能源，而且在海洋中储存着丰富的宝藏。为了满足人类的生存需要，还可以培育各种海洋生物。因此，了解海洋、开发利用海洋、合理控制海洋国家的发展起着重要作用。人类从海洋中获得“鱼盐之利”“舟楫之便”广泛的需求催生了各种海洋监测技术和仪器。因此，早在20世纪初，海洋环境监测和数据采集就出现在海洋强国，中国也有海洋监测记录。一九三十年，学者蒋炳然[2]首次总结了中国的海洋观测技术和仪器。全球海洋观测技术从自动遥测浮标、空间遥感技术、水声技术、水下技术等方面进行了回顾。1982年，从技术进步、观测方法、运载工具和导航定位、海洋观测仪器、海洋观测特点等方面总结了海洋技术。1991年，朱光文从海洋观测技术的海洋遥感技术等六个方面回顾了中国海洋观测技术的现状，距离中国海洋观测技术在1995年的发展还有30年。回顾和总结了我国海洋仪器的研究，从仪器会战到网络建设。1999年，朱光文回顾并展望了中国海洋探测技术50年的发展。2006年，王俊成等[9]回顾了中国海洋监测技术研究和仪器开发的进展，并对未来的需求和对策提出了建议。2007年，蔡树群等[10]从主要进展和局限性两个方面总结了海洋环境观测技术，提出了新的技术需求预测。文献[11-14]从现状与趋势、基础与存在问题等方面进行探讨，对存在问题提出发展建议。2017年，于宇等人回顾并展望了国外海洋环境观测系统和技术的发展趋势。回顾2018年海洋环境监测设备技术的发展，张云海[16]。正是由于这些学者的研究和总结，及时梳理了各个阶段的现状和存在的问题，促进了特定阶段海洋环境监测技术和仪器设备的发展。近年来，随着材料、电子、信息、人工智能等相关技术的快速发展，海洋环境监测技术也取得了巨大进步和快速发展。然而，由于海洋环境监测技术涉及的相关技术领域跨度大，海洋环境监测仪器设备的使用环境恶劣，中国在这一领域出现了新的问题，如转化能力不足、环境适应性和性能指标提高等。

　　结合海洋环境监测技术研究和仪器设备开发的新成果，分析了目前涉及海洋环境监测技术的传感技术、平台技术和数据综合处理技术，找出我国与国外相关研究领域的差距，预测其发展趋势，供相关科研和工程人员参考。

　　1.海洋环境监测传感技术

　　海洋环境监测传感技术是海洋环境监测的基础技术。它是一种将感知到的海洋气象、水文、生态等元素的特性转化为具有相应关系的有用电力的技术[16]。该技术涉及传感器原理、结构、材料、设计、制造和检测。

　　1.1传感器技术

　　随着新材料、新方法、新技术的发展，海洋环境监测传感技术取得了革命性的突破，使传统的海洋环境监测传感器在性能、功能、测量类型等方面取得了巨大的发展，并开发了各种新的海洋环境监测传感器和仪器[17-22]。例如，新开发的温度盐深度(CTD)测量精度传感器：温度达到温度±0.001℃，电导率达到±0.0003mS，压力达到±0.015%。特别是随着微机电系统技术的发展，新开发的海洋环境监测传感器体积大大降低，可应用于各种水下运动平台和固定平台的环境适应性。海洋生态化学传感器通过微流控制、光纤等技术的综合开发，可以在原子和分子层面进行操作，其敏感元件的尺寸可以降低到微米或毫米级，重量可以从公斤级降低到克级和微克级，功能可以实现原位监测。

　　经过多年的中国“863”支持海洋公益研究项目和关键技术。一些传统的海洋环境监测传感器取得了很大的进展，并开始在商业应用中发挥作用。就海洋动力参数传感器而言，温度、盐、深度、波、流、潮、风等传感器在性能上达到了国际先进水平，其环境适应性不低于进口产品。然而，就更前沿的传感技术而言，差距仍然很大，并且有扩大的趋势，如高精度海水温度和盐深度(CTD)剖面仪，相控阵海流剖面仪，声学多普勒流速剖面仪(ADCP)，投弃式温度盐度深(XCTD)和投弃式温度深(XBT)就指标而言，等传感器技术成果仍不及国外技术发达国家的产品。中国在海洋化学参数传感器方面取得了显著进展，化学需氧量计新开发(COD)，在主要指标上，特别是在微流控芯片、放射性监测等新技术上，营养盐、重金属监测等传感器达到国际领先水平。在传统的海洋气象传感技术方面，国内压力传感器难以达到进口产品的测量精度和稳定性，几乎完全依赖进口；国内海洋湿度传感器的测量精度略低于国外产品，但在观测可靠性和稳定性方面相当于国外产品。

　　经过多年的发展，中国在海洋环境监测和传感技术方面取得了巨大进展。与国际先进水平的差距正在缩小，有的已经达到甚至代表国际先进水平。然而，在研究新的传统传感和特殊功能传感技术方面仍存在很大差距。

　　1.2海洋雷达监测技术

　　海洋雷达环境监测技术[22]是由无线电科学、信息技术和物理海洋科学交叉形成的海洋环境监测技术的一个新方向。从20世纪60年代到70年代，用于海洋监测的雷达主要分为高频雷达和微波雷达。高频雷达包括高频雷达、高频雷达和天地波集成雷达，微波雷达包括X/C/S微波雷达在其他波段的海上检测。海洋雷达监测技术的共同特点是：（1）过非接触获取海洋动力学参数分布信息；（2）回波信息调制的主要机制是雷达电磁波与特定波长的海洋表面波的谐振；（3）雷达回波还携带波方向光谱信息；（4）与海洋雷达相比，站点或导航观测具有广泛的覆盖范围和大量的信息。与卫星观测相比，它具有更高的时间和空间分辨率，可以持续获整的动态参数时空变化信息。

　　早在2004年，美国和欧洲的几个海洋环境监测计划就将高频地波超视距雷达网络作为一项关键的建设任务。目前，近500个高频地波雷达已在全球沿海地区运行，100多个地波雷达已在亚洲运行。同样数量的微波海洋雷达也在这里运行。在海洋雷达监测技术研究方面，中国在个别技术方面一直处于国际前沿，与国际先进水平的差距正在迅速缩小。然而，与美国、日本和其他国家在雷达数据应用方面仍然存在很大差距。未来海洋雷达监测技术的发展趋势如下：（1）通过分布式海洋雷达网络监测技术提高检测范围（2）采用天地波综合混合网络技术实现海面和低空监测（3）通过移动平台基础海洋雷达技术实现移动平台的海洋环境监测，如船舶、车辆或浮标（4）通过开发多频、多极微波探测距离技术来提高海面和低空监测效率；（5）通过移动平台基础海洋雷达技术实现船舶、车辆或浮标等移动平台的海洋环境监测；（4）通过开发多频、多极微波探测距离

　　2.海洋环境监测平台技术

　　海洋环境监测平台技术主要是指为满足海洋环境监测所需的传感器、仪器设备工作条件和使用环境而提供的不同平台技术。海洋环境监测平台主要包括岸基站、浮标、潜水标、海基、水下移动平台、天基、空基、船基等，是实现海洋监测[10]的重要保障载体。从20世纪初岸基站到锚定浮标的成功发展，现在是潜在的、海基、水下移动平台、天基和空基技术的发展，海洋环境监测平台已成为海洋环境监测的重要保障，大多数平台技术相对成熟，在海洋环境监测业务运行中发挥着重要作用。

　　2.1岸基台站

　　岸基海洋站技术[10-13]是一种在沿海海岸或附近岛屿实现海洋环境监测的技术。它是最早、最成熟的海洋环境监测平台技术。美国、欧洲和日本等发达海洋国家的海洋平台技术处于世界领先水平，应用广泛，功能仍在改进。

　　海洋发达国家的海岸基站主要用于观察潮汐、海洋气象、波浪、水温和海流。例如，美国开发的海岸基站可以监测潮汐、气象、水文等元素。建成的海岸基站分布在海岸、岛屿、珊瑚礁、灯塔和码头上，形成了国家潮汐、气象、波浪、水温和海流监测网络。这些海岸基站基本上实现了自动无人观测，并在一些海岸基站上建立了高频波海洋监测雷达，覆盖了美国东西海岸，实现了监测范围内的海洋环境监测。中国海岸基站技术相对成熟，分布在沿海岛屿、珊瑚礁、港口和码头，实现了水文、气象、波浪、海流等元素的监测。

　　未来，岸基站技术将以多功能、长期工作、低维护成本为目标，在相关保障技术和可靠性方面开展长期技术研究和产品开发。

　　2.2浮标和潜标

　　2.2.1浮标

　　浮标包括锚定浮标和漂流浮标[23]。锚浮标是实现海洋动力环境、气象和海洋生态化学元素长期连续观测的主要平台技术。它具有连续数据采集和长期稳定监测数据的特点；漂流浮标是一种体积小、重量轻、不受人为限制的小型浮标。

　　锚定浮标技术相对成熟，浮标产品种类齐全，测量项目多，海上生存能力强。随着海洋监测需求的发展，美国国家数据浮标中心和其他特殊的小型化浮标已经开发出来(NDBC)开发的锚浮标主要有三种:几百到几公里的水深海域直径为10和12m大圆盘浮标和6m圆盘形、船形中等浮标和三个近海监测m小圆盘浮标。近年来，浮标技术的发展主要集中在供电改进和技术研究上。例如，美国、意大利、以色列、韩国和其他国家开发了新的能源浮标，用于波浪能源发电、太阳能和温差能源的混合供电。

　　浮标技术(SVP浮标)技术是主要的，耐用、低成本、方便的浮标是技术发展的重点。同时，满足特殊需求的特殊浮标是发展的主体。例如，为了满足海洋气象研究的需要，可测量的气压浮标、风速浮标和风速浮标可以同时测量风速、风向、温度、气压和表面水温和加速度Argos发射机和GPS多功能漂流浮标等。

　　浮标平台技术的发展逐渐从结构形式的优化转变为功能专业化，完善了浮标内部的数据采集、数据传输、主控制、供电等部分，呈现出通信手段多样、模块标准化、供电方式多样的特点。

　　2.2.2潜标

　　潜在标志主要位于水面以下，用于实现长期、固定、连续、多层次、同步的海洋环境观测，具有良好的隐蔽性，不易被[24]破坏的优势。潜在标准技术的研究始于20世纪60年代，最初的潜在标准是在单点紧固系统上悬挂各种自容性传感器。近年来，潜在的标准技术已经发展到水下上下运动，以实现自动剖面测量。开发的潜在标志根据驱动形式分为水下绞车，电机驱动沿锚定电缆爬行类型和净浮力类型，可海洋剖面的实时观测。如果它是由加拿大、美国和其他国家开发的SeaCycler水下绞车潜标技术可在500年实现.5m系统在波浪条件下工作正常，进行数据传输；俄罗斯和德国开发的新潜在标准电机驱动和浮力驱动在技术上处于领先地位。

　　中国在这一领域发展较晚，仍处于模仿阶段，关键核心技术尚未取得突破。未来，潜在的标准技术将朝着更强的生存能力和更多的测量参数发展。

　　2.3海床基

　　海床基技术是一种海床平台技术，其核心技术包括平台布局、回收、数据通信和安全技术[11,25]。海床基地具有连续工作和稳定生存的特点。伍兹霍尔研究所开发了海床基地技术ROLAI2D系统m深海观测在百慕大应用于4400；NOAA的DART该系统使用坐底监测设备和水面气象浮标进行海啸监测和预警；美国NeMO1600海底观测系统m通过各种仪器在深火山热水口附近监测海底火山活动；法国海洋研究所开发的MAP坐底平台配备了沉积物捕捉器、浊度计、海流计等设备[26]，用于研究欧洲深海水动力与沉积的作用。

　　经过几十年的发展，海床基技术已经基本成熟。许多国家已经推出了各种商业海床基平台产品。这些平台结构简单，体积小，重量小，操作灵活，易于进行海上布局和回收操作，可携带ADCP各种传感器(仪器)。近年来，深海海床基产品已经模块化，模块可以通过水声进行通信，突破了海床基系统空间范围的局限性。

　　这项技术在中国起步较晚。同济大学、浙江大学等高校和研究机构仍在测试海床基研发示范体系，开发的新技术在该体系中得到验证和推广。

　　2.4海洋水下移动平台

　　海洋水下移动平台[27-29]包括自治式水下航行器(AUV)，水下滑翔器(AUG)，无人遥控潜器(ROV)，载人深潜器(HOV)，自持式剖面检测系统(Argo)等待。海洋水下移动平台动性等特点，海洋水下移动平台技术关注。

　　2.4.1自治式水下航行器

　　独立的水下航行器是一个水下移动平台，可以设置路线和独立航行。它具有较高的机动性能。它可以配备复杂的传感器或仪器，如侧扫声纳和成像声纳。主要用于水下指定目标区域的海洋环境监测。在独立的水下航行器技术方面，世界各耐久性、速度、结构和隐蔽性方面进行了技术升级，并朝着多功能和新功能的方向发展。例如，美国开发的鱼形和水母仿生水下航行器具有运动灵活、自由度高、耐力强等特点。目前，国外自主水下航行技术已经成熟，产品性能相对稳定。美国、挪威、英国、冰岛和其他国家已经开发了100多种产品，占据了主要的国际市场。美国开发的大型自治式水下航行器用于部署、回收设备和有效载荷、收集和传输各种类型的信息、跟踪水下或海上目标等，耐力达到2000km。由中国科学院沈阳自动化研究所、哈尔滨工程大学等机构开发的自治式水下航行器在水下已经有60000台m处实现了24h或100km独立航行，可配备浅层剖面探测器等仪器设备。然而，目前，中国的仿生自治或大型运输水下航行器仍处于研发阶段，未来将向仿生鱼航行器、多功能新型自主水下航行器、大型潜水员运输自主水下航行器等方向发展。

　　2.4.2水下滑翔器

　　水下滑翔机是一种自主观测平台，由浮力驱动，在水下以锯齿形航线航行。可配备温度、盐、深度等传感器，可用于大规模海洋水下环境参数的连续观测。美国最早开始开发水下滑翔机。目前，它拥有最成熟的技术。开发的产品已广泛应用于海洋溢油跟踪、飓风预警和军事活动。美国还开发了一种波浪能滑翔机，由波浪起伏驱动的水面浮艇上下移动，以及由于改变自身净浮力而产生的起伏运动。波浪能滑翔机的核心技术是供电和姿态平衡控制，这体现在航速、续航能力和海况适应性上。所以，波浪能滑翔机技术主要是外观研究、供电技术和导航技术。长期以来，法国、英国、日本等国家开展了各种水下滑翔技术的研究。中国科学院沈阳自动化研究所Sea-Wing工作水深1000m，续航时间40d，天津大学开发的“海燕”工作水深1500m，续航时间30d，所有航程都超过1000km，这标志着中国基本掌握了水下滑翔机技术，即将达到实用设备水平。未来，水下滑翔机将向混合推进器发展，具有更强的连续性、更高效的运动控制和更强的传感器负载能力。

　　2.4.无人遥控潜器

　　无人遥控潜水器是一个通过将脐带电缆连接到母船上的能量和控制信号在水下工作或观测的平台。在手动控制下，无人遥控潜水器可以在海洋深度和其他危险区域进行复杂的操作，具有独特的优势。目前，国际上大多数商业无人遥控潜水器产品的工作深度可达到3000个m，美国、日本、俄罗斯、法国等技术成熟的少数国家，拥有60000的研发m以及深潜器的能力，但潜深较大的水下潜器处于测试阶段，尚未推广应用，最大潜深可达11000左右m，实现了全海深度探测和作业。中国上海交通大学开发的ROV“海马”，“海龙”作业水深达到4500m和11000m，715研制的定型ROV也可达5000m。未来，无人遥控潜器将朝着在更深更复杂的海洋环境中生存和执行任务的方向发展，力等方向发展。

　　2.4.4载人深潜器

　　在某些特殊情况下，载人深潜器可以将人送到深海底附近，在目标区域进行海洋环境监测，具有无人平台无法替代的优势。目前，世界各地有数百个载人深潜器，广泛应用于海洋环境监测、海洋调查和安全运行。它可以潜到1000m或者在美国、中国、日本、俄罗斯、法国和其他国家生产了在更深层次的地方工作的载人深潜器。美国的阿尔文号是最大的4500m，目前属于WHOI的“深海挑战者”潜入马里亚纳海沟10908m。日本的“新海6500号”最大潜深6500m，可载三人，保持了世界上最深的载人科考25年的记录。此外，著名的深海HOV还有法国海洋研究所的鹦鹉螺号和俄罗斯希尔绍夫海洋研究所的和平号。中国自主研发的蛟龙号已潜入深度7000m。未来，载人深潜器将向进一步提高潜深、载重、生存能力、执行任务能力等方向发展。

　　2.4.5自持式剖面检测系统

　　自持式剖面检测系统，又称地转海洋学实时观测阵浮标，源于国际地转海洋学实时观测阵计划的实施。该系统不仅可以自动检测海水温度、盐和深度剖面，还可以跟踪其漂移轨迹，获得海流速度和方向。在国际上，自主剖面检测技术已经成熟，构建了全球海洋观测网络的实时观测阵浮标，数据传输方式也从原来的单向通信扩展到可选Iridium或Argos-3双向通信。自持式剖面检测系统携带的传感器也从物理海洋环境的三个基本要素，如温度、电导率（盐度）和压力，扩展到生物、化学和其他类型的传感器，如溶解氧、叶绿素、硝酸盐、辐射计和透射计以及水听器。目前，全球地转海洋学实时观测阵系统保持在4000左右，支持全球海洋观测网的业务运行。我国对Argo研制起步较晚，但已开发出多种型号的自持式剖面检测系统。例如，开发的海马2000型可实现1102000型m潜深剖面。在未来，该技术将朝着提高传感器能力、工作可靠性、生存能力等方向发展。

　　2.5天基和空基

　　天基和空基主要是指平台[28]，利用海洋卫星和海上飞机对海洋环境进行实时监测。从功能上看，海洋卫星一般可分为两类：海洋光学遥感卫星和海洋微波遥感卫星，部分卫星属于综合观测海洋卫星，可同时具有海洋光学遥感和微波遥感功能。海洋光学遥感卫星主要用于探测水质和生态环境信息，如叶绿素、悬浮沉淀物、有色可溶性有机物等海洋光学参数。此外，它还可以获得海洋环境信息，如浅海水下冰和海水污染。海洋微波遥感卫星主要用于获取海洋环境参数，如海洋风场、海洋高度场、波场、海洋重力场、海洋环流和海洋表面温度场。它是最重要的大范围、长时间序列和准实时遥感观测平台。近年来，美国、欧洲、俄罗斯、加拿大等国相继发射了多颗海洋卫星，包括新型海洋光学遥感卫星、海洋微波遥感卫星和海洋综合探测卫星，这些卫星配备了更先进的水色成像仪。中国发射了HY-1A和HY-1B2颗海洋水色卫星，主要负责监测海洋水色和水温环境，但目前主要负责监测海洋水色和水温环境。HY-1A已失效。发射的HY-1B2.海洋动力环境监测卫星通过雷达高度计、微波散射计、辐射矫正计等仪器实现全天候、全天连续探测海洋动力环境信息的能力。未来，该技术将朝着工作寿命更长、承载能力更大、携带仪器设备更多样化的方向发展。

　　无人机是近年来机是近年来发展起来的海洋环境监测空基础平台。它们可以承载各种海洋环境监测任务负荷，并实现对海洋动力环境和其他海洋环境元素的探测。它具有机动性强、及时性高、成本低的优点，可以有效地弥补天基、海基和基础探测能力的不足。它是海洋环境监测不可或缺的平台。随着无人机研发技术的进步和优势的突出，世界各国越来越重视无人机在海洋探测中的应用。以美国为首的许多国家正在积极开发各种新型海洋无人机。俄罗斯、英国、德国和其他国家增加了对其发展无人机的支持。中国也非常重视无人机的海洋环境监测，在技术上紧跟发达国家的先进水平。例如，中国测试新图公司自主开发的无人机耐久性达到30h，拍摄分辨率达到0.05～0.20dm。未来，将进一步开展空基和天基搭载的各种传感器技术，以及具有较强可持续能力的平台研发。

　　2.6 船基

　　船基海洋监测是指以船舶为平台，利用各种船舶传感器实现海洋环境监测[29-30]。船舶具有耐久性长、承载能力大、灵活性灵活等特点。作为海洋环境监测平台，船舶主要包括海洋调查船舶、科学调查船舶、地质调查船舶、海洋监测船舶等。近年来，许多发达海洋国家正在建造大型、现代化的海洋科学综合调查船舶。美国拥有世界上最先进的海洋研究船队，只有伍兹霍尔研究所(WHOI)和SCRIPPS海洋研究所有8艘科研船，其中4艘是海洋综合调查船，配备先进的多波束测深系统、侧扫声纳等设备，并配置了船载实验室，此外，美国还有240多艘海上志愿者船只，主要航线遍布世界各地。俄罗斯也有近100艘科研船。欧洲主要发达国家也有许多先进的科研船，仅法国海洋研究开发中心就有7艘海洋科研船。中国主要有48艘海洋调查船，主要有海流剖面仪、废弃测量仪器和船舶拖曳系统，形成船舶基础海洋环境监测能力，在配备仪器设备方面差距较大。今后应注意两个方面的研发：一是高质量、高可靠性的船舶海洋环境监测传感器和设备；二是综合功能齐全、测量效率高、环境适应性强的测量船和无人测量船。

　　3.数据综合与处理技术

　　海洋环境监测数据综合处理技术是基于海洋环境监测网络，通过专业的数据处理，收集和整合各平台不同技术获取的数据，形成数据产品和服务。该技术主要包括海洋环境监测网络技术和海洋数据处理技术[31]。

　　3.1组网技术

　　海洋环境监测数据GPRS，CDMA，卫星、海底光纤网络作为海洋环境监测网络的主要通信方式，通过公共或专用Internet网络实现了监控网络与信息网络的连接[32-36]。

　　海底监测技术是海底光纤或水声通信网络中的核心技术之一。例如，日本提出，世界上所有海洋大国都投入巨资发展海底监测网络ARENA该计划建立了一个海洋环境观测网络，通过光缆连接跨越板块边界，应用于地震和地球动力学研究、海洋环流研究、可燃冰监测、水和热通量研究、生物和渔业研究、海洋哺乳动物研究、深海微生物研究等。美国启动NEPTUNE(“海王星”)计划环绕“胡安.德富卡”板块，铺设3000km光缆，实时观察海洋环境。美国和加拿大分别建设MARS观测站和VENUS观测站构成了加拿大的海底观测网络(oceannetuorkscanada，ONC)。根据全球环境监测与保护计划，欧洲开展了4个环境监测与保护计划D观察网络建设、英国、德国、法国等国家建设ESonET(欧洲海底观测网)为地球物理、化学、生物化学、海洋学和渔业提供长期的战略环境监测。

　　1999年，中国开始在国家海洋局所属系统内建立和基本形成覆盖中国全海域的海洋环境监测网络，分别覆盖国家、海域、省、市、县五个层次，结构合理，分级管理。目前已实现海洋监测网络和海洋气象监测网络。在网络化技术探索方面，同济大学和中国科学院于2009年在洋山国际深水港东南部建立了同济大学东海海底观测网络，实现了海洋环境信息的实时连续监测；2012年，依托陵水基地建设了中国第一个南海海底观测网络试验系统，实现了对南海海底和水中目标的监测；2013年，浙江大学在岛北建立了浙江大学摘若山岛海底观测网络，主要用于海洋地震监测[37]。目前，国家海洋局海洋三维监测系统主要用于海洋环境监测、海洋安全防范等。然而，我国在海底网络技术方面存在较大差距，尤其是在海底连接箱、海底装置供电和海底工程布置方面。在未来，该技术将在数据传输、快速网络和网络布局等方面进行技术改进。

　　3.2数据分析技术

　　3.2.1数据质量控制技术

　　海洋环境监测数据是[38-39]通过各种平台技术的传感技术获得的[38-39]。因此，有必要对海洋环境监测数据的术语、分类和数据格式进行标准管理，以实现数据的质量控制。为了实现数据的综合应用，应统一规范数据的可用性、可追溯性、时空耦合和地理关联，以确保数据的一致性和正确性。目前，美国、加拿大、英国等国家在国际组织框架下对海洋环境监测数据进行了质量控制。虽然中国有国家海洋管理局、中国气象局等部门领导的行业标准，并有自己的数据质量控制标准，但由于历史原因，各部门之间存在块分割和行业障碍，目前各行业的数据质量控制技术相互封闭。

　　3.2.2数据存储管理技术

　　海洋环境监测数据具有及时性和历史性，数据存储管理是数据应用的基础。世界各国都非常重视海洋数据的存储和管理。例如，美国国家航空航天局地球观测中心建立了地球观测系统数据和信息系统，存储和管理所有数据，采用分布式开放系统架构；欧洲航天局还建立了基于任务的分布式存储海洋数据中心。在存储管理技术方面，国外海洋大数据存储采用逻辑集中、物理分散的分布式服务器集群存储架构技术，中国也采用区域集中服务器存储技术，随着数据的增长，难以实现在线存储资源的动态扩展和灵活配置，离线数据采集耗时，无法直接在线访问任何数据，迫切需要我们进行顶层设计统一规划存储管理技术研究[39-40]。

　　3.2.数据同化技术

　　数据同化技术[41]是一种不断将不同类别和时间段的监测数据集成到数值模式中的技术。它以短期分析和预测结果作为模式预测的初始值，不断将观测和模式结果整合为最优值，以减少误差，提高数值预测的准确性。数据同化技术已广泛应用于海洋预测系统的建设，也可以利用该技术有效地将各种类型的海洋观测数据整合到海洋模式中，生成更完善的时间和空间分布分析数据，广泛用于制作海洋再分析数据，充分利用现有观测技术可以获得的所有信息，揭示海洋的各种真实状态。目前，海洋监测数据同化技术根据所采用的理论原理，可分为最优插值、卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器、集合卡尔曼滤波器等两种类型的同化技术。基于优秀的控制方法，如三维变割法）的同化技术。

　　3.2.4数据挖掘分析技术

　　数据挖掘分析技术[42]是一种新技术，随着海洋环境监测数据的快速增加，在大量海洋环境监测数据中发现信息和挖掘规则。目前已经有了Map Reduce，Storm，Streambase，Pregel先进的并行计算框架已被广泛应用。在信息挖掘过程中，海洋大数据也从传统的经验模态正交发展到具有时空解耦特性的四维谐波提取法。然而，由于海洋大数据的时空耦合和地理相关性，传统的数据挖掘算法无法有效地进行时空解耦和地理分解，这使得挖掘算法成为海洋大数据科学全链运行中需要突破的核心技术，也使该技术成为未来海洋数据处理领域的新热点。

　　3.2.数据表达可视化技术

　　利用科学可视化技术[43]展示海洋数据，进一步利用可视化分析技术挖掘时空数据规律，是从感知到认知的关键技术桥梁。海洋矢量场可视化算法主要包括图表法、几何法、纹理法、拓扑法等。标量场可视化算法在大规模的身体绘制、实时照明、多变量提取特征提取、二维时空可视化等方面取得了重要成果。然而，随着海洋数据量的不断增加，对可视化表达和处理效率提出了非常高的要求。一方面要尽可能真实地反映数据的特性，另一方面要充分提供系统的承载能力和处理能力，提高数据的更新和绘制能力。从国内外海洋大数据的分析技术研究来看，中国与发达国家在数据表达可视化方面没有差距。

　　4.总结和展望

　　海洋环境监测技术及仪器装备的发展体现出智能化与信息化的趋势，这与“智慧海洋”的应用需求密切相关[15-16,40]。海洋发达国家的海洋环境监测新研制的仪器装备已经实现模块化。我国海洋技术和仪器装备近年来取得了较大进展，但由于海洋仪器装备的研发投入高、试验周期长、风险高、难度大等特点，我国大多数科研机构在海洋仪器装备研制时多以跟踪仿制国外已有产品为主，原始创新能力不足，制约了海洋仪器与技术的整体发展。在硬件条件投入方面，我国目前仍没有能够业务化或商业化应用的海洋仪器装备海上综合试验场，造成海洋仪器装备在真实环境下性能测试和检测不足，制约了技术转化和产品性能改进。在软件设施方面，我国海洋仪器和装备的标准化体系建立不完善，在海洋仪器装备的生产标准、入网标准、计量检定、测试和运行维护等系列标准方面未得到足够重视，致使我国海洋环境监测核心技术落后，也远不能满足我国的重大业务需求。因此，我国只有针对性地对监测平台、传感及数据处理等三类技术齐头并进协同发展，完善技术标准体系，努力接轨国际标准，加大经费投入和人才引进，推进海洋环境监测仪器装备的通用化、系列化和组合化，以尽快赶上目前存在的巨大差距。

　　展望未来，以满足探索海洋、利用海洋全方位发展的迫切需求为导向，在海洋环境监测平台技术中，智能控制、云存储、物联网、5G通信及人工智能等领域的新技术将被引入并得以推广;在传感技术方面新材料、新原理、智能传感及传感网络技术的发展将会推动产生微型化、智能化、高可靠性的新型传感技术;在数据综合处理技术中，大数据、知识发现、各学科交叉融合、泛在计算及交互可视等技术将得到广泛应用[44-46]。而在海洋环境监测仪器装备研制方面，将在不断提高仪器装备可靠性等性能指标的前提下，由连续现场监测逐渐实现长期原位监测。随着智能控制和人工智能的发展，海洋环境监测仪器装备也必将向智能化方向发展，实现自主的数据采集、跟踪和控制、修复故障、融合监测数据等功能。新技术的突破必将导致海洋环境监测从海、陆、空、天、时五维度上实现多尺度、全天候、连续监测及数据高效利用，其仪器装备将向网络化、智能化方向发展。