海洋监测技术

2024-05-29

海洋监测技术（精选十篇）

海洋监测技术篇1

关键词：海洋监测,发展状况,设备,实时监测

引言

地球表面70%面积是海洋。广袤的海洋中蕴藏着无比丰富的矿产资源和生态资源。每年的雨季从海平面产生的台风吹向陆地, 在给沿海地区造成负面影响的同时, 也为内陆地区带来宝贵的降雨资源。海洋是资源的宝库。它的存在对国家的经济建设、社会稳定和人民生活都有着极其重要的影响。发展海洋战略是任何一个沿海国家都非常重视的课题。我国海洋资源丰富, 18000多公里的海岸线以及300万平方公里的管辖海域是我国重要的资源宝库, 在推进国民经济发展和提高人民生活质量方面发挥着巨大作用。长期以来, 我国十分重视海洋资源管理, 海洋监测技术已经列入国家863计划“九五”研究计划中, 每年都投入巨额研究经费。其中, “九五”期间投入1.2亿元, “十五”期间投入2.4亿元。在取得阶段性成效的同时, 也应该看到, 我国海洋监测技术发展水平与发达国家相比还有很大差距。

1 当前海洋环境监测发展现状

1.1 海洋监测参数与监测技术发展概况

海洋监测参数是海洋监测理论的重要组成, 也是有效开展海洋监测工作的着力点和抓手。海洋环境监测是门实验学科, 随着研究的深入, 海洋监测参数也不断发展变化。当前海洋监测参数主要分为三类, 一是水文气象参数, 包括风速、流速、气温、波浪、流向、水温等;二是物化指标参数, 包括p H值、有机物、溶剂氧、盐度等;三是营养物质和毒性参数, 包括各种营养盐、重金属、核辐射等。

根据原理不同, 海洋环境监测技术分为物理、化学以及生物监测技术等。对于有毒有害物质的监测, 一般采用现场取样分析或取样实验室分析的手段, 时效性较差。当前海洋污染问题日趋严重, 对海洋环境监测提出更高的要求, 为及时准确掌握海洋污染物的分布情况, 判明海水的细微结构和海洋污染程度, 需要对海水污染相关参数开展长期性、连续性的实时监测。当前, 该项技术已经成为世界各国重点研究的课题。

1.2 海洋监测传感器发展情况

经过长期的实践与研究, 海洋监测传感器技术已经取得长足的进步。在线监测海流、溶解氧以及盐度等传感器的技术基本成熟, 在可靠性和精度方面能够取得十分理想的成果。而营养盐和重金属等毒性指标方面的化学分析技术和生物传感器技术发展水平与实际工作需要相比, 还存在较大差距。展望世界海洋监测传感器技术发展趋势, 传感器的智能化、模块化、网络化、小型化、自动化以及多功能化是当前主要发展方向。而处于载体平台自动取样分析技术重要领域的化学和生物传感器正在全力开发之中。

我国海洋监测传感器技术还处于较低水平。根据我国当前技术基础和实际工作需要, 我国海洋监测技术开发现阶段要做好以下几项工作:一要加大物理、化学传感器研究力度, 加快推进模块化、智能化、网络化, 小型化和多功能化开发;不断改进信息分析和测量的精度;持续深入开展环境生态自动连续监测系统研究;加强国际间的交流与合作, 推进分析理论的发展。二要建立并完善现场连续自动监测体系;不断改善信息采集、传输、存储和处理的模块化和集成技术;做好自动浮标站的研制等。

1.3 近海环境自动监测技术发展概况

近岸海域是海洋污染的高发区, 也是生态环境监测的重点。针对近岸海洋的特点, 开发适合海湾、河口及浅海增养殖区地形、水文特点的小型轻便传感器集成平台技术, 各种便携式水质监测仪器由此得以被设计生产出来。应用于生物学、污染和生态环境检测、卫星遥感定标和真实性检验研究领域的传感器和仪器是研究的主要内容, 并已经取得一定进展。其中, 微电极和阵列电极研究有所突破, 测量痕量物质的微电极在实验室环境下成功制造出来, p H和溶解氧电化学传感器性能得以进一步提高。总体上看, 生物传感器的研究工作还处于起步发展阶段。

1.4 海洋遥感技术发展概况

随着航空航天技术的发展, 基于人造卫星、航空设备的海洋遥感技术得以实现。通过与传统手段的有机融合, 遥感技术充分发挥了远距离非接触测量方面的巨大优势, 取得了单纯依靠传统方式难以企及的显著成功。当前海洋遥感技术以人造卫星和遥感飞机作为检测平台。相对于前者设备成本高昂, 生产周期较长, 不利于推广的缺点, 遥感飞机不仅生产和维护费用低, 其工作连续性和监测范围也能满足较高要求。对于短期小范围的检测工作尤其适用, 是海洋环境监测的重要组成, 为环境管理决策提供了大量的参考数据。

1.5 痕量物质测量和分析发展概况

随着工业的发展, 海洋污染物的种类和规模不断增多。针对重金属、有机污染物以及放射性物质等痕量物质的检测与分析已经成为海洋监测的常规手段。目前, 国外已经在取样分析和微电极测量方面的研究成效显著。其中, 阵列微电极测量Cd、Pb、Cu、Zn等重金属的技术在美国应用于便携式分析设备, 并取得了一定发展。

1.6 营养盐现场自动分析发展概况

海水中富含多种营养盐, 如亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等。它们是海洋生物维持生命的主要营养来源, 但过多的营养盐会导致海水富养现象的发生, 从而引发赤潮或生物病害等问题。当前营养盐监测的手段已经从传统的人工方式向自动化、微型化方向发展。以计算机为平台, 使用专业软件控制管理, 现场取样检测, 全程自动化分析的微型营养盐分析实验是当今世界主流的营养盐监测手段。

1.7 多参数水质监测发展概况

水质传感器是多参数水质监测设备的关键部位, 美国YSI公司生产的6600V2型多参数水质监测仪是当前常见的水质监测设备。

2 国内外海洋监测技术比较

目前, 海洋监测设备的主要品牌都是国外产品, 声学海流剖面仪、营养盐深测量系统、海流计、多参数水质监测仪等重要监测设备的供应均由美国、挪威等国企业把持。从经营方式上看, 这些企业都是集研发、生产、销售为一体的综合性服务供应商, 提供的服务更加全面、灵活。国内方面, 海洋监测设备的生产厂家很少, 仅有山东省科学院海洋仪器仪表研究所一家, 且生产能力和技术水平不高, 市场竞争力很弱。由于海洋监测设备专业性很强, 应用范围和需求量小, 加上国内元器件市场混乱, 造成了我国海洋监测设备产业生存艰难的局面。基于海洋监测事业的特殊性, 要妥善解决这个问题, 需要国家政府层面加强宏观调控。

3 结束语

海洋监测是获取海洋信息, 进而管理海洋资源的重要渠道, 对沿海国家的经济建设、国防安全、环境保护和减灾防灾工作具有十分重要的意义。我国作为海洋大国, 必须要坚定不移的深入开展海洋监测工作。当前, 我国海洋监测水平距离先进国家还有很大距离, 技术、设备落后、资金、人才不足的问题还在困扰着我国海洋事业的发展。2013年出台的《国家海洋事业发展“十二五”规划》已经明确了海洋监测的重要意义和工作重点。国家将一如既往地大力支持海洋监测工作的开展。我国海洋监测工作者要认清肩上担负的重要职责, 深入开展监测技术研究与应用, 不断提高监测质量, 为推动我国海洋环境监测持续健康发展做出自己的贡献。

参考文献

[1]张云海.海洋强国的召唤援水雷兵器技术与发展学术研讨会, 2006, 9.

[2]赵进平, 朱光文.海洋监测仪器设备成果标准化[M].北京:海洋出版社, 2004.

海洋滑翔器成水下监测利器篇2

报道称，2014年，海军就开始使用海洋滑翔器。这是一种长两米、重52公斤的AUV，外观像带着侧翼的鱼雷。它可以在海底呆上6个月才需要充电。顾名思义，海洋滑翔器每天可在水中滑行20-25公里。同大多数AUV一样，海洋滑翔器通过一个变换重量的系统以及一个可以放空和填满的空气舱来调节深度。它的一对侧翼可以像飞机机翼那样起到拉升作用。海洋滑翔器通过潜水、向前滑行和再度上浮来一路收集数据。

报道称，海洋滑翔器的主要任务是对水域进行测量，然后利用内置卫星电话每4小时向海军中所有需要的人发回这些信息。海洋滑翔器还利用卫星电话获取新的指令，并利用内置全球定位系统和其他导航传感器找到受命前去检测的水域。海洋滑翔器还利用洋流收集信息，并利用这些信息从一个地方滑行到另一个地方。

报道称，海洋中水的构成（温度、盐度、氧气含量和生物数量等）变化缓慢。这些特点影响了声呐的效果。如果可以更准确地检测水的构成，声呐就会更准确。海洋滑翔器可以通过飞机或直升机投入水中，并在水下呆上数天、数周或数月收集水下信息。

报道称，海洋滑翔器的造价为每个10万美元，这是监测大片海域的一种低成本方式。海洋滑翔器能发挥作用是因为它的电子系统需要的电量很少，其移动机械装置也是如此。海洋滑翔器的速度不快，但它具备无人驾驶飞行器和自主水下航行器最宝贵的特色——耐力。

海洋环境监测技术研究篇3

地球近3/4的面积是海洋,其中蕴藏丰富的石油、天然气、水资源、生物资源等使其成为名副其实的聚宝盆。在全球陆地资源日益紧张的今天,海洋成为各国资源开发的一个主要方向。但是,开发海洋资源带来巨大经济效益的同时,也带来了一系列生态环境问题,如在开发陆地资源时对其造成的污染,开发海洋石油资源时带来的污染等。目前,各国都积极开展环境监测技术,以求在充分开发海洋资源,获得丰厚经济效益的同时保护海洋环境。从某种程度上,海洋环境监测的能力,直接影响着海洋资源利用和海洋环境保护的成败。

2 海洋环境监测的内涵和意义

2.1 海洋环境监测的内涵

有研究[1]对海洋监测作出了定义:在设计好的时间和空间内,使用统一的、可比的采样和监测手段,获取海洋环境质量要素和陆源性入海物质资料,以阐其时空分布,变化规律及其与海洋开发、利用和保护关系之全过程。另有研究[2]将海洋环境监测定义为:为了及时掌握海区的污染状况和发展趋势,为污染源的治理提供依据,在预先设计好的测点上,用统一的技术、手段和方法进行长期、连续观测。这些研究虽都体现了对环境监测的重视,但随着如今世界各国对海洋资源的开发,海洋环境监测技术也应与时俱进。

2.2 海洋环境监测的意义

2.2.1 海洋环境监测技术是海洋资源开发的技术保障

海洋中丰富的生物、矿产资源等在长期的形成过程中,对海洋环境有极大的依赖性。普遍状态下,海洋环境存在自身平衡。当海洋环境遭到陆地污染等侵害后,这种平衡被打破,丰富的海洋资源将难以维持原有的存在情况,由此造成巨大的海洋资源开发损失,严重影响海洋资源开发带来的经济效益,因此良好的海洋环境监测技术是海洋资源开发重要的技术保障。通过海洋环境监测,可以得到众多的海洋环境数据,以此为依据研究下一步的开发策略,以便更好地开发和利用海洋资源。

2.2.2 海洋环境监测技术是海洋防灾减灾的重要前提

台风、海啸、巨浪等灾害现象时有发生,再加上海洋环境本身就对气候有极其重要的影响,因此如果不能提前做好灾害预防,将对人身生命、财产等造成不可估量的损失。如1953年2月发生在荷兰的强大风暴潮导致2000余人死亡,而众所周知的厄尔尼诺现象,往往使南美洲西海岸形成暴雨和洪水灾害。诸如以上的海洋灾害无一不给人类敲响了警钟。通过发展海洋环境监测技术,人类可以通过监测所得到的大量数据总结出海洋环境变化以及海洋灾害发生的规律,从而可以及时准确的做出判断,减少或避免海洋灾害给人类和社会造成的各种损失。

2.2.3 海洋监测是沿海经济可持续发展的基础条件

沿海地区是国家经济发展最快也是最重要的地区,国家长期以来都在走沿海经济带动内陆经济发展的路。以山东为例,山东青岛作为山东省最重要的沿海城市,经济发展迅速。作为山东经济发展的领头羊,青岛地区一直快速稳步发展,推动其他市区的经济向前迈进。但如今,随着越来越多的人口涌入沿海城市,发展布局不合理等问题,严重制约了沿海经济的可持续发展。通过发展海洋监测技术,人类可以准确合理地开发和利用海洋资源,避免因海洋灾害等造成资源浪费,从而推动沿海经济稳步快速可持续发展,减少因人口大量涌入等造成的不必要的经济损失。

3 海洋环境监测技术的国内外发展概况

3.1 国外海洋环境监测技术发展概况

20世纪60年代末,国外已开始相继开发海洋环境监测技术。早在20世纪80年代初,美国就发展了海岸海洋自动观测网(CMAN),80年代末,挪威和德国在欧共体尤里卡海洋计划(EUROMAR)的支持下,分别发展了SEAWATCH系统和MERMAID系统,并都已进入市场[3]。之后,美国、日本、法国等相继研制出海洋水质监测浮标,又在浮标上加装传感器,如美国EB52型浮标、挪威TOBIS浮标、俄罗斯ACK-3000都进行了海洋环境污染方面的改进[4]。

ARGO计划是20世纪末美国、日本、法国等的科学家推出的全球性海洋观测计划,旨在全球大洋中放置3000个剖面浮标,组成一个全球海洋观测网,借助卫星定位和通讯系统,快速大范围获取海洋资料数据[5]。随着计划的进行,人们可以实时了解海洋环境变化,提高了海洋气候预报的准确度,有效防御气候灾害给人类带来的各种损失。目前,ARGO计划进展顺利,仍在继续进行中。

随着海洋环境监测技术的发展,海洋环境监测设备也在不断发展。在潜标方面,美国Woods Hole海洋研究所最先生产出Mclane Moored Profiler,即一种具备自动升降功能的剖面观测系统,法国也研制了通过改变浮力实现升降功能的潜标系统[5]。

3.2 国内海洋环境监测技术发展概况

经过几十年的努力,我国在海洋监测技术方面取得一些成果,显著缩小了与世界海洋环境监测技术发达国家的差距。特别是“九五”和“十五”期间,国家投入大量资金用于海洋监测技术的开发。后来,随着海洋环境监测技术进入国家863计划,海洋监测技术更是有了突飞猛进的发展。三项海洋监测技术取得突破性进展,分别是高频地波雷达海洋环境监测技术、声相关海流剖面测量技术、合成孔径成像声纳技术,最大工作深度3000m的自容式高精度CTD剖面仪等关键监测设备也相继研发成功[6]。紧接着,海洋立体监测系统技术、船用高精度温、盐、深剖面测量及标定技术等关键技术研发也随之展开。如此多高科技的研发成果及研发项目为我国进一步开发海洋资源、保护海洋生态环境奠定了重要的技术支撑。

4 未来我国海洋环境监测技术的发展

未来我国要紧跟世界各国研发前沿,加强发展基础技术,持续稳定推进监测设备产业化进程。要更加注重海洋环境监测方面人才培养,壮大研发队伍[7]。随着我国科研发展地不断迈进,对科研人才的要求也越来越高,所以需要一支优秀且与世界接轨的强大队伍不断创新我国海洋环境监测技术发展,提高我国的综合国力,使我国在世界海洋监测技术方面占有不可动摇的一席之地。同时,要提高对海洋环境监测的认识,加强海洋监测应用,增加观测项目,提高海洋数据的分析能力,使我国海洋监测能力走在世界的前端。另外,积极与国外优秀技术开展合作,借鉴国外优秀技术,加快研发海洋监测技术的步伐。

5 结论

海洋环境监测技术是我国这样一个海洋发展中大国发展海洋经济,提高海洋服务能力等所必须的,同时也是关系着生命财产安全的关键技术。作为一个发展中国家,提高海洋环境监测能力是我国努力向世界发达国家靠拢、提高自身国际竞争力的一个重要方面。在各行各业科学家的共同努力下,在国家大量投入科研的环境下,我国海洋环境监测技术及监测装备必将得到快速持续提升,在不久的将来必将再创辉煌。

摘要：结合学者的研究及海洋监测技术的发展现状,论述了海洋环境监测的内涵和意义,阐述了国内外海洋环境监测技术的发展概况,分析了我国海洋环境监测技术的未来发展趋势。

关键词：海洋环境,海洋监测技术,未来发展

参考文献

[1]国家质检总局,国家标准化管委会.海洋监测规范:GB 17378-2007.[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2]许丽娜,王孝强.我国海洋环境监测工作现状及发展对策[J].海洋环境科学,2003,22(1):63~68.

[3]朱光文.海洋监测技术的国内外现状及发展趋势[J].气象水文海洋仪器,1997(2):1~14.

[4]刘岩,王昭正.海洋环境监测技术综述[J].山东科学,2001,14(3):30~35.

[5]陈建军,张云海.海洋监测技术发展探讨[J].水雷战与舰船防护,2009,17(2):47~50.

[6]卢铭.我国海洋环境科学与海洋检测技术的发展问题[J].黄渤海海洋,2000,18(3):96~99.

海洋监测技术篇4

关键词：微藻；在线监测；叶绿素a；细胞密度

微藻生物量的测定是藻类生理生态学研究中的常规测定指标，微藻的浓度对于预测有害海藻的暴发和间接测量水样中富营养化程度具有重要的作用。实验室常用分析微藻生物量的方法很多，包括干重测定法、细胞计数法、浊度法、叶绿素a含量测定法等［1］。叶绿素a含量测定法基本采用分光光度法［2］，主要是利用分光光度计测定叶绿素a的含量，采用有机溶剂丙酮作为提取溶液。细胞计数法能够反应微藻的生长情况，但是工作量大，费时费力，且重现性较差［3］。无论是细胞计数法还是叶绿素含量测定法，均操作繁琐，耗费时间长，且不适用于连续监测，不能获得海水环境监测的实时数据，而藻类在线分析仪监测是基于现场结果，能够获取实时的连续的数据，对水体中的环境状况及时作出判断，为海域灾害性事故-赤潮的预警和政府部门的综合决策提供科学的依据。

本文对藻类在线分析仪测得的叶绿素荧光值与叶绿素浓a浓度、细胞密度相关性进行研究，确定藻类在线分析仪对海域水质进行实时连续监测，能够反映出某海域生态环境变化状况，对赤潮早期预报提供有力的科学数据。

1材料与方法

1.1实验材料

选取盐藻、角毛藻、金藻作为样品溶液，由辽宁省海洋水产科学院袁成玉研究员提供；自然海水从黑石礁附近海域采集。AOM藻类在线分析仪（捷克），751型分光光度计，TDZ-WS多管架自动平衡离心机，ZYS-200E光学显微镜。

1.2实验方法

利用蒸馏水将盐藻稀释成7个浓度梯度，使叶绿素a浓度在0～200 μg/L之间，分别测定其叶绿素荧光值、细胞密度和叶绿素a的含量，对实验结果进行分析。

1.2.1叶绿素荧光值利用AOM藻类在线分析仪测定，通过流过式检测得到叶绿素荧光参数。

1.2.2细胞密度藻类样品用具5%甲醛固定保存，样品经过静置、沉淀，处理后样品使用光学显微镜采用个体计数法进行种类鉴定和数量统计，计算细胞密度。

1.2.3叶绿素a含量采用分光光度法［4］测定在一定压力下，用醋酸纤维酯微孔滤膜（孔径为0.45 μm）对100 mL的藻液过滤，加入1 mL的碳酸镁悬浮液，然后将滤膜折叠放入10 mL具塞离心管中，加入90%的丙酮10 mL，充分振荡，使其溶解均匀，放置在4 ℃冰箱内提取24 h，然后用离心机在4 500 r/min下离心10 min，提取上清液于1 cm比色皿中，在波长为664，647，630和750 nm处用分光光度计测其吸光值，采用750 nm的吸光值用以校正提取液的浊度，其中以90%丙酮溶液作为参比，按Jeffrey Humphrey 的方程式得出叶绿素a的含量。

ρchl-a＝（11.85E664-1.54E647-008E630）×ｖ/（V×L）

ρchl-a——样品中叶绿素a含量， μg/L

ｖ——样品提取液的体积，mL

V——藻液实际用量，L

L——测定池光程，cm

2结果与分析

2.1仪器稳定性

开启藻类在线分析仪，待仪器稳定之后，连续检测同一自然海水6次，相对标准偏差为373%，多次检测同一样品，相对标准偏差均在5%以下，相对标准偏差越小，说明仪器越稳定。

在波长为590 nm的条件下，分别对盐藻溶液稀释2倍和4倍的样品进行检测，其结果如图1和图2所示，表明仪器对不同浓度的盐藻有不同的信号响应。

图1590 nm下不同浓度盐藻荧光强度

图2590 nm测量光连续监测不同浓度盐藻的生物量

2.2灵敏度

对蒸馏水配制的标准藻类逐级稀释，得到仪器与叶绿素a浓度（细胞密度）的最小响应值，确定藻类在线分析仪的检出限。叶绿素a含量的最小检出限浓度为30 ng/L，藻类的最小检出限为10 cells/mL。

2.3相关性分析

2.3.1微藻叶绿素荧光值与细胞密度的相关性对盐藻的叶绿素荧光值和细胞密度之间进行线性回归分析，实验结果表明，处于对数生长期的盐藻的叶绿素荧光值与细胞密度具有良好的相关性，得到直线回归方程，Y＝0.182 4 X＋255.27，相关系数为0.986 9(见图3)。

2.3.2微藻叶绿素荧光值与叶绿素a含量的相关性对盐藻的叶绿素荧光值和叶绿素a之间进行线性回归分析，实验结果表明，处于对数生长期的盐藻的叶绿素荧光值与叶绿素a含量具有良好的相关性，得到直线回归方程，Y＝104.79 X＋128.71，相关系数为0.999 1(见图4)。

2.3.3微藻叶绿素a含量与细胞密度的相关性对盐藻的叶绿素a含量和细胞密度之间进行线性回归分析，实验结果表明，处于对数生长期的盐藻的叶绿素a含量与细胞密度具有良好的相关性，得到直线回归方程，Y＝0.014 9 X＋2.155 5，相关系数为0.993 1(见图5)。

图3荧光值与细胞密度的关系图

图4叶绿素荧光值与叶绿素a浓度的关系

图5细胞密度与叶绿素a浓度的关系

2.4野外监测

藻类在线分析仪在凌水湾的监测结果如图6所示，表明大连凌水湾水域24 h内微藻含量基本一致，变化趋势不明显。利用显微镜进行鉴定，本海域主要藻类为中肋骨条藻、圆筛藻等。

图6藻类在线分析仪在凌水湾的监测结果

3讨论

AOM藻类在线分析仪灵敏度高，稳定性好，所测叶绿素荧光值与叶绿素a的含量具有正相关关系，与生物量具有正相关关系，能够反映某海域生物量和叶绿素的变化趋势。

藻类在线分析仪虽然能够实时监测数据，操作简单，但是由于监测原理和本身构造的缺陷，有其不足之处。首先，传感器直接检测的是海水中所有物种在蓝光（中心波长470 nm）或者红光（590 nm）的照射下发出的荧光。在一般情况下，大多数的荧光是由浮游植物中的叶绿素引起的，但是，存在于海水中并发荧光的物质均会被检测〖LL〗到。因此，藻类在线分析仪是对所有的荧光物质进行定量却不能定性，如果针对某个藻类产生的叶绿素，使用该仪器进行的叶绿素测定的准确度比实验室单个样品分析的准确度差。其次，如果为了获得准确的监测数据，需要定期地对传感器进行校准。如果要保证所测定的是真实存在于海水中叶绿素的成份，那么只能通过实验室萃取分析海水中叶绿素的浓度，然后用该浓度对传感器检测得到的数据进行校准。即使用实验室方法测定的样品叶绿素值对传感器进行了校正，数据也不是很准确。因此，藻类在线分析仪主要用来检测海水中叶绿素的变化趋势，掌握海洋环境整体的变化情况。

参考文献：

［1］沈萍萍，王朝晖，齐雨藻，等.光密度法测定微藻生物量［J］.?暨南大学学报，2001,22(3): 115-119

［2］苏正淑，张宪政.几种测定植物叶绿素含量的方法比较［J］.?植物生理学通讯，1989（5）: 77-78

［3］董正臻，董振芳，丁德文.快速测定藻类生物量的方法探讨［J］.?海洋科学，2004,28(11): 1-5

［4］ GB17378.7-2007，《叶绿素-a的测定分光光度法》海洋监测规范第7部分：近海污染生态调查和生物监测［S］.北京：中国标准出版社，2007

The application of algae online analyzer on marine pollution

XU Xiaohong， LIU Guiying，SONG Guangjun，WU Jinhao，WANG Nianbin

（1.Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute，Liaoning Dalian 116023；2. Liaoning Ocean Environment Monitoring Station， Dalian 116023）

Abstract：The fluorescent value of three microalgaes including Dunaliella salina，Chaetoceros，Chrysophyta were deter mined by algae online analyser. Compared with cell density and chlorophyll-a content, it showed good linear interrelation. So, algae online analyser can reflect the variety of microalgal biomass and chlorophyll-a content from sea water. The application of algae online analyzer can know ecology enviro nment change, which supply scientific evidence for natural disaster area warning.

海洋工程材料腐蚀监测与防护技术篇5

我国拥有漫长的海岸线,海洋资源极为丰富,由此带动了海洋运输、渔业、养殖业、矿业等产业的繁荣。每年都有大量船舶、海洋平台、港口设施投入到使用中去。金属材料是海洋工程设施、设备的重要原材料。由于海水中富有大量盐分,金属材料腐蚀速度较陆地使用条件下快。这就给海洋工程材料的抗腐蚀性提出了更高的要求。海洋环境下金属氧化还原反应速度加快,腐蚀程度加深,不仅缩短海洋设施、设备使用寿命,降低使用品质和工作效率,造成经济上的损失,更易引发安全事故,危及海洋事业的健康发展。因此,在日常工作中,必须加强海洋工程材料在使用过程中的腐蚀情况检测,做好材料防腐保护,延长使用寿命,保障海洋工程设备、设施的正常运转。

1 腐蚀监测技术概述

1.1 腐蚀监测技术基本内涵

设备、设施在使用条件下,其材质因与某种、某些介质接触,发生腐蚀现象,当腐蚀的速度较快,成为影响设备、设施正常使用的重要因素时,就需要对腐蚀情况进行监测,以确保设施、设备处于正常使用状态。腐蚀监测技术就是因此而形成的。腐蚀监测技术以腐蚀速度及与之相关的重要因素为监测对象,并以监测结果为依据,对材料的生产、加工过程进行调整、改进,从而实现对腐蚀态势的控制。凭借腐蚀监测,技术人员可以及时掌握设备材质腐蚀情况,据此采取有效措施,对于风险防控十分重要。

1.2 腐蚀监测方法的技术要求

经过长时间的探索与实践,人们发现,用于腐蚀监测的技术方法必须满足以下几个方面的要求:一是要具有较高的可靠性。腐蚀监测不是一朝一夕可以完成的工作,需要经年累月,长时间的对目标进行观测、检查,动态获取目标腐蚀因素数据,采集的数据要符合精度的要求,具有策略重现性,可以以其为依据对腐蚀情况进行判定。二是要不能对监测对象造成损坏,监测系统可以持续运行,而不产生间断。这主要是为了适应高温、高压或放射性等条件下的需求。三是灵敏度要求较高,能够迅速反映出监测对象腐蚀因素的变换。整个测量、取值的过程越短越好,以便于实现报警和控制的自动化。四是要便于维护。

1.3 腐蚀监测方法的选择要点

在选择腐蚀监测方法时,要以腐蚀系统为依据。对于监测对象为全新的腐蚀系统,关于该种腐蚀的内在机理以及相关影响因素尚处于不了解的情况下,要先在实验室中通过模拟试验来判断其主要影响因素,再以此为依据确定监测的方法。最终依照所选择的监测技术的机理来对腐蚀监测数据进行解析。对于监测对象为已知的腐蚀系统,由于其系统运作机理和主要影响因素都已经明确,所以可以使用已经证明适用的监测方法进行腐蚀监测。

2 腐蚀控制技术分析

从根本上说,腐蚀监测是为工程材料腐蚀控制工作提供服务的。目前,技术人员主要从以下几个方向进行腐蚀控制技术的开发研究:

一是从材料自身着手,具体的方法有选择适宜的材料、减少金属材料中的杂质、加入必要的微量元素、热处理等,以改进金属材料内部结构,提高其抗腐蚀能力。二是从材料使用的环境着手。材料发生腐蚀,其本质原因在于材料与周围环境中的某种或某些介质发生了氧化还原反应,通过调整材料所处环境,改变介质特性,降低或消除其对材料的腐蚀性也是材料腐蚀控制的一个重要手段。常见方法有降低腐蚀介质中氢、氧等极性物质含量。三是设置防腐层。在材料表面敷设耐腐保护层,将材料与腐蚀介质相隔离。常见的防腐层种类包括防腐涂料、橡胶、塑料等耐腐蚀性高的物质。四是采用电化学保护。利用腐蚀本身的电化学竭力,设置阴极保护或阳极保护,抵消腐蚀对目标材料的侵害。五是利用加工工艺的方法进行防腐。常见的方法有除砂除杂、调节温度、压力、流速、流动状态、金属结构尺寸、增大腐蚀余量等措施。

下面对上述方法进行逐一介绍、分析。

2.1 选择合适的材料种类

不投材料性质不同,在抗腐蚀方面的表现也不一样。

(1)钢铁材料。铸铁、碳钢和不锈钢是当前应用最广的三种铁金属材料。其中,铸铁在碱性环境中具有较好的抗腐蚀性能,因而广泛应用于海水泵、阀门等零部件加工生产领域。以铸铁为基材,添加适当的微量元素,可以得到多种具有针对性的抗腐蚀铸铁合金。碳钢和普通低合金钢更占据了海洋工程金属材料中的绝大比例,具有造价低、方便使用、技术储备丰富等优点。

(2)铜与铜合金。铜与铜合金在力学性能、可成型性、导热性以及海洋环境下抗腐蚀方面表现优异。在各类铜合金中,白铜的耐腐蚀性最佳,因而在海水冷凝管、换热器和仪器仪表部件加工方面应用广泛。

(3)钛与钛合金。钛与钛合金是当前已知材料中在常温海水环境下抗腐蚀性表现最好的一种,其在条件更为恶劣、复杂的污染海水、热海水、流动海水、海泥环境下同样具有高品质的抗腐蚀能力。常用于海水淡化装置中的冷凝管、输运管道、海水换热器、海水蒸发器、海水恒温器、海水泵、耐海水船舶用管件工具的生产加工。

2.2 降低环境介质腐蚀特性

该方法大体上包括两个方向:一是通过一系列处理,降低或减少环境介质中的腐蚀因子,从而降低环境介质对材料的腐蚀特性。从这个方法的机理上可以看到,该方法的实施效果受环境介质规模影响,当环境介质过大时无法实现。常用的改变环境介质的技术一类是直接减少环境介质中的腐蚀因子,比如常见的除潮、除尘、去氧、脱盐、调控酸碱度等。另一类是在环境介质中加入缓蚀剂。缓蚀剂是一种可以降低环境介质对材料腐蚀速度的物质。包括有机和无机两种,其中,无机缓蚀剂又分为氧化性缓蚀剂和非氧化性缓蚀剂,前者如硝酸盐、亚硝酸盐,后者有磷酸盐、硅酸盐。有机缓蚀剂则包括胺类、醛类、杂环化合物、咪唑啉类和有机硫化物类等。

2.3 设置防护层

对于金属制品来说,防护层根据防护层材质不同,分为金属镀层和非金属涂层两种。其中,目前金属镀层的加工技术有扩散渗镀、喷镀、电镀、热浸镀层、金属包覆、真空镀膜、气相沉积和阴极溅射等,实际工作中根据具体要求和条件选择合适的技术予以实施。非金属涂层的加工技术包括涂刷涂料、进行化学转化膜和暂时性防护剂处理等。

3 结束语

海洋工程材料腐蚀监测是一项长期工程。随着我国综合国力的增强,走出国门,走向蓝海已经成为我国今后发展的重要战略。海洋事业的蓬勃发展,对于海洋工程材料防腐和腐蚀监测工作提出了越来越高的要求,而不断发展的科学技术,也给海洋工程材料腐蚀监测与防腐提供了坚实的基础支持。工程技术人员要充分认识到腐蚀监测和防腐技术的重要意义和长期性,潜心努力,开拓创新,认认真真,扎扎实实地做好每一项工作,为我国海洋事业实现可持续发展保驾护航。

摘要：随着海洋事业的蓬勃与繁荣,海洋工程材料腐蚀问题也日渐突出,成为限制海洋事业进一步健康发展的瓶颈问题。海洋工程材料腐蚀问题的应对方式主要有提高材料抗腐蚀性能以及做好材料腐蚀监测两种。文章针对海洋工程材料腐蚀监测和防护有关问题进行探讨,简要介绍了材料腐蚀监测技术的基本内容,就如何提高海洋工程金属材料抗腐蚀性能进行了着重阐述。

关键词：海洋,工程材料,腐蚀,监测,防护

参考文献

[1]朱相荣,黄桂桥,林乐耘,等.金属材料长周期海水腐蚀规律研究[J].中国腐蚀与防护学报,2005,25(3):142-148.

海洋监测技术篇6

一、确定关键动设备监测点的位置和参数

系统的监测以振动监测为主, 采集的数据包括振幅、频谱、时域波形、包络谱、相位、过程参数等。智能诊断的故障包括不平衡、不对中、松动、共振、轴承故障、联轴节故障、齿轮磨损、叶片故障、转子故障、电机故障等。测量点布置如图1所示。

离线状态监测技术在海洋石油平台应用已近11年, 主要用于对关键设备实施预防性维修。但是离线监测技术需要每月一次派遣很多有特殊经验和技能的人员远赴海上平台进行检测, 不仅不方便、不及时、不经济, 还不能对设备实施实时监控、随机诊断。因此, 必须开发应用在线监测技术。

二、在线状态监测系统结构

2011年9月, 中海油已建成首个动设备远程监测与智能诊断中心, 将动设备管理从职能化模式转为流程化模式, 实现了动设备的安全、可靠、及时性管理。经过专业技术人员对海洋石油平台关键设备结构性能及安装位置、底座刚度连接等分析研究, 确定了参数数据及选择了数据采集器, 建立了与之相匹配的数据库和服务器, 开发了系统数据分析处理软件和输出频谱图形。

在线监测系统的框架结构基本类似, 利用现有的中海油企业自身局域网实现内部信息传输共享, 状态监测故障诊断中心的人员与油田各平台设备管理人员都能利用客户端登陆在线监测系统, 可以浏览当前设备的运行状态。系统还具有故障显示或报警功能。

1. 在线监测网络系统结构

在线系统监测的方法:在设备轴承位置安装加速度传感器, 通过网线与现场服务器和动设备远程检测与智能诊断中心的服务器相连接, 实施数据传输和存储备份, 数据转换成视频频谱图形。现场管理人员可以直接登陆到现场服务器, 观察设备各检测点的振动总值和振动趋势, 并根据设备状态采取相应的措施, 避免设备出现严重故障;状态监测工程师负责对设备进行远程故障诊断, 其他被授权用户也可以登陆到状态监测服务器, 通过IE浏览所有作业区的设备运行数据。

信息网络化为实时状态监测诊断系统将振动、温度、冲击监测和诊断集合为一体化的信息网络化系统。此系统采用了多种先进技术, 可以针对不同用户、不同设备、不同网络特点, 形成了一套基于Internet的设备实时在线监测诊断系统。系统中将监测、诊断、报警、预防维修集合于一体, 为用户快速、准确诊断设备故障提供了有效的手段。

中海油检测中心局域网示意图如图2所示。

2. 在线系统常规图谱

机组状态总貌图如图3所示, 趋势图如图4所示。

在线监测诊断系统可以与其他控制系统对接, 即将其他系统的数据引入到该系统或者将该系统的数据引入到其他系统, 尤其是可以将控制系统中的工艺量参数引入到监测系统, 实现对机组的综合分析诊断。

目前状态监测故障诊断中心使用的在线监测系统有上海容知RH2000在线系统与北京化工大学BH5000系统。

3. 系统功能及技术特点

(1) 自动数据采集。

(2) 智能实时预警。

(3) 信号分析处理。信号分析处理系统可对各个机组在不同时刻、不同状态下的动态信号快速准确地进行各种信号分析和数据处理, 以各种图谱表达出来, 并将其数据信号特征传递给故障诊断专家系统, 为准确识别故障提供了数据支持。

(4) 故障智能诊断。通过对动设备状态特征参数变化的识别、分析设备发生振动和机械损伤的原因、判断振源、提出维修建议。故障智能诊断专家系统依托动设备离线监测数据积累和各种类型的故障案例, 整合了丰富的故障诊断知识和经验, 保证了较高的故障诊断准确率。

(5) 三层网络架构。两层与三层网络体系结构示意图见图5。传统的网络架构在访问量和数据传输量方面存在很大的瓶颈, 本系统采用三层结构应用体系 (如图5b所示) 。在三层体系结构中, 应用服务层接受客户端的业务请求, 根据请求访问数据库, 做相关处理, 将处理结果返回客户机。应用服务层从物理上和逻辑上都可以独立出来, 客户端不直接访问数据库服务器 (层) , 而是访问应用服务层。

与两层体系结构相比, 三层体系结构具有许多优点: (1) 体系结构优化, 方便了软件维护及系统管理, 增强了系统的扩展能力; (2) 提高了系统安全性以及业务级的权限管理, 客户端和数据库隔离, 有利于安全管理;在体系结构中将业务逻辑划分权限, 一种业务对应一个中间件模块 (应用服务) , 利用中间件的安全管理对其进行访问控制, 使权限控制与管理更加灵活、方便和实效; (3) 减少网络流量和提高响应速度, 应用服务层的引入有效地解决了网络瓶颈和数据库连接数过多而引起数据库性能下降的问题。

四、远程监测故障诊断实例

案例1:2011年4月, 辽东某平台外输泵在运行中泵非驱动端测点振动幅值突然呈上升趋势, 频谱中出现明显的地脚能量及轴承故障峰值, 时域波形中出现明显的冲击现象 (见图6) 。

经分析判断认为泵非驱动端轴承出现故障, 建议准备好轴承备件, 进行更换。平台随后更换了故障轴承, 发现轴承保持架磨损严重, 接近报废。

案例2:2011年6月, 绥中36-1某注水泵在运行过程中泵非驱动端测点振动幅值突然呈上升趋势, 频谱中出现明显的地脚能量及轴承故障峰值, 建议停机检修。平台停机对该泵进行检修, 发现轴承严重损坏。

五、结语

信息网络化的远程故障诊断能有效评价设备的实际动态性能和最佳的运动参数, 有效评价设备的维修质量及性能, 保障设备安全运行, 形成了设备管理新的模式, 提高了设备管理水平。

参考文献

[1]何正嘉, 陈进等.机械故障诊断理论及应用[M].北京:高等教育出版社, 2010.

[2]韩清凯等.大型旋转机械振动现场测试与故障特征分析[J].振动、测试与诊断, 2003 (1) , 10～12.

海洋监测技术篇7

随着全球陆地资源日趋紧张和环境的不断恶化, 海洋资源的重要性日益凸现, 人类社会的发展必然越来越多地依赖海洋[1]。而人类只有在掌握了海洋环境变化规律的基础上, 才能科学、合理、经济地开发利用海洋。认识、研究海洋的变化规律, 就必须对海洋进行持久性的监测, 获取连续、可靠的数据, 进行分析评价。

当前, 自动化监测、数字式记录已逐步成为现实的作业方法, 数字化、信息化已成为海洋监测的必然趋势。海洋监测从原始信息的获取到最终产品的形成, 无不是以数字化信息作为处理的对象, 现场数据的采集、上位机数据的处理、数据的变换与管理等, 这一切都离不开计算机的应用。对于海洋监测来说, 硬件已不再是最大的障碍, 问题的关键已集中在如何结合专业特点设计出功能强大、便于维护、工程化程度高的海洋监测数据处理软件, 从而充分发挥计算机硬件的巨大潜力, 使海洋数据产品的生产更加快速、规范和完善[2]。

针对我国海洋环境监测工作的实际需求, 对海洋环境监测数据中心的关键数据处理方法进行了研究, 主要包括潮位值的数据补遗和每天潮位特征值的提取两个方面的问题。

1 潮位特征值的提取

由于设备不会像人一样智能, 做到发现海洋高潮、低潮的到来, 并有选择地记录重要数据。所以, 当自动测量设备取代人工读数记录后, 只能通过频繁的采集数据来确保重要的数据信息不被遗漏, 这样使得人类获得的数据资料非常庞大, 只有通过上位机进行处理来找出高潮潮位、低潮潮位。

1.1 潮位特征值的简介

潮汐是在日、月引潮力作用下, 海水发生的周期性运动, 分水平和垂直两个方向。完成一次涨落平均约需12h 25min, 因此一昼夜海面通常有两次涨落, 白天的称“潮”, 夜间的“汐”。受潮汐影响周期性涨落的水位称潮位, 又称潮水位。潮位的特征值主要包括:高潮潮位, 某一定时期内的高潮潮位值;低潮潮位, 某一定时期内的低潮潮位值[3]。

1.2 潮位特征值提取的具体过程

高、低潮潮位值的提取常用的判断方法是:如果某时刻潮位比其前一时刻和后一时刻的潮位都高则为高潮;如果某时刻潮位比其前一时刻和后一时刻的潮位都低则为低潮。其数学表达式如式 (1) 所示:

式 (1) 中, t为发生时刻, Δt为两个测量数据的时间间隔。

考虑到海洋监测系统采集数据的量较大, 如果使用上述方法提取高、低潮潮位, 容易受涨平和落平的影响, 为此, 本文选取了滑动平均法。

滑动平均是时间序列分析中常用的一种算术平均法, 目的是要滤去某一波动周期的变化, 求得在此周期内的平均值。随着该周期数列起点的不同, 代表数列的滑动平均值也不同。考虑到一般潮位临近高 (低) 潮点时, 高 (低) 潮点前后的几个点可以看成以改点为中心呈对称分布。这样通过采用滑动平均法来判别就可以获取高低潮位[4]。具体过程如下:

对于原始潮位值系列{X (i) , i=1, 2, ..., n}, 通过函数F一一映射生成{Y (i) , i=1, 2, ..., n}, 多点平均映射函数F如下, 以M点 (M=2k+1) 平均为例:

由式 (2) 的变换生成新的系列{Y (i) , i=1, 2, ..., n}, 然后对新系列进行潮位特征值的提取。这种方法使相互临近时刻的潮位数据出现相同的概率小了很多, 考虑遇到涨平和落平的情况, 本文对系列{Y (i) }还提出新的高、低潮判别条件, 包括主判别条件和辅助判别条件[4]。

主判别条件:

高潮的必要条件:

低潮的必要条件:

如果涨平时滑动平均值Y (i-1) =Y (i) , 则式 (3) 的判别会产生Y (i-1) 和Y (i) 都是高潮;如果落平时滑动平均值Y (i-1) =Y (i) , 则式 (4) 的判别会产生Y (i-1) 和Y (i) 都是低潮。所以本文在主判别条件的基础上提出一个辅助判别条件。

辅助判别条件:由于实际潮位具有高、低潮相间的特点, 利用这一特点进行判别。判别过程如下:

1) 取一标志位表示高、低潮, 在满足主判别条件和标志位为0时才判断Y (i) 对应的X (i) 为高潮。一旦确认, 往输出文件写入高潮出现时刻和高潮潮位的值X (i) , 并让标志位置1, 这样涨平就不会受影响;

2) 只有同时满足主判别条件和标志位为1时才判断Y (i) 对应的X (i) 为低潮, 一旦确认, 往输出文件写入低潮出现时刻和低潮潮位的值X (i) , 并让标志位置0, 这样落平就不会受影响。

1.3 滑动平均法的改进

可以看出, 滑动平均法虽然是在逐步地改进和完善, 但还存在以下两个问题。

1) 由于所处理的数据比较庞大、繁琐, 逐个数据计算费时, 误差较大。如果能找出潮位数据的规律并应用相关信息处理技术来研究, 那么特征值的提取将会逐渐变得简单、快捷。

2) 虽然滑动平均法也很好地消除了微小波动造成的伪高、低潮问题, 但是此方法还是存在缺陷, 当天的0点潮位值可能被误当作高低潮位值。

为了解决以上问题, 本文对高、低潮潮位值的提取方法做出一些改进:

1) 由于潮汐通常一天内有两次涨落, 每次涨落平均需要12h, 所以, 一天内两次高 (低) 潮相隔时间大约为12h。结合高低潮相间的特性, 可以得出, 一个高 (低) 潮和它相邻的低 (高) 潮相隔大约6h。

那么, 我们只要通过滑动平均法找出一天中的第一个特征值点 (高潮潮位值点或低潮潮位值点) , 就可以直接在大约6h后的数据中找出下一个特征值, 本文选取第 (5—9) h的数据通过滑动平均法找出第二个特征值。以此类推, 可以把一天的特征值全部找到。

通过这样改进, 大大的减少了需处理的数据量, 缩短了计算时间, 提高了结果的准确性。

2) 针对伪高、低潮问题, 本文发现这是由于0点时的数据作为一天数据的起始点, 采用滑动平均法寻找特征值时, 0点值没有前项比较值, 很容易被当作特征值, 特别是在前一天的最后一个特征值出现比较晚, 0点值接近前一天的最后一个特征值时, 伪高、低潮就会出现。

为了解决这一问题, 在寻找一天的高低潮位值时, 除了要选取当天24h的数据外, 还要再取前一天最后1h的数据, 共25h的数据来进行数据处理。这样就避免了在0点附近采用滑动平均法进行数据处理时, 由0点值无前项比较值导致的伪高、低潮潮位值的出现。

2 潮位值数据的补遗

由于海洋环境的恶劣和仪器设备的误差, 数据中心上位机从现场数据采集器获取的数据会受到一定的影响。虽然我们可以在数据采集器中分别从软、硬件上采取了一些抗干扰措施来减少外界因素的影响, 但是, 这些数据中还是会存在一些时间段上缺失部分数据。这就需要上位机通过数据处理来尽量补全这些缺失值, 保证采集数据的完整性。

在解决数据补遗问题的过程中, 通常需要先通过研究相关变量之间的函数关系来帮助我们认识所采集数据的内在规律和本质属性, 而这些变量之间的未知函数关系又常常隐含在从数据采集器得到的数据之中。因此, 能否根据一组监测数据找到变量之间相对准确的函数关系就成为解决实际问题的关键, 通常采用数据插值和曲线拟合的数据处理方法来实现。

2.1 数据插值和曲线拟合的定义

简单地讲, 所谓插值是指已知某函数在若干离散点上的函数值或导数信息, 通过求解该函数中待定形式的插值函数以及待定系数, 使得该函数在给定离散点上满足约束。而拟合是指已知某函数的若干离散函数值{f1, f2, ..., fn}, 通过调整该函数中若干待定系数f (λ1, λ2, ..., λn) , 使得该函数与已知点点集的差别 (最小二乘意义) 最小[5]。

2.2 数据补遗的具体过程

在对潮位值数据进行数据处理的过程中, 为了找出潮汐的规律, 需要从采集的监测数据 (ti, yi) , i=0, 1, ..., n中找到自变量-时间t与因变量潮位值y之间的函数关系, 用一个近似函数y=f (t) 来表示, 使用拉格朗日插值法就可求得拉格朗日多项式作为近似函数f (t) 。在大多数情况下, n的次数越高, 逼近效果就越好, 但是对于高次多项式插值问题而言, 往往会造成插值多项式的收敛性与稳定性变差, 反而逼近效果不理想。

为了避免使用高次插值, 本文采用分段插值法:即将插值区间分成一些小区间, 在每个小区间上用低次多项式进行插值, 在整个插值区间上就得到一个分段低次多项式插值函数。区间的划分可以是任意的, 各小区间上插值多项式的次数的选取也可按具体问题的要求而选择。具体过程如下:

潮位值数据的采集频率为一分钟一次, 假设时间区间[a, b]上的潮位连续函数g (t) 在a=t0<t1<…<tn=b上n+1分钟内的潮位值为g (tj) =yj, j=0, 1, ..., n。则得到n+1个数据点 (tj, yj) , 连接相邻时间的数据点 (tj-1, yj-1) 、 (tj, yj) 得到n条线段, 它们组成一条折线, 把时间区间[a, b]上这n条折线表示的函数称为被插函数g (t) 关于这n+1个数据点的分段插值函数, 记作I (t) 。按照拉格朗日插值法构造插值基函数如式 (5) 。

可得出, 用I (t) 计算数据缺失点t点的插值时, 只用到t左右相邻的两分钟的数据点, 分段插值通常有较好的收敛性和稳定性, 算法简单, 和采集的有效数据的个数无关, 可以在短时间内及时地计算出缺失值, 但在数据曲线拐点处插值函数光滑性变差。为此, 本文还采用了曲线拟合的方法。

曲线拟合从几何意义上讲, 就是寻求与给定点 (ti, yi) (i=0, 1, ..., m) 的距离平方和I为最小的曲线y=p (t) 。函数p (t) 称为拟合函数。求I的极小值的必要条件为

解方程组求出a0, a1, ..., an, 即可得出拟合多项式p (t) 来当作实际函数的近似函数[5]。通过近似函数就可以求出缺失点的数据值。

在潮位值数据补遗中, 如果缺失数据的区间较大, 相互之间间隔较短, 采用分段插值是不容易补全这些数据的, 而一定区间内基于实际有效值进行最小二乘曲线拟合得出潮位值的近似函数来求得缺失值的方法, 相对来说要更可靠一些, 并且通过该近似函数还可以预算出拟合区间附近短时间内的数据, 预测潮位曲线的走向。

3 应用

3.1 特征值提取方法的应用

应用本文提出的改进后的滑动平均法, 本文对现场实际潮位数据进行了潮位值的特征值提取 (见图1) , (a) 是某天0:00至23:00的潮位曲线和 (b) 某天12:00至第二天12:00的潮位曲线, 结合上文提到的改进方法使用滑动平均法提取高、低潮潮位值, 图1中所标黑点处为提取结果, 由图1可见, 提取的特征值与实际情况相近, 0点附近的特征值也能准确提取。

3.2 数据补遗方法的应用

结合潮位值数据缺失值点的个数和位置, 有针对性地使用数据插值和曲线拟合两种方法。

在缺失值较少、较分散时, 使用分段插值法就可以很快的算出较准确的缺失值, 如表1所示, 表1中选取的是某大约30min的潮位值, 特点就是缺失值较分散, 通过表1可以看出经数据插值处理后, 序号为4, 10, 11, 17, 18, 26缺失的潮位值全部补上。根据表1的数据绘制潮位值曲线 (见图2) , 可以看出, 曲线光滑, 补缺的数据符合潮汐的规律, 说明分段插值法可以很好的完成潮位值的数据补遗。

在缺失值较为密集的数据段, 可采用数据拟合方式来补全差值, 本文实现的潮位数据拟合效果图 (见图3) , 图中红色曲线为实际潮位曲线, 可以看出有多区间存在缺失值, 蓝色曲线为利用最小二乘法得出的拟合曲线。

从效果图可以看出, 通过最小二乘拟合获得的近似函数逼近潮位值的实际时间函数, 特别是在函数平滑上升区间 (见图3 (a) ) 和峰值拐点区间 (见图3 (b) ) 都能较为平滑的逼近实际函数, 这样通过近似函数就能较为准确的补全缺失值。

4 结束语

对现场实际数据的处理结果表明, 本文采用的数据处理方法取得了预期的效果:滑动平均法能够很好的完成高、低潮潮位值的提取, 分段插值和最小二乘拟合也可以对缺失的潮位数据进行准确的补遗。考虑到实际应用中会存在不确定因素, 这些数据处理方法还需要在上位机的实时数据处理中作进一步的改进和完善。

摘要：结合海洋环境监测系统中关键数据的特点, 针对海洋自动监测上位机数据处理中存在问题, 分别采用了滑动平均法和数据插值、拟合等方法进行高、低潮潮位值的提取和潮位值的数据补遗。对现场实际数据进行的处理结果表明, 此数据处理方法可行, 能够实现预期的效果。

关键词：海洋环境监测,潮位值,特征值提取,数据补遗

参考文献

[1]易晓蕾.我国海洋环境监测工作发展的对策研究.青岛:中国海洋大学, 2003;1:3—7

[2]翟国君, 黄谟涛, 许家琨, 等.海洋测量信息处理系统.海洋测绘, 2002;22 (5) :28—31

[3]Wikipedia contributors.Tide.Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php-title=Tide&oldid=285291563, 2009

[4]郝嘉凌, 徐洪海.滑动平均法在海量潮位数据处理中的应用, 中国科技论文在线, 2005

国内海洋浮标监测系统研究概况篇8

浙江省海洋与渔业局于2011年正式启动“浙江省近岸海域浮标实时监测系统建设”项目, 计划在5年内基本建成能覆盖浙江省近岸海域的浮标实时监测系统, 以获取常规水文、气象、水质 (含营养盐) 、海洋生物以及油类等参数数据, 为海洋生态环境保护和防灾减灾提供决策支撑, 为社会公众提供海洋生态环境状况实时信息服务, 为节能减排提供环境基础资料。本文在查阅历史文献资料的基础上, 介绍了国内海洋浮标监测系统的类型、系统组成、监测资料的质量控制和应用概况, 为“浙江省近岸海域浮标实时监测系统建设”以及国内同类项目建设提供技术参考。

1 海洋浮标监测系统的类型

1.1 按大小划分

按浮体大小可划分为大型浮标、中型浮标、小微浮标。大型浮标, 直径通常大于或等于10m, 造价高, 容量大、寿命长、抗恶劣环境、抗破坏性强, 适合长期定点测量。中型浮标, 直径通常为1~5m, 造价较低、运输、布放和维护方便, 适用于近岸海域水文气象或短期专题监测。小微浮标, 直径通常在1 m以下, 体积小、重量轻、成本低, 便于快速布放回收, 也可用于一次性抛弃式波浪监测。

1.2 按功能划分

按浮标主要功能用途可划分为水文气象浮标、水质浮标、导航浮标、波浪浮标、海洋光学浮标、海冰浮标、声呐浮标、通信浮标等。

1.2.1 水文气象浮标

海洋水文气象浮标通常是指直径不小于10m, 能够全天候、连续、自动采集和传输海上水文气象资料的圆盘型浮标[8], 监测系统由浮体、锚系和岸站接收装置组成, 浮体上承载各类传感器。主要观测项目包括:风向、风速、气温、湿度、气压、降水、能见度、水温、盐度、波浪、海流、叶绿素和浊度等。观测资料可用于长期和短期的天气预报、海象预报以及自然灾害 (如飓风、海啸) 警报等[9,10,11,12]。在海洋环境监测中, 海洋水文气象浮标是世界上应用最早, 也是使用数量最多的一类浮标。回顾世界各国海洋浮标的发展历史, 几乎无一例外都是从研制水文气象浮标起步的[1]。我国海洋水文气象浮标监测系统研制起步最早, 技术也最为成熟, 目前尚在服役期的海洋水文气象浮标监测系统多为山东省科学院海洋仪器仪表研究所研制。因浮体较大, 可加载多种仪器设备, 在开展海洋综合监测应用方面潜力较大, 例如可开展定点定位水文气象业务监测, 或者可作为一些特殊仪器设备的海上工作平台等。

1.2.2 水质浮标

水质监测浮标是一种监测海洋环境和海洋水产养殖区水质污染状况的浮标系统, 由浮标、锚系和接收站等部分组成, 监测要素包括磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、盐度、pH、溶解氧、水温等, 可自动完成数据实时采集、处理、存储及传输。浮标上还可以加载叶绿素、浊度、深度、电导率等监测仪器, 用于海洋环境污染监测、港湾工程、水产养殖、赤潮预报以及海洋研究[13,14,15,16]。国家海洋技术中心和国家海洋环境监测中心等单位对海洋水质浮标监测系统的研制开发做了大量工作。

1.2.3 导航浮标

导航浮标是保障海上船舶安全航行的重要设施, 为海上船舶在夜间或雾天、阴天等恶劣条件下提供可视信号, 为海上船舶安全导航。通常由浮体、塔架、锚泊系统、导航设备和动力系统组成。导航浮标多为大型浮标, 浮体直径一般大于10m, 布置于航道的两侧, 当能见度低于某一设定值时, 航标灯将以某一个相同的闪烁频率同步导航。浮标塔架上还可以加载某些测量仪器, 以搜集海洋水文气象数据资料[17,18,19]。导航浮标的主要用途是为船舶安全航行导航, 船舶碰撞、台风过境都会造成的其位置偏移, 为船舶安全航行造成威胁。因此, 导航浮标的定位和偏移报警成为其开发研究的关键技术。中山市探海仪器有限公司以中国科学院南海海洋研究所从事浮标研究的技术班底为骨干, 开展浮标的研究和设计制造, 实现了导航浮标的产品化生产。

1.2.4 波浪浮标

波浪浮标是一种无人值守的能自动、定点、定时 (或连续) 地对海面波浪的高度、波浪周期及波浪传播方向等要素进行遥测的小型浮标测量系统[20], 主要由浮体、锚系和岸站3部分组成。浮体多为椭球形, 直径通常在1m以下, 承载波高倾斜一体化传感器、数据发射机、发射天线、电池和锚灯;锚系多采用单U形环系留结构, 便于水面浮体的固定;岸站部分包括岸站接收机和上位机, 用于监测数据的接收、处理[21,22]。波浪浮标可以实现对海洋波浪的长期、实时、定点观测, 目前主要用于近海海洋监测站、近海海洋工程测量及海洋调查考察等领域。中国科学院南海海洋研究所、中国海洋大学、山东省科学院海洋仪器仪表研究所等单位对波浪浮标都进行了比较深入的研究和探索, 取得了丰富的成果和宝贵的经验, 并已实现产品化生产, 如SZF型波浪浮标和OSB系列波浪浮标。

1.2.5 海洋光学浮标

海洋光学浮标是对海洋光学特性进行时间序列上的综合性检测的一种工具, 由标体系统、通信系统、锚系和岸站接收中心组成。为减小浮标体及其上层建筑的阴影效应对光辐射测量的影响, 保证高海况条件下浮标体的稳定性, 中国科学院南海海洋研究所研究设计出了由子、母浮标组成的海洋光学浮标监测系统[23], 母标体直径2~2.8m, 子标体略小;承载的主要设备是光学仪器, 可用于连续观测海面、海水表层、真光层乃至海底的光学特性, 以获取相应层面的太阳辐射高光谱数据;也可加载实时图像监测系统, 实现海面与水体实时采集数据的图像可视化[24]。海洋光学浮标在海洋水色遥感现场辐射定标和数据真实性检验、海洋科学观测、近海海洋环境监测和海洋军事科学方面有着重要的应用价值。

1.2.6 海冰浮标

海冰浮标是一种能够在北极和南极海域进行海洋环境监测的重要技术装备, 由浮体、锚系和传感器组成[4]。浮体直径小于1m;气象传感器安装在冰面以上, 温盐深传感器分别安装在冰下5m、25m和50m深处;锚系配重, 以减少水下系统的漂移[25]。该浮标可以在恶劣环境下实现无人值守的全天候、全天时、长期连续观测, 不仅可以监测海 (冰) 气交换界面的环境参数 (如表层冰温、气温、气压、风向、风速) , 还可监测水下环境剖面参数 (如温度剖面和盐度剖面) ;对于研究海冰生成与融化过程的环境条件、探测极区的气象与水文参数、追踪浮冰的漂流方向和路径以及对洋流的研究均具有重要价值[26]。我国在海冰浮标的开发和应用方面均投入了大量科研力量, 推动了极地海冰浮标观测研究的进程, 如2003年国家海洋技术中心就在北极布放了自行研制的极区卫星跟踪水文气象观测浮标, 并取得了宝贵连续的海冰和气象等数据资料[27]。

1.2.7 声呐浮标

声呐浮标是探测水下目标 (潜艇) 的浮标式声呐仪, 是一种水声遥感探测器。它与浮标信号接收处理设备等组成浮标声呐系统, 用于军事领域航空反潜探测和固定声呐监视系统对水下潜艇的预警。声呐浮标通常分为航空声呐浮标和锚系声呐浮标两大类。航空声呐浮标装备于反潜巡逻机、反潜直升机和某些水上飞机上, 由机上的投放装置以一定阵式逐个有序地布放在潜艇可能存在的区域四周, 或遮拦在其航线前, 形成浮标阵;反潜机布标后, 在浮标区上空盘旋, 监听浮标发来的信号, 可获知某个浮标附近是否存在潜艇, 并测得其位置和运动信息。航空声呐浮标又分为主动式和被动式两种, 一般初始探测时主要使用被动浮标, 进入攻击阶段再使用主动浮标对目标精确定位[28]。锚系声呐浮标是在航空声呐浮标的基础上发展起来的, 由飞机或舰船布设锚定于海底, 用于弥补固定声呐监视系统的探测盲区。中船重工集团第715研究所和海军航空工程学院为我国声呐浮标的研制和应用做了大量工作。

1.2.8 通信浮标

通信浮标 (拖曳浮标) 作为潜艇在水下实现和外界通信的媒介, 是一种典型的通过一种组合的系留/传输线与潜艇相连接的水面下方的运载工具, 可实现潜艇与战斗群的信息互通, 大大提升潜艇的隐蔽通信功能[29]。另一种通信浮标, 主要由浮体、锚系组成, 用以完成水下测量装置与水面舰船平台或岸基平台之间的数据传输和指令中继[30]。

1.3 按锚系划分

按是否有锚系, 可以划分为有锚系留浮标、无锚浮标。有锚系留浮标多为大型浮标, 如导航浮标、水文气象浮标、水质浮标等, 锚系置于海底, 用以浮标定位, 防止走标;少数为中小型浮标, 锚系悬浮于水体中, 用以浮体的定位和减少水下系统的漂移, 如波浪浮标和海冰浮标。无锚浮标, 浮标没有锚系, 悬浮于水体之上, 在指令控制下上下运动, 如潜艇通信浮标, 可通过系留/传输线与潜艇相连接, 实现信息传输。

2 海洋浮标监测系统组成

海洋浮标监测系统通常由浮标系统、锚泊系统和岸站系统3部分组成。

2.1 浮标系统

包括浮体、标架、供电设备、防护设备和各类传感器等。

2.1.1 浮体

浮体是塔架和各类仪器设备在海上的承载体, 形状有圆盘形、圆柱形、船形、球形、椭球形、圆台形等[31]。考虑到牢固耐用和减轻自身重力, 浮体材质多采用复合型材料, 如造船钢 (3C) 、PVC、铝合金、超强离子聚合胶、玻璃钢等, 且除设备舱外其他舱室均填充浮力材料。目前浮体生产已经实现国产化, 如国家海洋技术中心、山东省科学院海洋仪器仪表研究所、中船重工集团第715研究所 (杭州应用声学研究所) 等科研单位已经有浮体产品化生产。今后的研究重点要向质轻、防腐、防生物附着、耐用等方向发展。

2.1.2 标架

标架通常采用普通钢 (A3) 、不锈钢材质, 上面安装气象传感器、警示灯、GPS定位仪、雷达反射器、太阳能电池板等。近年来又选用铝合金材料, 在确保标架坚固耐用的同时减轻标体重量。

2.1.3 供电系统

浮标通常被布放于远离岸边的海水中, 这就要求其具有独立的供电系统。小型浮标一般配备一次性锂-锰干电池或碱性电池提供能量。中型浮标均采用太阳能电池和蓄电池组合供电, 例如厦门湾海洋水质在线监测浮标配置3块MSX20R型海洋级超强太阳能电池板, 储电系统选用100AH/20HR LCX1265CH型高性能蓄电池, 整个系统由太阳能电池板、保护电路和蓄电池组成。大型导航浮标因其结构和功能特点而采用柴油发电机供电, 同时也配备蓄电池组。当前的常规方式是为海洋浮标监测系统配备太阳能电池, 考虑到阴雨天气和风浪的影响, 除常规太阳能电池以外, 还可以考虑研制配备风力发电机、波浪发电机等, 采用风光波能互补供电, 保障海上长期阴雨天气、恶劣海况下的不间断供电。

2.1.4 防护设备

为避免浮体及设备受外力 (如渔船) 冲击而损坏, 在标架上安装警示灯和雷达反射器, 同时在浮体最大直径外围及标架周边设置防撞橡胶圈。为能实时掌握浮标锚泊位置, 浮标上还装有GPS卫星定位系统, 浮标一旦发生漂移或丢失, 可及时到现场修正或按移动轨迹找寻。

2.1.5 防污损措施

为避免和减少海水侵蚀和生物附着对浮体的负面影响, 保障正常工作, 对浮体及水下仪器和锚系进行防污损处理是十分必要的。传统的做法是涂覆防污涂料, 如氧化亚铜、氧化汞等无机毒物和有机锡化合物、有机铅等[32]。近年来, 通常采取对浮标水线以下部分设置牺牲阳极进行阴极保护的措施[33], 并对浮标全部外表面进行喷铝防腐处理, 在浮标下水前, 水线以下表面涂覆长效防污漆, 以防止海洋生物的附着。对浮标系统进行定期维护并清除附着生物也是一种有效的防护办法。

2.1.6 传感器

不同功能的浮标承载不同类型、不同数量的传感器。水文气象浮标承载水文气象传感器, 可监测风速、风向、气压、气温、流速、流向、水温等参数;水质浮标承载水质、营养盐传感器, 可监测水温、pH、盐度、溶解氧、营养盐 (磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐) 、氨氮等参数, 还可以加测浊度、叶绿素和蓝绿藻等参数。此外, 一些专项浮标承载温盐传感器、波浪传感器、光学仪器等, 可获取深海温盐剖面数据、波浪数据、海洋光学特征数据等。目前, 光照、水深传感器已经实现国产化生产, 但水质、气象、营养盐传感还主要依赖进口, 如美国Wetlabs公司生产的水质和磷酸盐传感器, 芬兰Vaisala公司的六要素气象传感器, 意大利Systea公司生产的三通道 (氨氮、硝氮和亚硝氮) 传感器。进口传感器不仅价格昂贵, 且试剂更换、仪器检修周期长, 一旦发生故障, 容易造成监测中断。虽然水质、气象、营养盐传感器也有国内产品, 但相关技术参数与国际先进水平相比还存在一定差距, 还需要国内相关科研单位继续努力。

2.1.7 数据采集、存储和传输

海洋浮标监测系统数据采集普遍采用了高可靠性、低能耗微处理机作为数据采集控制的核心, 各传感器在指令控制下开展自动、长期、连续监测数据的采集, 如美国Campbell Scientific Instrument公司的CR10X型测试与控制系统。浮标上装有大容量存储卡或存储硬盘, 可将各测量项目采集的数据进行快速存储。浮标的数据传输系统主要采用无线通信方式, 目前应用较多有:GSM、CDAM和GPRS通信方式、Inmarsat-C海事卫星以及铱星卫星通信方式。海洋浮标监测系统的数据采集与传输可同时进行, 数据传输采用加密模块处理, 确保数据传输安全, 通过数据软件可浏览实时数据、报表;存储系统可采用太阳能和电池双相供电, 不会因连续阴雨天气造成数据丢失;快闪存储器容量大, 并可根据要求扩展容量, 确保数据的存储安全。一旦遇到恶劣天气, 可通过主控平台切断数据传输, 但数据采集、存储仍能正常工作, 不会造成恶劣天气时的数据漏测。

2.2 锚泊系统

锚泊系统由锚、锚链和系链环组成, 它是浮标定位的重要设施。大型导航浮标定位常采用钢筋混凝土锚旋和大抓力锚, 以防止走锚。中型水文气象、水质监测浮标通常采用全锚链单点系泊, 锚锭为水泥沉块或钢锭, 以钢丝绳或有档铸钢锚链与浮体相连。也有少数采用三锚系留, 以加强浮体的稳定性。锚泊系统的设计经验性很强, 不只与锚、链组成有关, 更与所投放浮标海域环境有关。海况良好的海域, 风浪较小, 锚由缆绳或钢丝绳系留固定;海况恶劣的海域, 风浪大, 除了增加锚重外, 还要考虑选用弹性锚链系留, 以缓冲风浪的冲击力, 确保锚泊系统位于预定区域。淤泥底质海域可选用三叉抓锚, 便于锚系抓陷固定;砂石底质海域通常选用锚定固定, 可以是单锚、双锚或多锚。

2.3 岸站系统

岸站系统由岸站计算机、卫星通信机、打印机和电源等设备组成, 完成浮标传输数据的接收、处理和存储。按照通信方式可分两类:一类是短波通信接收岸站, 接收短波通信机发来的信息, 如FZF2-1型及FZF2-2型海洋资料浮标系统的接收岸站;另一类是卫星通信接收岸站, 如FZF2-3型浮标和水质监测浮标的接收岸站。

3 海洋浮标监测数据的质量控制

浮标承载的各类仪器设备和传感器受海水侵蚀、生物附着污染、渔船等外力碰撞, 容易导致传感器灵敏度受损, 使监测值产生较大偏差。因此, 必须对浮标监测数据进行质量控制。国际Argo计划资料组根据不同的Argo资料用户, 建立了两个资料质量控制模式:实时质量控制模式和延时质量控制模式。由于实际海况的复杂多变, 这两种模式在实际应用时都需要进行完善和订正。

水质监测浮标数据质量控制方法研究较少, 目前普遍采用的一种方法是进行比对监测和偏差分析, 即人工现场监测与浮标监测同时进行, 再将两种方法获取的数据进行偏差分析。张彩云等以厦门西海域水质自动监测浮标采集的叶绿素资料为例, 通过建立域值初检验、异常值检验和均方差检验剔除其中的不良数据, 同时采用现场调查对浮标叶绿素资料进行验证, 结果表明二者的变化趋势相当一致, 但浮标测量的叶绿素值只约为现场叶绿素值的1/2。孙喜艳等选取温度、风向和风速3个参数, 计算偏差, 进行比对分析, 结果表明:现场测定温度高于浮标测定值, 而风速稍小于浮标测定值, 风向的转变比较一致[12]。

4 海洋浮标监测资料的应用

我国目前已完成投放的浮标种类多, 数量大, 每年获取的监测数据也非常丰富, 浮标监测数据的应用自然成为一个重点也是一个难点。近年来, 我国利用参与国际Argo计划的机会, 利用Argos漂流浮标资料对南海、东海和西太平洋黑潮入侵的主要特征及其季节变化进行了较好的研究, 对海流水团变化、海水温-盐度分布特征、混合层深度变化、反气旋涡特征、水层对台风过境的响应等的也进行了较好的研究。

近几年, 山东、广东、广西、海南、天津、浙江等沿海省、市、自治区陆续在所辖海域投放了水质在线监测浮标, 对其监测资料也进行了一些探索应用, 但研究成果较少, 难度也较大。目前仅在应用浮标监测资料进行赤潮预报方面取得了较好的效果[16], 赤潮暴发前往往会出现一些前兆, 如溶解氧、pH值会出现增加的趋势, 叶绿素会出现较大波动的异常现象, 再监测浮游生物量是否出现异常现象, 就可进行赤潮发生情况的判断, 进行预警预报。集水文气象水质传感器于一体的多参数监测浮标资料的应用还有待进一步研究。

摘要：文章介绍了国内海洋浮标监测系统的类型、系统组成、监测资料的质量控制和应用概况。将国内常见的海洋浮标监测系统划分为8个类型。监测系统通常由浮标系统、锚泊系统和岸站系统3部分组成, 其中浮标系统通常包括浮体、标架、供电设备、防护设备和各类传感器等。近年来研制开发集水文气象水质生物监测于一体的多参数海洋自动监测浮标系统是一个重点, 但已有浮标系统监测资料的质量控制和应用还有待进一步研究。

海洋测量误差处理技术探讨篇9

关键词：海洋测量误差；处理技术

一、从粗差定位到系统误差补偿

（一）粗差定位

人们在测量学领域，习惯以误差产生原因、特性以及大小作为依据，将其分为偶然误差、系统误差以及粗差三个部分。观测值中只存在偶然误差是经典测量平差法的前提条件，在现代测量平差中则对平差要求涉及到系统误差和粗差，从而对平差结构的可靠性进行保证[1]。在进行海洋测量的过程中，各种因素都会对其产生影响，因此与陆地测量相比，出现粗差的概率大大提升，并且由于难以重复观测海洋测量以及几何图形检核条件的缺乏，所以在海洋测量资料质量控制和检查中如何处理粗差这一问题十分重要。远小于或远大于正常值的异常数据就是粗差。

目前需要做的定位海洋测量中的异常数据，但粗差并不是完全造成异常数据的因素，所以对于异常值的真伪需要以当时的仪器状态以及海况条件为依据进行分析。在检查资料的过程中，需要做到将异常值自动查找出来，并对其位置进行准确定位。目前使用的主要有两类方法，一种是在建立在统計推值和函数基础上的比较判别法，一种是建立在经典统计理论上的误差统计检验法。但这些传统方法在实际应用中具有不稳定性。对此，需要在海洋测量数据处理领域中引入抗差估计理论，从而将海洋测量异常数据统计检验的抗差能力进行提升。

（二）系统误差补偿

在海洋测量的整个过程中，各种误差源都不可避免的会对其产生影响和干扰，这些一般表现为随机性或系统性[2]。出现系统性偏差的重要原因就是各项改正不足或过量、海况条件差异以及仪器校准误差。通常情況下，都以测区系统差来称呼检查线方向或主测线方向均呈系统变化的误差，用测线系统差来概括只在单一测线呈现系统性变化的误差。

以系统误差的变化特征为依据，可以将测线系统差和补偿测区系统误差的计算公式算出。但在公式的基础上，如果系统不具有明显的误差，也就是以处理系统误差的方法处理偶然误差，这种方法无法将矛盾消除，还会导致原始数据发生畸变，从而使得更大的误差出现。对此，需要以方差分析方法为依据，将海洋测量系统误差显著性检验标准建立起来。其原因就在于参量测量在海面上，因此可以将其作为抽样试验看待，将测线方向和测线位置当作试验条件差异看待。对此，测量中的系统误差和方差分析中的条件误差相对应，偶然误差就会变为试验误差。

二、从测线滤波到测线网平差

（一）测线滤波

在进行海洋测量的过程中，一般都需要测量船的航行路线保持直线匀速，但由于海浪、风等的影响，所以实际上测量船的航线并不是直线匀速的，测量船时刻都在以定位结果为依据对船的走向进行修正，在这一过程中，船的航线为波动变化的情况[3]。并且过去在进行海洋重力测量工作时，定位技术还不够发达，且具有较低的精准度，为了对各种干扰进行规避，就需要滤波处理定位数据，从而奖最佳的估计提供给测量船。一般情况下都是用样条函数、三角多项式、正交多项式以及一半多项式拟合航迹线，在对各种函数的长处和短处进行分析后将其适用条件指出，这些在实际应用中都对我国的磁力测量和海洋重力测量的成果进行了提升。

（二）测线网平差

在广泛应用GPS定位系统之前，海洋测量的误差大多都集中在定位因素上，尤其是在测量海洋磁力和重力的过程中。在测量重力的过程中，定位误差除了海洋重力测量的精确度处理受到E？tv？s 效应的间接影响外，还由测点位置对误差进行确定，进而造成测线交叉点与海洋重力测量的不相符，由于没有准确的定位，因此需要对不同的两个位置的自由空间重力异常值进行比较。这种交叉点与值的大小不符合情况一般由测点位置误差引起，这一点是由测量区域的重力变化梯度决定。

通过研发的新模型可以对交叉点坐标改正数使用航迹线拟合系统进行替代，对统计相关模型进行转变，转变为函数相关模型，从而将测线网平差的整体性体现出来，还能对运算过程进行简化[4]。

结语：本文就海洋测量误差处理技术进行了探讨，通过对误差出现原因的分析和误差处理方法中的不足进行分析和研究，我国一直在对海洋测量方法进行不断地创新和完善，通过对测量方法的完善，进一步推动我国海洋测量工作的发展。

参考文献

[1]向龙凤，孙超，李明杨.非均匀海洋环境噪声中的匹配场处理舰船辐射噪声级估计方法[J].声学学报，2015，06：779-788.

[2]郑一，岳军，纪乃华，施国全，韦俊霞.基于PAADCP的海流流速的误差分析及校正方法[J].海洋科学，2013，05：81-86.

[3]欧阳永忠，陆秀平，米阳，吴太旗，任来平，黄辰虎.通用走航式海洋测量作业平台的设计与实现[J].海洋测绘，2012，06：1-6.

[4]季顺迎，王安良，王宇新，李海，岳前进.渤海海冰现场监测的数字图像技术及其应用[J].海洋学报（中文版），2011，04：79-87.

浅谈海洋环境监测报告的审核篇10

1海洋环境监测报告的定义

海洋环境监测报告, 一般是指按照海洋环境监测计划 (或方案) , 在完成现场调查监测、实验室分析、数据处理和评价等工作后, 将海洋环境评价工作的各环节有机地联系起来, 逻辑地表达各项评价的结果, 以报告书 (或文件) 的形式对海洋环境质量作出概括性的、准确的、客观公平的结论的技术性文件[1]。根据我国目前海洋环境监测工作的特点, 海洋环境监测报告一般包括有:《海洋环境监测报告》《海洋环境影响评价报告》《海洋倾倒区选划 (增量论证) 报告》《海域使用论证报告》和《海洋环境质量公报》等。

从以上定义可以看出, 海洋环境监测是一项系统性工作, 这项监测工作的过程包括了各个不同的工作阶段, 且监测项目多, 涉及专业面广, 决定了海洋环境监测报告的审核是一件复杂而繁琐的工作。

2制定审核制度

为了对外提供高质量的海洋环境监测报告, 各监测机构首先应从体制上考虑问题, 建立监测报告的审核制度, 形成一套完善的内部质量审查机制, 落实职能部门, 明确报告审核职责。审核制度的建立一般包括:审核的程序、审核人员要求、审核的内容和报告批准等内容。海洋环境监测报告的审核由技术负责人负责技术把关, 监测机构成立由技术负责人牵头组成的监测报告内审专家组, 经内审专家组对监测报告进行技术审查合格, 送批准人签字后, 方可对外提供。例如, 国家海洋局于2009年4月13日发文《关于进一步加强海域使用论证工作的若干意见》, 针对《海域使用论证报告》的审核作出明确规定, 要求各具有海域使用论证资质的单位须建立和健全论证报告内部审核制度。

3建立审核程序

海洋环境监测报告编写完成后应立即启动审核程序, 尽快完成报告的审核工作, 报批准人批准后对外发布。一般来说, 监测报告的审核程序包括以下几个工作环节。

3.1成立内部审核专家组

由本机构具有一定资质和相关专业知识的审核人员组成, 也可聘任外单位的专家人员。

3.2报告审核

根据监测报告性质和类型, 一般可采取会议审核和咨询审核两种方式。对于监测内容较全、涉及专业面广的重要的大型海洋环境监测报告, 采用会议审核的方式进行全面、详细和严肃的审查, 会上充分讨论后最终形成书面修改意见, 根据意见组织编写人员逐条修改, 完善监测报告;而对于监测内容较少的小型监测报告, 可采用咨询审核的方式进行内部技术审查, 收集各审核专家的书面修改意见后, 由报告编写人员按要求进行修改。

3.3报告批准与发布

经过反复多次的慎重审核、修改和完善后, 送报告批准人 (一般为监测机构负责人或者技术负责人) 批准后, 对外发布或者提交委托人。

3.4监测数据审核程序

监测数据是高质量的海洋环境监测报告的前提和保障, 是监测报告编写工作重要的基础资料之一。针对海洋环境监测数据的审核, 则应按计量认证的有关规定要求实行“三级”审核程序[2]。

一审:由质量监督员 (或科室负责人) 对编制人员签字后的《检测报告》、原始记录进行审核。

二审:由数据审核 (或质控) 部门对《检测报告》、原始记录进行审核, 对不合格的《检测报告》或者数据记录应附修改意见后退回, 并要求重新编制, 必要时则应重新开展实验室分析工作、甚至重新开展监测工作。

三审:由监测机构实验室授权签字人对《检测报告》进行最后审核, 审核结果无误, 签字后 (并明示其职务) 进行结果的报告。

4审核人员资质

审核专家组一般由3～5名具备高级工程师以上职称的专业人员组成, 能覆盖监测报告涉及的各专业领域, 如海洋化学、物理海洋、海洋生物生态、海洋地质、海洋测绘等。

审核人员应具备相应的工作经历, 长期连续从事海洋环境监测工作达8年以上;熟悉和掌握海洋环境监测相关法律法规和技术规程、标准、方法;具备对监测结果作出相应评价的判断能力。

监测报告批准人 (授权签字人) 应具备相应的工作经历;具备相应的职责权利;熟悉或掌握检测技术及实验室体系管理程序;熟悉或掌握所承担签字领域的相应技术标准方法;熟悉监测报告的审核签发程序;具备对检测结果作出相应评价、判断、分析和推理能力;熟悉和掌握海洋环境监测相关法律法规和技术规程、标准、方法等。

5审核内容

5.1监测工作的规范性

监测方案设计是否合理和具有针对性, 包括:监测频率、监测内容与项目、采样方法、站点布设、评价方法等;根据不同的海洋工程性质正确选取监测内容与项目, 根据污染特征物正确选取评价因子。具体应以国家海洋局颁布实施的各监测技术规程为审核依据, 如《海洋工程环境影响评价技术导则》《海洋倾倒区选划技术导则》《建设项目海洋环境影响跟踪监测技术规程》《海域使用论证技术导则》和《陆源入海排污口及邻近海域监测技术规程》等。

5.2监测报告的数据

5.2.1 数据的可靠性

采样分析人员是否持有上岗证;实验室分析仪器设备是否经过计量检定并在有效期内;现场采样和实验室分析方法应优先使用国家标准或行业指定方法, 如使用非标准方法 (仪器说明书、自行研究设计) , 在使用前应经过方法确认。以上均为确保监测数据准确可靠和提高监测数据出门合格率的必要条件。

数据处理要符合方法标准规范的要求, 按照规范进行数值修约和保留有效数字, 使用法定计量单位, 符号规定、名词术语应按标准规定的称谓。监测数据的计算公式、统计和评价方法是否符合规范要求, 如监测项目有未检出现象时应按约定的方法进行统计和计算, 对可疑数据、离群数据和异常值是否按《海洋监测规范》第2部分:数据处理与分析质量控制中规定的方法进行检验和判别等。各项质控指标是否符合要求, 如空白值、精密度、准确度是否都在技术文件规定的允许范围内。

5.2.2 数据的相关性[2,3]

结合现场采样情况, 分析在同一站位、同一次监测中, 不同项目的监测结果与其相互关系项是否吻合、数据逻辑关系是否合理, 从而分析和判断数据的可靠性。如某些研究表明, 在海洋环境中溶解氧 (DO) 、化学需氧量 (COD) 以及生化需氧量 (BOD) 3项参数之间存在着一定的相互关系[4], 同一水样中COD>COD Mn, COD>BOD5 , 硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮之和小于总氮浓度。

充分利用各监测参数之间的相关关系, 可以使数据审核达到事半功倍的效果。对临界性数据要进行详细的审核, 即对环境标准附近的监测数据进行全面细致的复查, 防止由于小的失误, 导致监测结果质的变化。

5.3监测报告的内容

各监测技术规程、导则等技术文件的规定均有具体的编写内容要求, 如《海洋工程环境影响评价技术导则》《海洋倾倒区选划技术导则》《建设项目海洋环境影响跟踪监测技术规程》和《海域使用论证技术导则》等都对报告的内容作出了规范性规定。但是, 依据海洋工程或者监测工作的特点和监测的具体内容, 可对个别章节和内容进行适当的增减。对于监测报告内容的审核, 应严格按要求执行审查, 各章节内容必须严格要求做到与技术文件规定的报告内容一一对应, 求全不缺;数据要翔实, 分析要透彻, 论述要求既要有深度, 还要有广度, 纵横结合, 论证充分;各章节间应相互联系, 前后不矛盾, 思路清晰, 逻辑严谨;文字表述要求做到, 文字简练, 意思明确, 语句通顺。

5.4测报告格式的统一性

监测报告的格式应按照各监测技术规程、导则等技术文件规定的要求统一编制, 审核时按要求执行。监测报告文本外形尺寸为A4 (210 mm×297 mm) , 封面各行文字间距应适宜, 整体保持美观;封里1分行写清:报告编制单位、编制单位负责人、单位技术负责人、监测项目负责人、编制人、审核人、批准人等;封里2一般为监测机构的资质证书彩印件 (A4规格) , 《海域使用论证报告》等大型报告还应有封里3 (各专题报告名称、协作单位全称、负责人) 和封里4 (报告各个章节的编制人、审核人) 。监测报告最后还应有附件、附录、参考文献等。

5.5监测报告与合同规范的符合性[2]

审核监测报告与合同规范是否符合, 主要包括:监测项目是否完整;监测方法是否为规范规定的标准方法, 如使用非标准方法是否经过客户的确认;分包项目是否经过客户同意, 监测报告中是否明确说明;合同中客户要求的其他信息是否在报告中体现;非计量认证、实验室认可项目在监测报告使用计量认证章 (CMA) 时, 必须标注清楚等。

5.6监测报告结论的正确性和评价的合理性

海洋环境监测报告结论部分的审核, 应把握结论与建议是否遵循以下几项原则。

(1) 基本要求。

结论应做到:文字简洁、条理清晰、用词准确、语句通顺、层次分明、篇幅不宜过长, 建议要结合评价结果提出针对性工作措施, 到位, 可行, 可操作性强。

(2) 客观、公正。

应在全面分析各项目监测数据和充分论述、概括、总结全部监测评价工作的基础上, 实事求是, 客观、公正地给出结论。

(3) 观点明确、科学准确。

根据监测数据和适用的评价标准, 得出合理的结论, 观点表述清晰、准确、完整, 用语要明确规范, 不用“可能”“大概”“基本上”等模糊语言, 并尽量减少产生误解和误用的可能[2]。

摘要：监测报告的审核是海洋环境监测质量保证工作的最后环节。文章结合日常开展海洋环境监测报告审核的工作实际, 从审核制度、审核程序、审核人员资质、审核内容等方面, 对监测报告的审核进行了阐述。

关键词：监测报告,审核,制度,程序,人员,内容

参考文献

[1]刘现明.海洋监测质量保证手册[M].北京:海洋出版社, 2000.