我國海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)及系統(tǒng)的研究

王悅靜

摘 要：海洋環(huán)境與漁業(yè)生產(chǎn)、人類健康和海洋資源的安全性息息相關(guān)，隨著海洋資源開發(fā)速度的不斷加快，海洋資源和海洋環(huán)境污染日益惡化，海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)及系統(tǒng)的研究和應(yīng)用對于海洋生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。該文對我國近幾年海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)及系統(tǒng)的研究和發(fā)展進行了概述，并對海洋環(huán)境監(jiān)測和管理面臨的問題進行了展望和建議。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境；監(jiān)測；預(yù)警

中圖分類號：X834 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

海洋是生命的搖籃和人類的資源寶庫，海洋環(huán)境的監(jiān)測研究對象包括海水、溶解和懸浮于海水中的物質(zhì)、海底沉積物、海洋生物以及海洋動力環(huán)境等。隨著人類對海洋資源開發(fā)規(guī)模的日益擴大，海洋環(huán)境受到人類活動的影響，面臨嚴(yán)重的污染問題。石油、污水、重金屬等垃圾不斷地被投入海洋，塑料污染日益嚴(yán)重。目前我國一些沿岸海灣、河口及局部海域海洋水體污染較嚴(yán)重。海洋生態(tài)環(huán)境受到破壞，不僅海產(chǎn)資源質(zhì)量下降，而且嚴(yán)重威脅沿海區(qū)域人民群眾的健康，造成巨額損失。加強海洋生態(tài)環(huán)境保護已刻不容緩，政府及決策部門應(yīng)加強對海洋環(huán)境變化趨勢及海洋環(huán)境污染狀況的監(jiān)督和管理工作，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對海洋環(huán)境形勢進行合理準(zhǔn)確地判斷，查找污染源，制定合理有效的防治措施。

海洋監(jiān)測工作是海洋生態(tài)環(huán)境保護工作的基礎(chǔ)，監(jiān)測質(zhì)量與監(jiān)測技術(shù)手段密切相關(guān)，近幾年來，我國在海洋監(jiān)測技術(shù)上取得了快速發(fā)展。除了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)外，還結(jié)合并發(fā)展了GIS和遙感技術(shù)、電化學(xué)傳感、分子生物學(xué)、浮標(biāo)監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種監(jiān)測技術(shù)，這些技術(shù)的運用能夠?qū)Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境及資源情況與實時動態(tài)變化開展準(zhǔn)確高效的監(jiān)測，建立起具有綜合性和精準(zhǔn)度的數(shù)據(jù)處理監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為管理和保護海洋生態(tài)環(huán)境提供技術(shù)支撐和保障。

1 GIS 技術(shù)

運用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對各種空間信息和環(huán)境信息的快速、準(zhǔn)確、可靠的收集、處理和更新。李炳南將 GIS 技術(shù)與決策支持系統(tǒng)相結(jié)合，并構(gòu)建了適合渤海北戴河鄰近海域的赤潮災(zāi)害風(fēng)險評估模型、預(yù)測預(yù)報模型、應(yīng)急處置模型和損失評估模型，將數(shù)據(jù)庫和組件技術(shù)相融合實現(xiàn)了模型的開發(fā)應(yīng)用，研究成果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)分析、動態(tài)查詢及系統(tǒng)管理等功能，為赤潮災(zāi)害的應(yīng)急管理和決策部署提供實時準(zhǔn)確的信息支持。

方磊設(shè)計了一款 GIS 集成框架，構(gòu)建了近海碳通量遙感信息的可視化構(gòu)形模型，可以有效結(jié)合遙感數(shù)據(jù)的時間、空間和專題屬性，實現(xiàn)時空數(shù)據(jù)的相互融合與轉(zhuǎn)化，提高海洋碳循環(huán)時空過程模擬與認(rèn)知的直觀程度，為海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)及信息的可視化管理提供了新思路和新途徑。

陳星亮以增強海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性為目的，為了滿足不同海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制要求，建立海洋環(huán)境評價模型以及由海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)集成、海洋環(huán)境分析評價、評價結(jié)果預(yù)警控制組成的海洋環(huán)境評價預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分層次質(zhì)量控制，并形成質(zhì)控報告，有效提高了海洋環(huán)境分析評價預(yù)警業(yè)務(wù)的智能化程度。

2 傳感器監(jiān)測技術(shù)

水質(zhì)傳感器可以對海水 pH 值、溶解氧、電導(dǎo)率、溫度等參數(shù)進行監(jiān)測?？蓪⑺|(zhì)傳感器制作成立體水質(zhì)傳感裝置，并結(jié)合計算機圖像顯示系統(tǒng)完成監(jiān)測圖像的處理工作。另外，還可以利用電化學(xué)傳感技術(shù)進行 pH 值、鹽度、海洋重金屬、海洋化學(xué)需氧量、生物需氧量、海洋二氧化碳濃度及致病菌和生物毒素等參數(shù)的監(jiān)測。

隨著海洋石油開發(fā)的迅速發(fā)展，海洋有機污染問題日益嚴(yán)峻，電化學(xué)傳感技術(shù)也可以進行多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、有機氯農(nóng)藥等有機污染物的監(jiān)測。浮標(biāo)監(jiān)測技術(shù)本質(zhì)上其實是傳感器技術(shù)。該項技術(shù)集成了化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器、生物傳感器等傳感器技術(shù)實現(xiàn)對海水的取樣及自動分析功能，然后將分析結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，從而實現(xiàn)海洋環(huán)境信息的收集和分析。浮標(biāo)監(jiān)測技術(shù)是一種集成自動采樣分析、數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)通信和定位、浮標(biāo)設(shè)計和制造及防生物附著技術(shù)等現(xiàn)代先進技術(shù)的多功能高效監(jiān)測方法，可見該技術(shù)功能性極強，是未來海洋環(huán)境及資源狀況監(jiān)測技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。

3 多技術(shù)集成系統(tǒng)

目前，海洋監(jiān)技術(shù)向著高度集成化、綜合化的具有信息自動處理能力的監(jiān)測信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?；诒倍沸l(wèi)星設(shè)計的適用于近海岸多參數(shù)監(jiān)測的海洋監(jiān)測浮標(biāo)系統(tǒng)，通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有效解決海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)的通信傳輸問題，并能夠通過地面站輕松獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用雙向通信功能對遠在萬里之外的設(shè)備進行遙控。

利用云計算中的 Hadoop 處理機制，開發(fā)建立可視化的海洋環(huán)境信息監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能夠快速高效地建立海洋環(huán)境信息庫，而且可以實現(xiàn)便捷的數(shù)據(jù)信息搜索服務(wù)?；?Android 的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到后臺服務(wù)器，然后通過 Android 調(diào)用后臺接口來獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在移動端 App 上查詢的功能?；隈詈贤ㄐ沛湹暮Ｑ蟊O(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以將有線鏈路和無線鏈路有機耦合，為監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸和處理提供冗余鏈路及多種選擇，能夠提高傳感器網(wǎng)絡(luò)在海洋環(huán)境中使用時的可靠性。

另外，目前還有學(xué)者開發(fā)設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及信息管理系統(tǒng)，通過在監(jiān)測海域搭建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工作，然后利用無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)，最后在信息管理系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的接收和處理，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化及對海洋環(huán)境的智能、動態(tài)監(jiān)測。有學(xué)者研究開發(fā)了一套基于通用監(jiān)控系統(tǒng)（MCGS）組態(tài)軟件的海洋生態(tài)環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)軟件，并結(jié)合營養(yǎng)鹽、多參數(shù)、海水總有機碳等傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對海洋水質(zhì)綜合參數(shù)、營養(yǎng)物質(zhì)、有機物的實時自動監(jiān)測，并通過數(shù)據(jù)傳輸終端將數(shù)據(jù)實時傳至數(shù)據(jù)中心。該軟件的可移植性和擴展性較強，操作方法簡單易懂，維護方便。

4 展望和建議

雖然近幾年我國海洋環(huán)境監(jiān)測裝備技術(shù)發(fā)展迅速，但與國際先進水平相比仍存在一定差距。今后應(yīng)著力提升核心關(guān)鍵技術(shù)水平和海洋信息獲取及安全保障能力。在技術(shù)創(chuàng)新方面，更加注重基于新原理、新材料、新工藝的海洋綜合信息傳感技術(shù)的研究，特別是光電磁傳感器技術(shù)在海洋環(huán)境監(jiān)測方面的研發(fā)和應(yīng)用，不斷提升傳感器和平臺載體的性能，以滿足全海域、全海深、全天候的工作要求，而且還要大力發(fā)展和推廣海洋環(huán)境立體監(jiān)測技術(shù)。同時，還應(yīng)該建立并完善海洋監(jiān)測管理制度及海上公共試驗平臺運營管理機制，實現(xiàn)科技資源的開放共享和高效利用。

參考文獻

[1]李炳南.基于的赤潮災(zāi)害應(yīng)急決策支持系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].上海：華東師范大學(xué)，2014.

[2]方磊.近海碳通量遙感信息的可視化構(gòu)形與時空過程表達[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2015.

[3]陳星亮.GIS 在海洋環(huán)境評價預(yù)警中的應(yīng)用于研究[D].青島：青島科技大學(xué)，2016.

[4]張雅楠.關(guān)于海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)集成研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（22）：173.