我國海洋觀測裝備“卡脖子”問題的破解對策建議

摘 要：該文中“卡脖子”問題是指我國海洋觀測裝備在發(fā)展過程中遇到的瓶頸和限制，阻礙了海洋科學(xué)研究和海洋資源利用。該文對我國海洋觀測裝備的發(fā)展進(jìn)行需求分析，從海洋觀測平臺和海洋傳感器的發(fā)展兩個方面介紹我國海洋觀測裝備發(fā)展的現(xiàn)狀；從創(chuàng)新能力、成果轉(zhuǎn)化能力、國產(chǎn)化應(yīng)用、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測試試驗(yàn)等方面分析“卡脖子”問題出現(xiàn)的原因，針對這些問題提出加強(qiáng)海洋儀器設(shè)備應(yīng)用的調(diào)研和評估、提升設(shè)備的精準(zhǔn)度和可靠性、進(jìn)行海洋儀器設(shè)備攻關(guān)加快研發(fā)和推廣、完善海洋標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)測試體系等一系列措施建議。有助于提高我國海洋觀測裝備的整體技術(shù)水平，促進(jìn)海洋科技的進(jìn)步，推動我國在海洋觀測領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：海洋觀測裝備；觀測平臺；傳感器；對策建議；海洋科技

中圖分類號：P715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）27-000７-0４

Abstract： The "stranglehold" problem refers to the bottlenecks and limitations encountered in the development of marine observation equipment in China， which hinders marine scientific research and the utilization of marine resources. This paper analyzes the demand for the development of ocean observation equipment in China， and introduces the present situation of the development of ocean observation equipment in China from two aspects of the development of ocean observation platform and ocean sensor. The causes of "stranglehold" problems are analyzed from the aspects of innovation ability， achievement transformation ability， domestic application， technical standards and testing， etc. In view of these problems， a series of measures and suggestions are put forward， such as strengthening the investigation and evaluation of the application of marine instruments and equipment， improving the accuracy and reliability of equipment， tackling key problems of marine instruments and equipment， speeding up research and development and popularization， and perfecting marine standards and test systems. It will help to improve the overall technical level of China's ocean observation equipment， promote the progress of marine science and technology， and promote the sustainable development of our country in the field of ocean observation.

Keywords： ocean observation equipment; observation platform; sensors; countermeasures and suggestions; marine science and technology

海洋觀測是海洋科學(xué)和海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，為了更好地了解海洋環(huán)境和開發(fā)海洋資源，我國一直在加大海洋觀測裝備的投入[1]。我國海洋觀測裝備的水平，直接反映了其在綜合科技實(shí)力和海洋管理能力方面的表現(xiàn)，是推動海洋強(qiáng)國建設(shè)的重要支柱。海洋觀測裝備作為我國開展海洋科學(xué)研究和保障國家海洋環(huán)境安全的重要工具，一直受到政府和科研機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注[2-6]。黨的十八大以來，“建設(shè)海洋強(qiáng)國”連續(xù)三次寫入黨的全國代表大會報(bào)告。2022年4月，習(xí)近平總書記在海南考察時強(qiáng)調(diào)，要推動海洋科技實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)，加強(qiáng)原創(chuàng)性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，把裝備制造牢牢抓在自己手里，努力用我們自己的裝備開發(fā)油氣資源，提高能源自給率，保障國家能源安全。因此，發(fā)展我國海洋觀測裝備具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。隨著國家海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略推進(jìn)以及面對復(fù)雜的國際形勢[7]，對海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋生態(tài)保護(hù)和修復(fù)、海防安全[8]、海洋科學(xué)認(rèn)知[9]等方面提出了更高的需求。先進(jìn)的海洋觀測技術(shù)不僅為科學(xué)研究提供了可靠數(shù)據(jù)支持，深化了對海洋環(huán)境、氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)的理解，同時也為海洋資源的可持續(xù)開發(fā)和管理提供了科學(xué)依據(jù)。

1 我國海洋觀測裝備發(fā)展需求分析

1.1 發(fā)展海洋觀測裝備是防災(zāi)減災(zāi)的需要

積極推動海洋觀測裝備的發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)防災(zāi)減災(zāi)的重要戰(zhàn)略措施。近年來，全球范圍內(nèi)海洋災(zāi)害頻發(fā)，包括氣候變暖、海平面上升、風(fēng)暴潮和災(zāi)難性海浪等，給沿海地區(qū)帶來嚴(yán)重?fù)p失，每年直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億元。當(dāng)前沿海區(qū)域在應(yīng)對這些災(zāi)害時的應(yīng)急觀測和預(yù)警能力明顯滯后，導(dǎo)致?lián)p失不斷擴(kuò)大。發(fā)展先進(jìn)的海洋觀測裝備，實(shí)現(xiàn)自動化和智能化監(jiān)測，對提高海洋災(zāi)害的應(yīng)急觀測和預(yù)警水平至關(guān)重要，可以更有效地防范和減緩災(zāi)害帶來的影響。

1.2 發(fā)展海洋觀測裝備是生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的需要

全球海洋生態(tài)系統(tǒng)受到氣候變化、人類活動等多重壓力的影響，生態(tài)平衡受到破壞，海洋生物多樣性受到威脅。先進(jìn)的觀測技術(shù)能夠提供全面的海洋數(shù)據(jù)，有助于監(jiān)測海洋環(huán)境的健康狀況，識別潛在的生態(tài)問題。通過及時獲取信息，可以采取科學(xué)的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)措施，促進(jìn)海洋生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，確保海洋生物和環(huán)境的健康。

1.3 發(fā)展海洋觀測裝備是海防安全的需要

面對全球復(fù)雜多變的安全威脅，包括海洋災(zāi)害和安全隱患，強(qiáng)大的觀測能力是維護(hù)海域安全和國家海防利益的重要保障。先進(jìn)的觀測技術(shù)可以提供實(shí)時、精準(zhǔn)的海洋信息，幫助預(yù)警潛在威脅，提升國家對海域的感知和控制能力，從而有效應(yīng)對海上挑戰(zhàn)，確保海域的安全和穩(wěn)定。我國海洋安全面臨嚴(yán)峻形勢，尤以南海為甚，亟需發(fā)展海洋觀測裝備，提升對擁有主權(quán)的海域建立掌控能力[8]。

1.4 發(fā)展海洋觀測裝備是海洋科學(xué)認(rèn)知的需要

全球海洋研究面臨著諸多未解之謎，涉及海氣相互作用、多尺度動力過程、深海熱與碳吸收機(jī)制、物理地球化學(xué)環(huán)境變化對資源和氣候的影響、洋底過程等眾多前沿科學(xué)問題。先進(jìn)的觀測技術(shù)提供了豐富、精準(zhǔn)的海洋數(shù)據(jù)，為科學(xué)家深入研究海洋生態(tài)、氣候變化、地質(zhì)構(gòu)造等提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為了深入探索和解決這些問題，迫切需要大規(guī)模發(fā)展先進(jìn)海洋觀測裝備，以實(shí)質(zhì)性推動我國在全球海洋科技領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。通過發(fā)展海洋觀測裝備，可以加深對海洋科學(xué)現(xiàn)象的理解，推動學(xué)科的發(fā)展，為人類更好地保護(hù)、利用海洋資源提供科學(xué)依據(jù)[9]。

2 我國海洋觀測裝備發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 海洋觀測平臺發(fā)展迅速

我國已經(jīng)成功掌握了固定海洋觀測平臺的核心技術(shù)[10]，包括岸基海洋觀測站和雷達(dá)站技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，達(dá)到了國際先進(jìn)水平[11-12]。在海洋觀測領(lǐng)域，浮標(biāo)平臺產(chǎn)品系列化，特別是在西風(fēng)帶環(huán)境監(jiān)測浮標(biāo)方面，我們的可靠性在極端惡劣海況下已經(jīng)達(dá)到或超過國際領(lǐng)先水平，滿足了沿海海域的業(yè)務(wù)化運(yùn)行需求。此外，海洋生態(tài)在線監(jiān)測平臺的發(fā)展良好，與發(fā)達(dá)海洋國家相比差距不大，我們在黃海海域已經(jīng)成功進(jìn)行了長期在線生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的示范運(yùn)行，驗(yàn)證了相關(guān)技術(shù)成果。然而，在移動觀測平臺方面，尤其是無人航行器等移動平臺在我國的業(yè)務(wù)化海洋觀測網(wǎng)中尚未有示范和應(yīng)用[13]，而水下、水面、空中無人航行器等移動觀測平臺雖然發(fā)展迅速[14-16]，但在業(yè)務(wù)化應(yīng)用方面仍有待進(jìn)一步發(fā)展[17]。在衛(wèi)星平臺方面，發(fā)展了海洋水色、海洋動力環(huán)境、海洋監(jiān)視監(jiān)測等系列海洋衛(wèi)星，多顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行。逐步建設(shè)由國產(chǎn)衛(wèi)星主導(dǎo)的海洋天基觀測網(wǎng)，基本實(shí)現(xiàn)全球海洋環(huán)境的逐日觀測。在水色遙感、海洋要素反演、衛(wèi)星精密定軌等技術(shù)方向成果豐碩，支持了業(yè)務(wù)化監(jiān)測應(yīng)用與示范。

2.2 海洋傳感器整體處于“跟跑”階段

近年來，我國在海洋傳感器技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展，然而與國際先進(jìn)水平相比，國產(chǎn)化海洋傳感器技術(shù)整體仍然面臨著跟進(jìn)的挑戰(zhàn)[18-20]。約70%的近海和常規(guī)傳感器已國產(chǎn)化，但超80%的深遠(yuǎn)海和高端傳感器仍依賴進(jìn)口，帶來潛在的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。海洋氣象傳感器中，風(fēng)速、風(fēng)向、雨量和能見度等多為國產(chǎn)，但在可靠性等方面與國外著名的儀器相比還是有差距。溫濕度和氣壓傳感器性能滿足要求，但在環(huán)境適應(yīng)性差、準(zhǔn)確度低等方面還存在問題，導(dǎo)致目前應(yīng)用的設(shè)備幾乎都是進(jìn)口的。海洋動力傳感器中溫鹽深傳感器總體水平已基本跟上國際先進(jìn)裝備水平，但國內(nèi)研發(fā)單位沒有形成規(guī)模效應(yīng)，批量小、市場認(rèn)可度低，導(dǎo)致在應(yīng)用上與美國海鳥公司（Sea-bird Scientific）相比有較大差距。測流和測波儀技術(shù)進(jìn)步大，全球應(yīng)用，但國產(chǎn)化率低，仍主要依賴進(jìn)口。海洋生態(tài)傳感器中在線監(jiān)測傳感器發(fā)展門類齊全，突破了一批國際前沿關(guān)鍵技術(shù)，但與國外仍有差距。已研發(fā)水質(zhì)監(jiān)測傳感器，逐步推廣，但指標(biāo)較國外低端產(chǎn)品略遜，需持續(xù)改進(jìn)。目前，對海水微塑料、新型有機(jī)污染物等的監(jiān)測傳感器仍在方法探索和試驗(yàn)樣機(jī)階段，而在國內(nèi)外，成熟的在線監(jiān)測設(shè)備相對較為稀缺?？傮w來說，國產(chǎn)生態(tài)傳感器仍在追隨國外技術(shù)的階段，自主創(chuàng)新能力相對較低。關(guān)鍵材料和器件對外依賴程度較高，而在產(chǎn)品的長期運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等方面，還需要進(jìn)一步提升和完善，需要經(jīng)過更多的現(xiàn)場測試驗(yàn)證。

3 我國海洋觀測裝備當(dāng)前存在問題

3.1 “從0到1”原始創(chuàng)新能力不足

我國在海洋觀測裝備研究方面主要表現(xiàn)為追隨國外研究、模仿成熟產(chǎn)品，原始理論創(chuàng)新相對不足。核心關(guān)鍵技術(shù)對外依存度高，存在易受制于他人的風(fēng)險(xiǎn)。舉例而言，溫鹽深測量儀已有20多年的自主研發(fā)歷史，但仍然無法自主生產(chǎn)所需的高精度壓力傳感器、壓電晶體以及萬分之一精度石英諧振傳感器等關(guān)鍵組件。深海探測關(guān)鍵技術(shù)裝備目前主要依賴進(jìn)口，尤其在缺乏整體水平超越國外、達(dá)到世界領(lǐng)先水平的同類產(chǎn)品方面，進(jìn)口比例高達(dá)90%以上。這突顯了我國在海洋觀測裝備領(lǐng)域面臨的一些挑戰(zhàn)和依賴性。

3.2 “從1到10”的成果轉(zhuǎn)化能力不夠

國內(nèi)各類科技計(jì)劃紛紛支持海洋領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)，但各承擔(dān)單位更注重項(xiàng)目的申報(bào)和立項(xiàng)，而在項(xiàng)目執(zhí)行過程中只是追求達(dá)到項(xiàng)目驗(yàn)收指標(biāo)，形成的核心技術(shù)成果往往在項(xiàng)目結(jié)題后未能得到后續(xù)研發(fā)改進(jìn)的投入。缺乏后續(xù)應(yīng)用的考核機(jī)制，導(dǎo)致產(chǎn)品化開發(fā)工作滯后，技術(shù)迭代和固化相對較少。此外，技術(shù)研發(fā)與市場有效結(jié)合的機(jī)制不夠完善，普遍存在過于重視技術(shù)突破和系統(tǒng)集成，卻相對輕視產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化的情況。

3.3 國產(chǎn)化應(yīng)用不足

我國在固定海洋觀測平臺、岸基海洋觀測站、浮標(biāo)平臺等方面取得了一些成功，但移動平臺如無人航行器等在國內(nèi)業(yè)務(wù)化海洋觀測網(wǎng)中尚未有示范和應(yīng)用。國產(chǎn)生態(tài)傳感器的發(fā)展仍處于跟跑國外技術(shù)的階段，自主創(chuàng)新能力相對較低，國產(chǎn)傳感器在長期應(yīng)用中的可靠性、穩(wěn)定性以及環(huán)境適應(yīng)性等方面存在顯著不足。國內(nèi)市場仍然被進(jìn)口傳感器主導(dǎo)，而國產(chǎn)傳感器的規(guī)?；瘧?yīng)用相對較少。特別是在深遠(yuǎn)海和高端傳感器領(lǐng)域，絕大部分仍然依賴進(jìn)口，國產(chǎn)化率幾乎為零。此外，市場與技術(shù)的結(jié)合機(jī)制不完善，導(dǎo)致產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化較為薄弱，影響了海洋觀測裝備的規(guī)?；瘧?yīng)用。

3.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測試試驗(yàn)欠缺

目前，典型海洋觀測儀器裝備的指標(biāo)體系主要借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)滯后，缺乏全面、系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研究和更新不夠及時，難以滿足海洋儀器設(shè)備發(fā)展應(yīng)用的迅速變化需求。海洋儀器設(shè)備長期處于過度注重研究而輕視測試的發(fā)展模式，導(dǎo)致相關(guān)產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性和可靠性難以準(zhǔn)確評估和不斷改進(jìn)[21-22]。這形成了一個發(fā)展“怪圈”：產(chǎn)品質(zhì)量的不可靠性降低了用戶的應(yīng)用信心，用戶應(yīng)用不足又制約了有效提升產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的機(jī)會，進(jìn)而加深了產(chǎn)品發(fā)展的不確定性。這種循環(huán)局面使得海洋觀測儀器裝備的發(fā)展面臨一系列挑戰(zhàn)。

4 對策與建議

4.1 加強(qiáng)海洋儀器設(shè)備應(yīng)用的調(diào)研和評估

以當(dāng)前在業(yè)務(wù)化海洋觀測系統(tǒng)中應(yīng)用的海洋儀器設(shè)備為主，可以考慮適度引入國外先進(jìn)儀器設(shè)備，并組織專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)（包括生產(chǎn)廠家、用戶、數(shù)據(jù)使用者等）進(jìn)行全面的應(yīng)用層面調(diào)研、測試和評估。對于核心裝備如溫濕傳感器、海流計(jì)、壓力傳感器等國產(chǎn)化產(chǎn)品，著重評估其性能、先進(jìn)性、可靠性、利用率、潛在缺陷以及在生態(tài)環(huán)境和氣象等部門的實(shí)際使用情況。通過進(jìn)行權(quán)威性的調(diào)研和評估，提出詳實(shí)的報(bào)告，為海洋儀器設(shè)備的應(yīng)用和改進(jìn)提供可信的基礎(chǔ)資料，推動儀器設(shè)備的性能提高和應(yīng)用效果的優(yōu)化。

4.2 對海洋觀測裝備進(jìn)行改進(jìn)、完善和提高

在深入研究和全面評估的基礎(chǔ)上，對可替代或商業(yè)化水平較低的海洋儀器設(shè)備，由國家級業(yè)務(wù)單位牽頭組織國內(nèi)相關(guān)技術(shù)單位，進(jìn)行改進(jìn)、完善和提升。在條件成熟的情況下，逐步鼓勵推進(jìn)國產(chǎn)海洋儀器設(shè)備的研發(fā)，特別是對海洋站、浮標(biāo)系統(tǒng)上的相關(guān)傳感器進(jìn)行替代性的提升。已列入各海區(qū)局、各海洋站計(jì)劃中的裝備采購將優(yōu)先考慮國產(chǎn)化傳感器或儀器，同時對正在服役的設(shè)備，在不影響數(shù)據(jù)管理要求的前提下，逐步進(jìn)行國產(chǎn)化改造工作。

4.3 制定海洋儀器設(shè)備攻關(guān)計(jì)劃

依照分階段實(shí)施和關(guān)鍵突破的原則，通過綜合分析緊迫需求和技術(shù)條件等因素，對尚未找到替代方案的項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃的制定，并擬定詳細(xì)的項(xiàng)目指南。對于急需且技術(shù)成熟度較高的核心技術(shù)，規(guī)劃三年期的任務(wù)計(jì)劃；對于特殊、復(fù)雜、基礎(chǔ)較弱的核心技術(shù)，制定五年期的任務(wù)計(jì)劃；而對于國家長期發(fā)展需求，尤其是當(dāng)前基礎(chǔ)薄弱的核心技術(shù)，策略性地進(jìn)行中長期的任務(wù)布局。所有相關(guān)工作任務(wù)和主要技術(shù)指標(biāo)都應(yīng)該經(jīng)過行業(yè)專家的論證與評審，確保計(jì)劃的可行性和科技指標(biāo)的合理性。

4.4 加快國產(chǎn)儀器設(shè)備推廣應(yīng)用

支持在戰(zhàn)略性海洋科技工程中優(yōu)先采用國產(chǎn)產(chǎn)品。在當(dāng)前專項(xiàng)裝備采購中，將已經(jīng)取得良好示范運(yùn)行基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用成效的國產(chǎn)裝備納入專項(xiàng)安排。鼓勵科研機(jī)構(gòu)積極購買和使用國產(chǎn)海洋儀器設(shè)備，并提供一定的政策性優(yōu)惠，將應(yīng)用國產(chǎn)設(shè)備的比例納入考核指標(biāo)體系。根據(jù)國產(chǎn)儀器設(shè)備的功能和性能，科學(xué)設(shè)定評價指標(biāo)，引導(dǎo)海洋儀器設(shè)備的準(zhǔn)確示范和廣泛應(yīng)用。設(shè)立國產(chǎn)裝備示范應(yīng)用站點(diǎn)，進(jìn)行全過程評估，當(dāng)評估效果良好且條件成熟時，逐步擴(kuò)大示范應(yīng)用站點(diǎn)的范圍。

4.5 完善海洋標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)測試體系

為國產(chǎn)海洋傳感器和儀器設(shè)備設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定和修訂提供高效通道；通過建立以國家海洋綜合試驗(yàn)場為核心的共享平臺，加強(qiáng)海洋裝備的試驗(yàn)測試能力；實(shí)現(xiàn)海洋儀器設(shè)備從產(chǎn)品研發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的暢通路徑，推動海洋領(lǐng)域新理念、新技術(shù)、新工藝和新模式的快速應(yīng)用，并進(jìn)行組網(wǎng)技術(shù)的測試驗(yàn)證。

5 結(jié)束語

在我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施過程中，開展海洋觀測儀器裝備研究是重要的技術(shù)途徑。通過深入研究和創(chuàng)新，著力攻克“卡脖子”問題的關(guān)鍵技術(shù)，包括提升海洋觀測儀器裝備的精準(zhǔn)度、可靠性和適應(yīng)性。建立國際一流水平的測試體系，保障測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。為了更好地推動技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，需要打通研發(fā)與產(chǎn)業(yè)的鏈條，加速產(chǎn)業(yè)鏈的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的迅速轉(zhuǎn)化。為確保國產(chǎn)海洋儀器成為“國之利器”，需持續(xù)提升性能質(zhì)量，加大研發(fā)投入，鼓勵前瞻性基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)國際合作，快速轉(zhuǎn)化科技成果為生產(chǎn)力。助力我國海洋科技邁向更高水平，支持海洋強(qiáng)國夢。

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