自海洋技术概述及我国研发热点.docx

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自海洋技术概述及我国研发热点

海洋技术概述及我国研发热点

学科信息服务站

中国科学院西安光机所图书馆

中国科学院国家科学图书馆

中国科学院西安光机所网络信息中心

2009年2月

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摘要

海洋高技术包括海洋观测、海洋水声、海底资源勘探开发,以及海洋生物资源开发、海洋能源利用、海洋交通与运载、海洋结构、海水利用、海洋空间利用以及深港技术等。

综合国内文献报道，本报告主要内容如下：

一、简介海洋技术的分类，列举了海洋探测中应用的仪器设备;

二、报道国际海洋高技术领域的五个研发热点:

海洋生物技术、海洋生态系统模拟技术、海洋油气资源高效勘探开发技术、海洋环境观测和监测技术、海底勘测和深潜技术;

三、专门介绍海洋高技术在军事方面的应用与需求，指出：

武器系统的海洋环境技术；无人智能潜水器技术；海洋水声环境和目标探测技术；海洋信息观测、接收、处理、传输和网络技术为目前海洋高技术在军事方面的关注热点;

四、我国“十一五”规划中86３计划海洋技术领域的重点为：

海洋环境立体监测技术、深海探测与作业技术、海洋油气资源勘探开发技术、海洋生物资源的开发利用技术；

五、目前我国在海洋技术领域正在开展的部分研究项目名称。

六、结合我所实际,分析我所在该领域的发展方向。

本报告为光电技术在海洋领域应用的初步调研结果,主要着眼于宏观资料的搜集,在此基础上,我们将根据所领导的指示，就专门的方向进行更加广泛而深入的调研。

海洋高技术概述及我国研发热点

一、海洋技术分类及相关设备

综合文献报道,海洋技术可分为以下四大类:

1.海洋探测技术：

A.海洋遥感技术:

卫星遥感（雷达高度计,合成孔径雷达，散射计，水色扫描仪，水色成像仪）、航空遥感（多光谱相机、红外线辐射计、微波辐射计、激光荧光计）

B.海洋探查技术：

重点发展近海底的高精度水下观测系统和海底原位直视勘查技术系列（海洋声层析技术、海流计、回声测深仪、水下摄像照相系统、海底浅层剖面仪、测深侧扫声呐；海洋探测激光雷达系统，包括激光测深仪、激光荧光光谱仪、激光喇曼光谱仪等;海洋光学仪器,包括水中照度计、水中准直光透射率计、水中光散射仪、水中分光光度计等。

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C.海洋监测技术:

海洋动力环境监测、海洋污染和生态环境自动监测（高频地波雷达、多普勒海流剖面仪、声学悬浮泥沙浓度剖面仪、海流波浪测量仪、强风计、声光悬浮沙粒径谱测量仪、光纤发光菌生物传感器、光谱辐射计、光谱辐亮度计、海水透过率计、海水电导率计、海水温度计、海水盐度计）

D.海洋浮标技术：

锚泊浮标（海洋光学浮标），漂流浮标

2.海洋开发技术:

A.海洋生物资源开发技术：

基因工程技术、生物化学技术、海洋药物开发技术

B.海洋石油天然气开发技术

C.深海采矿技术:

针对锰结核和热液矿床

D.海水淡化技术:

蒸馏法、电渗析法、反渗透法

E.海水化学资源提取技术:

提取盐、溴、钾、镁

F.海水直接利用技术:

工业循环冷却水、海水直接灌溉

G.海洋空间利用技术:

海上生产场所、存贮场所、交通运输场所、军事基地、人工岛、海底隧道

H.海洋能源利用技术：

潮汐能发电、波浪能发电、海水温差发电

3.海洋通用技术:

A.潜水技术与救捞技术:

载人潜水器、无人遥控潜水器（水下机器人）

B.海上通信技术:

海上短波通信技术、海上卫星通信技术、海底无线通讯网络技术，实时环境信息网络与分析系统

二、国际海洋高技术发展重点领域

海洋高技术包括海洋观测、海洋水声、海底资源勘探开发,以及海洋生物资源开发、海洋能源利用、海洋交通与运载、海洋结构、海水利用、海洋空间利用以及深港技术等，可以说海洋高科技是世界新科技革命的主要领域之一。

自20世纪80年代以来，美国、日本、英国、德国等国家分别制定了优先发展海洋高技术的战略决策,期望在２１世纪海洋政治、经济和军事等各方面的竞争中处于有利地位,同时也期望在海洋领域找到新的经济增长点。

目前,国际上海洋高技术发展有以下五个重点领域。

1.海洋生物技术。

２0世纪８0年代以来,美、日、英、法、俄、澳等国相继推出“海洋生物开发计划”、“海洋蓝宝石计划”、“海洋生物技术计划”,日本通产省还把开始实施日本海洋生物技术研究开发计划的198８年定为“海洋生物技术元年”。

从世界各国在海洋领域所作出的战略决策看,海水养殖、海洋生物代谢产物开发和海洋环境保护的生物技术已成为当前国际上海洋生物技术开发的三大热点。

2．海洋生态系统模拟技术。

海洋生态系统是当前海洋开发工程面临的最大的科学“黑洞”。

由于大规模、全方位地开发海洋区域的趋势，使对海洋自然生态系统的认识和了解需求越来越迫切。

从可持续发展的理念出发,对海洋的规模性开发利用应该以对海洋自然生态状态以及人为干扰对自然生态影响等的了解和认识为基本前提。

目前，国际海洋科学界研究热点之一就是在计算机上建立海洋生态系统模型，系统地研究海洋自然物理过程、化学过程、地质过程和生物过程，并进行计算机模拟，这就形成了跨学科的新兴海洋科学研究技术——海洋生态系统动力学技术。

3．海洋油气资源高效勘探开发技术。

石油、天然气是一个多世纪以来人类消耗的主要能源。

世界性的能源需求带动了油气资源勘探开发技术的长足发展,油气资源勘探开发由陆地波及海洋,在技术上也跨越了一个新的台阶。

目前,在国际海洋油气勘探领域,大面积三维地震、叠前深度偏移、多波地震等技术，以及直接指示石油烃类的非地震勘探技术发展很快,引导着海上油气勘探的技术前沿。

在海洋工程技术方面，着重于提高工作效率,降低开发成本,以及向深海发展。

4．海洋环境观测和监测技术。

海洋观测及监测技术融合了现代高科技成果，集合成知识密集、技术密集、资金密集的综合高技术领域。

海洋观测和监测在海洋国土有效管辖、开发海洋资源、保护海洋环境、减轻海洋灾害、增强海上军事实力以及海洋科学研究基础等方面均具有重要的作用，是海洋科学发展和海洋开发生产活动的基础和保障。

因此,许多国家都重视发展海洋观测、监测技术,把这一系统的建设水平作为衡量海洋实力的指标之一。

上世纪８0年代末，全球海洋观测系统（ＧＯＯS）计划的提出和建设就是在这样的背景下提出并为沿海各国所响应的。

GＯOＳ计划的系统设计即是海洋高技术的大规模集成。

包括海洋遥感遥测、自动观测、水声探测和探查技术，以及卫星、飞机、船舶、潜器、浮标、岸站等制造技术,相互连接形成立体、实时的海洋环境观测及监测系统。

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５.海底勘测和深潜技术。

海底探测技术是一个具有相当规模的电子化、数字化高技术群,广泛应用于海洋调查研究和资源开发等领域。

包括多波束测深系统、卫星导航定位系统等,具有高精度快速探测海底的能力。

目前,世界上已有多艘船只装备了这种先进的探测系统。

其中以美国在其2０0海里专属经济区内应用最广、最好。

我国及海上周边国家日本、印度尼西亚和韩国都装备了这一设备,主要用于专属经济区和大陆架测量,为国家行使管辖权提供技术支持。

深潜技术是随着深海科学观测、海底军事设施和海洋油气勘探开发而迅速发展起来的海洋高技术。

目前,常压载人深潜器（ADＳ）主要用于海洋考察、搜索、打捞、水下作业和救生，一般作业深度为30０～2０0０米,最大水深可达６５00（米,可以抵达97％的世界洋底，中国研制的载人深潜器有望于２０0９年下半年开展深潜试验,设计下潜深度为海平面下70００米,可以探测地球上99.８%的海底,将成为世界上潜得最深的载人潜水器。

无人遥控潜水器（ROV）和自治式无人潜水器（ＡUＶ）的技术也不断取得突破。

迄今为止，全世界已建造各种用途的载人深潜器20０多艘，ADS已经成为国际上大力发展的海洋高技术目标。

ＡＵV和ROV创造了下潜深度1091２米的世界纪录，同时确认深海底有生物存在。

深海金属矿产勘查开发技术是伴随发现深海底蕴藏丰富的多金属结核资源而应用、发展起来的高技术。

目前应用于深海金属矿产资源勘查的高技术主要有:

深海多波束测量系统、深海声学与光学观测系统、载人与自治深潜器。

三、海洋高技术与军事应用

海洋军事高技术是指海洋技术在军事领域的广泛实践与应用。

在高技术条件下,现代海战逐渐成为涉及太空、空中、海面、水下和海底多层空间的立体战争。

作为战场空间的海洋环境,对于敌我双方的活动、对抗，装备的适应性,以至作战保障、后勤保障等具有十分紧密的关系。

从海底基地建设到海上军事装备体系所形成的各种海上作战能力，均受海洋环境的影响,如海洋气温（压）、风、浪、日光辐射、潮汐、海洋跃层、电导和海洋地质、地貌、磁场等三维、多种类海洋要素或人为现象的影响。

由于军事技术的日益综合和交叉，这种海洋环境因素已经成为提高海上战斗力，并使武器装备保持优势的关键所在。

建设海底军事基地,是海洋空间资源开发的最重要任务之一。

世界上少数具有先进海洋技术的国家已建成一系列的海底军事基地，作为其水下指挥控制中心、海底反潜警报系统、潜艇水下补给基地、海底兵工厂、水下武器试验场等。

通常,水下基地根据海底的位置大致可分为海底山脉上的海底基地、海底地下军事基地、海底悬浮基地和活动的海底基地。

有了这些军事基地,潜艇不用去固定驻泊点，　也不用浮出水面就可以进行必要的维修,可以直接在水下补充导弹和鱼雷，或者替换艇员。

对于未来水下军事基地及其用途，有关专家提出了几种切实可行的设想一是建立潜艇的水下隐蔽基地,　二是建立作为海底武器、赫料和食品的补给基地,三是建立海底侦听基地,四是建立海底武器制造基地，　五是建立海底鱼雷、水雷和导弹基地。

就海上军事装备而言，海洋跃层对潜艇活动有重大影响;磁场变化影响舰艇的磁目标特性；舰船装备必须适应海洋环境条件的制约;星载、机载和舰载的探测、通信设备,都与电磁波在海空介质中的传播特性和品质相关；海杂波、云雨杂波影响雷达探测和导弹精确制导;大气品质和云雾对光传输影响很大;声纳设备和鱼雷声制导装置与海表、海体、海底的水声传播特性相关;海洋环境对水下发射导弹、导弹出水和鱼雷入水的声学因素起重要作用;低空风影响炮弹和导弹的弹道；潜艇坐底与海底地质相关等。

监测并掌握作战海区的海洋环境要素就有可能使舰艇的武器系统和探测设备的设计达到最优化。

就海上作战战法而言,掌握海洋环境参数及其变化与掌握敌情态势同等重要，是在作战准备和临战对抗行动中取得主动权所不可或缺的条件。

只有准确了解战区水面、水下和海空的敌情和环境态势信息，并对其进行整合，才能制订科学的作战方案;才能作好对空、对海、对港或对岸的战斗部署;也才能对威胁目标迅速跟踪、识别瞄准并提高远距离精确打击能力;与此同时,还需掌握港口、基地、航道及附近海区的敌情和环境信息。

因此,使各级海上指战员了解并利用环境因素以取得军事优势，是现代高技术条件下作战的一个主要方面。

军事海洋技术的提出和发展，将使海军装备技术和海军军事能力的发展面临新的历史转折点,其意义和作用非常重大。

世界主要海洋国家,在经济和军事需求的牵引下,都在大力发展海洋高技术,各自制定了21世纪的发展战略和规划,其中,军用和军民两用技术占很大比重。

当前关注的热点有：

武器系统的海洋环境技术；无人智能潜水器技术;海洋水声环境和目标探测技术;海洋信息观测、接收、处理、传输和网络技术等。

　武器系统的海洋环境技术从1991年起，美国国防部逐年编制的《国防科学技术战略》和《国防关键技术计划》中,新增加了一项被认为是对美国武器系统的长期质量优势有很大贡献的“武器系统环境技术”，或称“环境效应技术”。

其基本内容包括了对海洋和大气空间环境要素及其变化的探测、表征、预测、建模与仿真,以及武器系统与其工作媒体和人为现象的相互作用的研究。

近年来,美国又进一步强调海洋作战空间环境知识对联合作战计划的重要性,把对海洋作战环境的空间和时间易变性的预测和仿真,把准环境效应综合到传感器、平台、结构和海军系统的设计和使用，当作棘手的挑战；计划还要求为海上指战员提供一个清晰的战术画面,赋予其战术决策工具,以便通过利用环境易变性取得对敌作战优势。

海洋水声环境和目标探测技术。

水声技术是水中探测、测量、通信，以及水中兵器制导的主要手段,也是潜艇战和反潜战的重要工具。

海洋声学层析和水声成像技术，是近些年发展起来的研究海洋的重要手段，其工作原理与计算机辅助的X光层析技术（CT）类似,好比用声波手术刀剖析海洋。

用于测绘声速场和流场，探测海底地层结构和海洋表面粗糙度。

美、日、法等国还致力于远距离声源传播的高精度测时和实时传输技术的水下声成像系统的研究。

水声匹配场处理技术,是把海洋环境知识通过波导声传播建模，引入目标辐射声信号的时空处理,从而提高声纳探测、识别、定位和跟踪性能,实现所谓“水声匹配场监视”。

这一技术可使小型作战平台具有突破几何尺寸的限制、合成相当数百米在基阵的探测能力，用于侦察监视、远程高精度测向。

高分辨声成像、大面积深海地貌精细测量，有巨大应用价值和军事意义。

海洋信息观测、接收技术专用的军事海洋信息的收集、处理和传输技术,是以军用目标为对象，以卫星应用技术为主,以建立军事海洋信息局域网为重点，目前已经走在信息观测、接收的最前列。

如合成孔径雷达、海洋水色仪、雷达高度计、数字式摄像机、多光谱电子扫描辐射仪等的应用,已经向着全天候、全天时、高分辨率，高精度、实时、反复地对海洋环境和目标进行探测的方向前进。

进入９0年代后,以美国为首的海洋信息研究已经初步试验了“自主式海洋采样网络”，这个网络由若干网络节点组成,每个网络节点由一个系留的水面浮标和若干艘自主式无人潜水航器组成。

四、我国“十一五”８63计划海洋技术重点领域

1.海洋环境立体监测技术

为了实现对海岸带与海岛环境、近海海洋环境、深远海海洋过程、极区海洋环境的监测能力，提高海洋监测数据的应用水平,本专题鼓励发展：

新的探测原理和研制新的传感器；

探索海洋环境要素的现场快速分析技术与实验室高精度检测技术;

信息提取的关键技术;

上述若干前沿技术的集成。

2．深海探测与作业技术

本专题围绕我国对深海多金属结核、富钴结壳、热液硫化物等资源勘查开发及海洋科学研究的技术需求,设置：

大洋海底多参数快速探测技术;

深海高保真直视取样技术;

水下运载技术;

深海通用技术;

海底矿产资源开采与输运模拟技术。

3.海洋油气资源勘探开发技术

本专题围绕我国对油气资源的重大需求,瞄准世界海洋油气勘探开发技术发展的前沿,加强自主创新技术的开发，在海洋油气勘探开发关键技术方面取得一批前瞻性研究成果。

专题设置以下研究方向：

海洋油气高精度勘探技术;

海上油田提高采收率新技术;

海上油田钻完井新技术；

海洋边际油气田开发技术；

海洋油气开发安全保障技术；

新型海洋平台设计及油气储运关键技术。

４.海洋生物资源的开发利用技术

“十一五”期间，本专题将在下述研究方向予以重点支持：

海洋生物资源采集、保存和资源库建设;

海洋活性天然产物和药物先导化合物的发现、优化以及候选新药研究；

海洋水产品综合加工高新技术和海洋动植物资源高值化利用技术；

新型海洋生物制品研究开发技术;

海洋微生物分离、培养及其资源利用技术；

海洋生物重要功能基因研究开发技术。

五、我国海洋技术研发热点

2０0７年版《中国海洋年鉴》从海底探测与油气勘探开发技术、海洋观测和监测技术、海洋遥感技术、海洋生物技术、海水淡化与综合利用技术、海水养殖技术、其他海洋技术等七个方面对近年我国海洋技术的研究热点作了介绍，本文摘录有关海洋观测和监测技术、海洋遥感技术两个方面的内容:

1.海洋观测和监测技术

在“十一五”的开局之年,国家“８63"高新技术研究计划主要在“区域性海洋监测系统技术”、“海洋监测高性能传感器技术”、“海洋环境水质污染监测技术”、“海洋生态环境监测技术”、“航空与卫星遥感海洋监测与应用技术”、“海洋环境声学探测技术”、“极区海冰与海洋环境监测技术”、“海洋数据同化、信息提取与综合服务技术”等方面对我国海洋监测与观测技术的发展加强了支持力度，支持了一系列的新技术以及持续发展的研究项目。

项目1:

区域性海洋监测系统技术，包括１4个项目：

海洋动力环境立体实时监测系统示范;

海洋立体实时监测信息服务技术系统；

船载海洋环境监测系统示范;

质量控制及规范化海上试验；

深海下放式声学海流剖面测量技术;

"XCP等投弃式剖面测量技术;

自持式剖面探测漂流浮标;

船载多参数拖曳式剖面测量系统技术；

小型自主航行观测平台技术；

海洋动力环境Ｘ波段雷达监测技术;

变频多功能新型高频地波雷达;

海气界面微尺度过程监测系统;

定点垂直升降剖面测量系统技术;

光学浮标。

项目2：

船用投弃式温盐深探测技术

项目3:

激光悬沙测量传感器研究

项目4：

极区冰水界面探测技术

项目5：

极区海陆物质交换监测系统

项目6：

轻型感应耦合数据传输温盐链系统

项目７:

多参数光学水质传感器及集成技术

项目8：

高性能七电极电导率传感器研究

项目9:

XＣP等投弃式剖面测量技术

项目10：

走航CTD测量技术

项目１１:

赤潮及浮游植物优势物种监测海洋激光荧光雷达

项目12：

海洋平台结构损伤探测与修复加固优化关键技术研发

2.海洋遥感技术

项目1:

高频地波雷达单站反演表层海流技术研究

项目２：

岸基Ｘ波段雷达浪流信息提取技术

项目３：

机载多通道激光雷达海面油污染检测技术

项目4：

HY-1Ｂ卫星地面应用系统建设

项目5:

赤潮灾害预报技术研究

项目6：

离水辐射率的遥感机理研究

项目7：

90８-01－WY０3区块遥感调查与研究

项目8:

海水透明度卫星遥感探测技术

项目９:

海洋－大气耦合矢量辐射传输及海面风场可见光偏振遥感研究

项目10:

水体海洋遥感调查与研究

六、我所在海洋技术领域的研究方向分析

　综上所述,在海洋技术领域，光电技术有着广泛的应用前景，突出表现在海洋环境观测和监测技术和海洋油气资源勘探技术两大方向。

水色扫描仪，水色成像仪、多光谱相机、激光荧光计、水下摄像照相系统、激光测深仪、水中照度计、水中准直光透射率计、水中光散射仪、水中分光光度计、深海多波束测量系统、深海光学观测系统等光电设备的大量应用正在不断提出新的研发需求。

长期以来,我所在水下摄像照相系统、多光谱相机等研发方面有较好的技术储备,在卫星遥感和水下探测领域积累了一定的经验,应该积极介入这一领域。

同时也应看到，该领域又涉及信息、能源、材料等多个方面的技术，作为情报人员，我们将继续调研有关方面的资料,为所领导决策提供参考。

（撰稿：

田晓阳李晋芳）

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