海洋智能无人系统技术_环境科学

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丛书编委会

主　　　编　潘镜芙常务副主编　高晓敏副　主　编　周利生　焦　侬　夏春艳　嵇春艳　杨益新编　　　委　（按姓氏笔画排序）　　　　　　王俊雄　尤　熙　白　勇　

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内容提要

《海洋智能无人系统技术》共22章，总结了作者在海洋环境无人监测系统相关技术及应用方面的部分研究工作和心得体会。第1～3章不仅对海洋环境监测系统的发展现状进行了概

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学术顾问

潘镜芙　中国工程院院士、中国船舶重工集团公司第七〇一研究所研究员顾心怿　中国工程院院士、胜利石油管理局资深首席高级专家徐德民　中国工程院院士、西北工业大学教

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前言

海洋环境监测是海洋生态环境保护、海洋资源勘探，以及海事监督管理的基础，是海洋生态文明建设和海洋经济发展的重要支撑。然而，传统的海洋环境监测系统存在监测手段单一、

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第1章　海洋环境监测背景、定义与意义

海洋是潜力巨大的资源宝库，也是支撑我国未来发展的战略空间。我国海域辽阔，海洋资源丰富，开发潜力巨大。经过多年发展，我国海洋经济取得显著成就，对国民经济和社会发展

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1.1　海洋环境监测的背景

在众多的权威分析报告中，都有这样一个共同的结论：21世纪人类面临的三大难题是人口、资源和环境。解决这些问题的出路之一在海洋，因而有人把21世纪称作“海洋的世纪”

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1.2　海洋环境监测的定义

海洋监测系统是当前最重要的海洋信息系统之一，其功能是对某一特定海域或水域进行实时的数据采集与传输，监控该水域的温度、盐度、洋流等水文条件，能够用于海洋环境监测、

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1.3　海洋环境监测的意义

(https://www.daowen.com)

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1.3.1　经济意义

海洋中具有丰富的自然资源，通过海洋遥感，获得海水中叶绿素、泥沙浓度等信息，可以分析海域中渔场的分布情况并根据鱼群的情况合理地安排捕捞，满足可持续发展的同时又能获

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1.3.2　安全意义

针对违法用海行为的执法工作主要面临的问题表现为：①打击违法行为力量不足。近年来，在利益驱使下，一些违法用海行为如盗采海砂、倾废、排污等日趋严重，严重破坏了海域海

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1.3.3　生态意义

海洋环境的污染问题是世界各沿海国家在海洋经济发展过程中的普遍问题。我国在海洋经济稳步发展的同时，近岸海洋生态环境也承受着巨大的压力。部分海域在高强度的社会经济活

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第2章　海洋环境监测系统发展现状

自从海洋监测被关注以后，目前已经有航空遥感监测、巡航飞机监测、高频雷达监测、船基自动监测、海岸固定监测站等多种监测手段。航空遥感监测通过在航空器上安装遥感装置，

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2.1　监测站

图2.1　新洋港海洋监测站(https://www.daowen.com) 陆地海洋监测站是最古老的海洋环境监测之一，自人类认识海洋之初就一直存在，随着科技的不

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2.2　调查船

海洋调查船是专门用来在海上从事海洋调查研究的工具。欧美的海洋调查船建造和使用已经有几个世纪的历史，在调查船发展的过程中逐渐根据使用目的出现了综合调查船、渔业调查

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2.3　浮标监测

浮标监测是目前海洋观测的主要手段，是海洋环境立体监测网的重要组成部分，具有抗恶劣环境强、容量大、在位时间和寿命长（最长使用寿命达20年）、抗人为破坏能力强等特点

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2.4　卫星监测

1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1”号。从那时起，使用卫星来对地球进行观测就成为军事及民用两大领域的研究热点。对地观测卫星

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第3章　海洋环境监测系统发展趋势

尽管上一章中介绍的方法各有优势，但它们均为非接触式测量，且在使用中受到各种局限。例如航空遥感容易受到天气的影响，而且在航空管制时不便于监测；船基自动监测系统受到

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3.1　水面无人艇监测系统

USV是一种可通过遥控模式或者自主模式在水面航行，并可同步展开军事对抗、环境调查、人员搜救、巡逻侦察等活动的非智能化水面机器人。在军事领域，USV可用于执行海洋

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3.2　自主水下航行器监测系统

世界首台水下机器人研制于1953年，经过数十年的发展，水下机器人已成为探索海洋的重要工具，它能够在恶劣的海洋环境下完成指定的任务。水下机器人主要包括三种类型：载

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3.3　微小卫星监测系统

在广袤的海洋水域巡逻具有非常多的困难因素。通用舰载自动识别系统（automatic identification system，AIS）是一种应答器系统，以自组

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3.4　海天耦合无人监测系统

基于USV、AUV和微小卫星等新技术和新手段，可以极大地提升信息获取的效力，并且其智能化和网联化的特点可以在传统手段不便获取信息时获得关键性的数据。然而，单凭其

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第4章　水面无人艇系统概述

无人艇的应用历史最早可追溯到第二次世界大战期间，但是受到技术上的限制，无人艇在出现后的几十年中一直没有取得显著进步，仅是作为军事训练用的目标靶船。直到20世纪9

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4.1　背景

地球上大约三分之二的面积被海洋覆盖，海洋环境中气候变化、环境异常、人员需求和国家安全问题都刺激了商业、科学和军事领域对开发新型USV的强烈需求。对于USV来说，

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4.2　发展历史

美国海军在许多年前就实施并成功测试了各种USV。USV最初是在第二次世界大战期间被研发用于军事的，当时主要用作火炮和导弹支架；而USV在教育和民用领域的部署是从

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4.3　系统架构及功能