海洋智能无人系统技术:海天耦合监测系统

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，单凭其中一种监测手段无法满足高精度、实时、长时间连续海洋环境监测，只有通过融合多种新技术新手段获得的信息，并与现有的监测站、调查船、浮标等技术手段结合所形成的海天耦合无人监测系统，才能实现对海洋环境多维度、多粒度和多尺度的连续监测。毫无疑问，这将是未来海洋环境监测系统的发展方向。

海天耦合无人监测系统的核心是一个集水面、水底、天基一体的综合海洋监测信息获取网络。利用USV、AUV和微小卫星等多个无人智能化平台，对多维度监测数据进行有效的收集与处理。数据的来源主要有定点实时连续监测数据、USV和AUV海区实时连续监测数据、舰船／浮标航线实时监测数据、卫星遥感实时或延时监测数据等。海天耦合无人监测系统对海洋环境不同时空尺度的状况及其变化趋势进行全方位、全天候、全自动的立体监测。其架构如图3.6所示。

图3.6　海天耦合无人监测系统架构

海天耦合无人监测系统主要包含以下四大功能平台：

（1）水面海洋环境监测平台：USV在水面航行过程中，通过搭载的水面环境监测传感器，对水面温度、水面风速和风向、海雾等多参数进行同步测量。USV系统主要包括船体和辅助结构、推进和动力系统、制导导航和控制（guidance，navigation and control，GNC）系统、通信系统和数据采集设备。USV可自动存储数据后进行处理，也可将数据实时回传到智能数据处理平台。(www.xing528.com)

（2）水底海洋环境监测平台：AUV在水下航行过程中，通过搭载的水下环境监测传感器，对水质成分、水底流速和温度、水下地形地貌等多参数进行同步测量。动力能源系统、自主控制系统、导航系统、通信及任务载荷是AUV最关键的模块。能源系统是“心脏”，自主控制是“大脑”，导航和通信是“感官”，任务载荷是“作业工具”。其中，监测任务载荷携带的典型的传感器包括罗盘、深度传感器、侧扫和其他声呐、磁力计、热敏电阻和电导率探头等。

（3）天基海洋环境监测平台：主要由不同轨道、不同类型的侦查监视、环境监测等卫星组成，用于获取多海域覆盖的多特性、全天候监测信息。可采用成像、电子等手段，获取海面目标信息。主要包括卫星功能平台和监测载荷，前者是卫星正常在轨运行的基础，包括结构、热控、电源、通信、姿态管理等分系统；后者包括雷达高度计、微波散射仪、扫描微波辐射计和三频微波辐射计等监测传感器，实现海冰、海面温度和湿度、海上船只等多参数测量。

（4）智能数据处理及服务平台：主要采用基于人工智能的数据深度融合方法处理多源异构海洋环境监测信息，提高数据样本之间的关联关系认识，并且采用大数据挖掘方法提取有用的监测信息，既能更好地服务于海洋监测管理部门，也能加深对某些海洋学现象产生机理的理解。

基于上述四大平台，海天耦合无人监测系统可以对部分海洋区域进行实时、全方位的立体监测，为海洋环境监测、海洋环境预报和海洋科学研究的开展提供丰富的观测资料，在海洋科学研究中起到越来越重要的作用，并且它在维护我国海洋权益、保护海洋环境、开发海洋资源、减轻海洋灾害和实施海域使用管理等方面具有非常重要的作用。