海洋監(jiān)測在線監(jiān)測技術研究

 1 背景
大海雖然為我們提供了豐富的食物和礦產，但是環(huán)境污染以及風暴潮等海洋環(huán)境的變化正在影響著海洋生物的棲息和繁衍，甚至危機著人們的生命。我國擁有18000多公里的海岸線以及300萬平方公里的管轄海域，采用高新技術對海洋進行全方位檢測迫在眉睫。為此，我國政府把“海洋監(jiān)測技術”列入國家863計劃“九五”研究計劃中，此技術作為國家863計劃的一個主題，對推動我國海洋檢測高技術的發(fā)展具有重大意義，“九五”期間投入1.2億元海洋檢測高技術研究經費，“十五”期間投入2.4億元，“十一五”期間為了加強海洋監(jiān)測高技術研究，更加大了投入。
2 與國外監(jiān)測技術差距
目前，在海洋儀器中，主要以國外儀表為主，比如應用最廣泛的美國的聲學海流剖面儀（ADCP）、挪威的安德拉海流計、HYDOLAB公司的MiniSonde型多參數水質監(jiān)測儀和美國SEABIRD溫鹽深測量系統(tǒng)等，他們在國際市場上有很高的占有率，都是集技術、生產、商貿為一體的產品。而國內的海洋儀器基本是研究所的產品，僅有山東省科學院海洋儀器儀表研究所立足于海洋儀器行業(yè)。研究所由于生產能力不足、企業(yè)技術素質和開發(fā)產品的能力不高，因此在現(xiàn)有體制下很難互補，這是海洋儀器行業(yè)存在的通病。由于海洋儀器基本屬于科學儀器范疇，技術復雜、市場面窄以及批量小，加上國內元器件市場混亂，導致了國內海洋儀器缺乏競爭力。如果不從體制上進行解決，很難扭轉我國目前海洋儀器儀表行業(yè)日漸衰退和產品沒有競爭力的局面。
3 國內外海洋監(jiān)測技術
3.1 海洋監(jiān)測參數 隨著海洋環(huán)境檢測技術的不斷創(chuàng)新，目前監(jiān)測的物質和參數主要有：
第一，水文氣象參數：風速、流速、氣溫、波浪、流向、水溫等；
第二，物化指標參數：pH值、有機物、溶劑氧、鹽度等；
第三，營養(yǎng)物質和毒性參數：各種營養(yǎng)鹽、重金屬、核輻射等。
海洋環(huán)境污染監(jiān)測技術包括物理、化學以及生物監(jiān)測技術等。長期以來在監(jiān)測各種有毒有害物質時主要通過現(xiàn)場取樣分析或取樣進行實驗室化學分析方法，因此缺乏實時性。面對海洋污染現(xiàn)狀的復雜性，為了研究他們之間的函數關系以準確掌握海洋污染物的分布情況，探索海水的細微結構和海洋污染程度，要求對海洋水質污染的重要參數進行現(xiàn)場綜合的自動、長期和連續(xù)的監(jiān)測。因此，此技術的研究和應用得到了各國的重視。
3.2 海洋監(jiān)測傳感器的技術狀況 采用海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測常規(guī)指標從目前國際來看，在線監(jiān)測海流、溶解氧傳感器以及鹽度等的技術十分成熟，可靠性和精度都已經達到了相當高的水平。但是，在營養(yǎng)鹽和重金屬等毒性指標方面的化學分析技術和生物傳感器技術還不過關。國內外的傳感器都向著智能化、模塊化以及網絡化、小型化、自動化以及多功能化發(fā)展。化學和生物傳感器是正在發(fā)展的載體平臺自動取樣分析技術的關鍵。
根據國際海洋環(huán)境檢測技術的發(fā)展動態(tài)，結合我國現(xiàn)狀，目前我們的總體目標具體表現(xiàn)為：第一，在物理、化學傳感器研究方面向模塊化、智能化、網絡化發(fā)展，向小型化和多功能化發(fā)展；提高分析和測量的精度；環(huán)境生態(tài)自動連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究；與國際接軌共同開發(fā)新的分析原理和方法。第二，發(fā)展現(xiàn)場、連續(xù)、自動監(jiān)測系統(tǒng)；信息采集、傳輸、存儲和處理的模塊化和集成技術；自動浮標站的研制等。
3.3 近海環(huán)境自動監(jiān)測技術 近岸海域是污染和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重點，適合發(fā)展各種小型輕便的傳感器集成平臺技術，適宜在海灣、河口及淺海增養(yǎng)殖區(qū)的使用，形成了多種便攜式水質監(jiān)測儀器。目前，生物學研究、污染和生態(tài)環(huán)境檢測、衛(wèi)星遙感定標以及真實性檢驗研究等應用的傳感器或儀器是發(fā)展的重點。目前，微電極和陣列電極在實驗室已取得一定的研究成果，測量痕量物質的微電極已有樣品，pH和溶解氧電化學傳感器的性能也得到了顯著改善，總體上，生物傳感器還處于實驗室研究階段。模擬動物味覺和嗅覺系統(tǒng)由多傳感器陣列組成的電子舌和電子鼻的研究也有所進展。
3.4 海洋遙感技術 在海洋和近海環(huán)境的觀測和檢測中，海洋監(jiān)測結合傳統(tǒng)常規(guī)的手段取得了過去常規(guī)手段無法取代的重大成果。雖然此技術能夠利用海洋水色遙感探測與海洋水色環(huán)境有關的參數，但是需要借助衛(wèi)星等通訊設備，不僅造價高，并且建設周期很長。遙感飛機作為監(jiān)測海洋環(huán)境的遙感平臺，具有全球、連續(xù)、大尺度以及費用低和實施是環(huán)境影響小等特點，此技術對于周期短和尺度小的海洋環(huán)境變化具有獨特的優(yōu)勢，不僅在海洋環(huán)境遙感檢測方面起到了巨大的作用，更為廣大海洋遙感作者和管理決策部門提供了大量的科研數據和決策依據。
3.5 痕量物質測量和分析儀器 隨著海洋污染物的種類越來越多，為了分析和測定重金屬、有機污染物以及放射性物質等痕量物質，將大量的海水樣品帶回實驗室進行分析測量是常規(guī)的辦法。取樣分析方法和微電極測量方法都在國外得到了發(fā)展，美國在便攜式分析方面發(fā)展了用微電機測量Cd、Pb、Cu、Zn等重金屬的方法，采用陣列微電極技術測量多種重金屬成分。
3.6 營養(yǎng)鹽現(xiàn)場自動分析儀 亞硝酸鹽、磷酸鹽以及硅酸鹽等營養(yǎng)鹽雖然是海洋生物生存的基本營養(yǎng)物質，但是富營養(yǎng)會又可能引發(fā)赤潮以及生物的病害。因此，生態(tài)環(huán)境和污染環(huán)境的必測項目就是營養(yǎng)鹽。目前的方法，微機控制的全自動測量并使其微型化的方法代替了原來的人工操作的實驗室分析方法，即在現(xiàn)場建立一個全自動的微型營養(yǎng)鹽分析實驗室，一般采用實驗室的化學分析流程。
3.7 多參數水質監(jiān)測儀 海洋監(jiān)測設備多講究小型化、多功能化和多參數化，小型多參數海洋環(huán)境浮標監(jiān)測核心是水質傳感器。該水質傳感器選用美國YSI公司的6600V2型多參數水質監(jiān)測儀，水質傳感器的外觀如右圖所示。
4 結論
海洋監(jiān)測作為一門技術含量高且作為一個獨立的專業(yè)，剛步入社會時，總會遇到各種困難，如：技術人才不足、技術集成環(huán)境差、市場容量有限以及外國技術市場壟斷等，而民族海洋檢測技術作為一個海洋大國，必須發(fā)展自己獨立的海洋經濟、海洋管理以及海洋服務和海洋軍事。我國的海洋監(jiān)測與國外相比，還有很多的差距，主要體現(xiàn)在監(jiān)測能力、監(jiān)測設備和監(jiān)測技術方面，想要在海洋監(jiān)測中立足，必須要有自己的新技術，目前最欠缺的技術就是重金屬污染物、有機污染物、石油類污染物和營養(yǎng)特征污染物的在線實時監(jiān)測技術，如果在這些方面有所突破，必然會給海洋監(jiān)測帶來很大的技術變革。