一、与课题有关的国内外技术现状、发展趋势以及该领域的国内外专利 ...

一、与课题有关的国内外技术现状、发展趋势以及该领域的国内外专利申请和授权情况
1.1国内海洋监测现状和技术水平
我国的海洋监测技术由于缺乏高技术支撑和经费不足等原因而落后先进国家15-20年。

以南海为例，南海分局目前有海洋站9个，中心站4个，其中验潮站8个，波浪站5个，开展潮汐、海浪、温、盐、气象等项目的监测。

1986年开始布放海上浮标，曾建立过2个短波接收岸站。

由于岸站设备陈旧，自动化程度低，不能满足连续性、准确性和实时性的要求。

加以通讯网不符合海洋灾害预警通讯网的要求，无法进入GTS，也达不到进入GOOS的质量。

监测系统落后的设备和技术与本地区迅速发展的经济极不相称。

珠江是我国华南地区第一大河流，全长2214km，流域面积 453690km2，径流由八个口门出海。

自虎门止香港、澳门之间呈喇叭型向海开放的河口区，周边地区包括香港、广州、深圳、澳门、珠海5大城市和特别行政区，是华南人口最集中、经济最活跃的地区。

珠江河口及其毗邻区域的环境状况对周边地区的居民健康和经济发展至关重要。

水利部珠江水利委员会是水利部的派出机构，其职能之一是对珠江流域（包括珠江口）的水资源保护和水污染防治进行监督管理，并且组织开展规划、监测、实验以及科学研究工作。

自1985年以来，珠委对珠江河口8个入海口门的水质每年进行6次巡回监测，是对珠江八大口门进行长期系统监测和污染物入海通量计算的唯一单位。

但目前的监测周期长，偶然性大，难以满足水质监测的要求。

珠委的有关业务部门于80年代中后期进行过自动水质监测系统研制工作。

因技术不过关而中断。

本课题主要计划成果“系统集成技术和水质自动监测系统” 将可以对珠江河口及邻近水域的水质进行连续、可靠的自动采样、测验、发布和数据处理。

伶仃洋是华南最重要的国际航道，由交通部广州航道局管理维护。

目前的自动水位监测系统也亟需现代化。

交通部广州航道局投资部已正式行文表示支持PEIOS 系统的研制。

5
6
7
8
二、课题研究目标和主要研究内容(包括阶段目标和最终目标)
本课题的总体目标是参照国际先进的近岸海洋环境立体监测系统的技术框架，研制一个以海水质量监测为核心，以珠江口为研究区域，应用先进监测技术和信息传输技术的高度自动化、系统化的环境监测示范区。

课题的核心内容包括:
(1) 珠江口地区监测网络总体设计及信息系统集成的研究；
(2) 岸基海洋环境监测平台的研制与应用（水质自动采样分析、发报
系统，高频地波雷达的引进及其在海洋表面流场研究方面的应用
技）；
(3) 船载水质自动监测平台研制；
(4) 应用卫星遥感技术建立空基海洋环境监测平台；
(5)100m/s风速仪的自动化气象监测系统的研制。

该系统的建立很大程度上将以香港科技大学、中山大学现有先进设备、自动气象预报系统和信息处理技术为基础、以香港科大、中大、广东地方政府在经费上和人力物力上的大力支持为支柱、以海洋 863 资助为支持，研制、引进、开发各种海洋环境自动监测平台、数据处理、信息集成、传输关键技术。

申请者力求在较短的时间内，研制出珠江口地区的 PEIOS (Pearl River Estuary Integrated Observing System) 示范系统。

该系统除在技术和数据质量上可以进入 GTS和 GOOS之外，其信息产品应能通过电子媒介系统 (Internet或Homepage) 提供给国家和地方政府，为珠江口地区的海洋环境监测、保护和经济建设服务。

2.1项目的总体目标
参照国际先进的近岸海洋环境立体监测系统，研制一个以海水质量监测为核心，以珠江口和比邻海域为区域，应用先进监测技术和信息传输技术的高度系统化、自动化的海洋环境监测示范区。

该示范系统从信息源的采集、传输、信息源的加工处理到信息产品的发布将是一个完整的网络结构（见图4-1）。

9
10
11
12
海洋环境数据和信息采集模块的主要功能是实时、准确地大量采集系统覆盖水域和周边地区的各种环境参数和信息，并把这些数据和信息初步加工成物理数据或物理信息传输到海洋环境信息处理和生产系统。

海洋环境数据和信息采集模块包括： 空基海洋环境监测平台、连续自动岸基海洋环境监测平台、以及定期和不定期的船载巡航监测平台和船载断面监测平台三大部分，各监测平台的监测功能如表2-1所示。

13
14
15
16
用最先进的碳纤维合成工程材料，使测风元件强度大，重量轻，保证大的抗风强度和小的起动风速。

由中山大学材料科学研究所在国家“863”计划、国家科技攻关任务中研制的聚苯硫醚碳纤维复合材料具有良好的机械和化学性能，这种材料强度大、比重小、耐热、耐低温、耐辐射、耐腐蚀、耐老化，抗张强度 1700 KG/CM2，抗弯强度 2540 KG/CM2，硬度 R - 120，线膨胀系数小，收缩率在 0.2% ~ 0.5% 之间，比重 1.4 ~ 1.8 是制作测风元件的良好材料。

中大运用这种材料和特殊的一次模塑成型工艺，制造了三杯风速元件和风向箭矢元件，测风传感器在实验室实验和野外运行中表现了优胜的性能。

数百个测风元件经过近十年的野外运行承受住了强风和老化的考验，至今运行良好。

我们将进一步对测风传感器进行探索和改进：
改善复合材料多相界面粘结问题，
改进加工工艺，解决成型时如何减少内存的残余应力问题。

开展流体力学计算和风洞实验，改进测风元件的力学性能和受力结构，取得目前材料下最佳的动力性能造型，完善风传感器的设计。

改进机械设计和热处理工艺，增加转动轴的强度和防水性能：改进后的强风传感器可以达到 100 M/S 以上的抗风能力，满足标书对强风计的要求。

在传感器内部电子线路上应用可靠的光电检测元件技术，在电源、信号线上应用光电耦合隔离，TVS 保护器件等措施提高传感器防御雷击能力。

(4)数据采样系统
硬件上系统是一个灵活的小型网络式分布处理的数据采集系统，用内部标准总线连接各个微处理器，可应用工业标准器件总线(如I2C)，实现各单元器件的数据通讯。

在外部，可使用串行总线与系统的其它设备联接。

(5)抗恶劣环境计算机可靠性技术
应用降额、冗余设计方法，作好电磁兼容性设计，提高整机全天候连续工作可靠性。

在电源、传感器、通讯接口取多经实践试验证明有效的防
17
18
2.2.2.4以水质监测为核心的野外监测计划
水质指标：限于时间与经费，更重要的是本项研究旨在建立水质自动监测示范区，因此本项研究将从最基本理化因子作手，对水质进行监测。

基于现有设备和以往对水质进行巡测（大断面连续自动测定）的经验，拟对下列指标进行大断面连续监测：温度、盐度、溶解氧、酸硷度、混浊度、悬浮物、电导率、荧光测定（确定初级生产力）。

同时我们将对水体中营养盐（总磷、总氮、总碳、颗粒、碳、有溶性有氮、有碳）以及有机与无机污染物进行抽样测定。

但是限于目前技术设备水平，这些要素还不能进行现场连续监测。

因此，将不作为本研究的主要目标。

1.定点： 确定以磨刀门为常年监测点。

将在磨刀门口目前珠海市取水站建立定点连续自动水质监测站。

由珠江水利委员会和珠海市提供场地和基础设施。

将来如有条件，可在珠江水系八个入海口分别设点，以全面监测珠江河口入海污染状况。

本站的监测为定点、实时、定时、特点。

2.定面： 设立横向与纵向三个断面，盖珠江口水域，沿这些断面的监测将包括定时（纵向定期航班）非定时（横向进行丰水期水期测定）。

其测定可实时或非实时进入信息网络。

3.遥测： 通过卫星遥感技术尤其是SeaWifs系统对珠江口地区进行大规模监测，测定为实时监控。

2.2.
3.综合数据模型研究
数据模型是PEIOS系统集成中的一独立组件。

对示范区的主要监测要素进行模拟和实时预报。

系统的预警功能也是由数学模型提供。

数学模型的范围主要由2部分组成；一是网河部分（NWM），珠江河网有数百河道和节点，由8个口门出海。

自8口门以外至-30米水深的近岸海域，一维不稳定流模型，近岸海域是3维斜压模型。

两者可以独立或耦合进行。

模型有24小时实时动力环境预报功能、环境要素（水质）模拟和预测功能。

数值模型采用模块结构 (Module Structure)。

PEIOS河口数值模拟研究的最终目标是建立一个包括河口水动力学、沉积动力学、营养盐动力学和
19
20
21
22
河网。

广州市以及三角洲大小工业和生活用水通过复杂的水系最终由八个口门排入南海。

为了掌握陆源污染物排入海洋的状况，珠江水利委员会自1985年每年对八个口门进行水质巡监测。

由于没有自动化监测系统，每年只能进行6次，每次1-2天。

水源图拟由珠委根现有条件，在珠海灯笼山水文站以下约15公里处，对珠江最大入海河口磨刀门设自动测站进行长期连续观测。

由珠委提供场地和基础设施（房屋、水、电、管理人员，讯设备）。

项目完成后，珠委拟在上述8个入海口门安装由本项目研制的自动水质监测系统。

届时珠江河口陆源入海通量的质量将得到大大的提高。

辅以数学模型和常规水质巡测，整个珠江河口和邻近海域水质将得到连续和高质量的监测和预报。

23
三、课题成果应达到的技术水平和具体指标
3.1 成果应达到的技术水平
（1）网络中心的数据库有数据质量控制、数据处理和数据产品生产能力，信息产品专用服务软件包应有较好的应用性和推广应用价值，
信息产品主要包括海面风。

海浪、海流、水位、水质的预报、后报
及统计产品。

（2）系统具备有较高的可靠性和自动化水平，总体设计接近90年代中期国际先进水平。

数据质量及自动化程度达到进入GTS 和GOOS
的要求，对国内同类系统有重要参考价值。

（3）系统具备完善的网络通讯功能，有效地采集和传输数据和数据产品。

监测信息和数据采样的连续性和可靠性达到90年代国际先进
监测系统质量（详见系统集成、水质监测和自动气象系统说明和考
核指标）。

（4）系统具备多种信息产品服务功能和服务方式，可对不同用户提供高质量的海洋监测信息和产品。

3.2 各任务的考核内容和指标
本节描述课题总体考核内容和指标，各仪器的技术细节及指标已在前面描述。

PEIOS总体考核对象包括三个部分：
（1）系统集成
（2）硬件产品
（3）信息产品
3.2.1 系统集成
通过局域网或电话拨号（有线或无线）的方式，采用计算机通讯的方法，将下列有关设备与联合监测中心主机系统连接，实现数据的有效传递和管理。

有关设备为：
岸基地波雷达
自动气象站
遥感地面接收站
24
25
26
27
四、研究成果应用、推广的前景预测及分析（包括国内外市场现状、市场预测、效益分析和实现产业化的步骤、方式等）
4.1 技术水平
本课题计划分阶段研制一个完整的河口和近海环境监测样本，示范系统PEIOS 应有90年代中期国际先进水平。

PEIOS 必须是高度自动化，周边监测站（采样、分析和处理）无人操作，具有远程控制功能，事件控制(event controlled) 功能（即系统可以根据环境参数变化而自动选择监测模式（包括采样、分析和处理）和特定的预警功能。

这些都是90年代中期先进监测系统的重要标志。

4.2 社会经济效益和业务化前景
我国是发展中的海洋大国，但整体来说，目前我国海洋监测技术落后于先进国家15-20年。

我国海洋监测系统落后的设备和技术与沿海地区迅速发展的经济和日益严重的海洋环境污染状况极不相应。

已经成为经济发展的滞后因素，政府和有关部门业务部门都希望尽快改变现有海洋监测系统的落后状。

示范本身具有重要的社会意义和经济价值。

华南（尚未包括香港）海洋灾害造成的年均失由50和60年代的1亿元／年剧增加至90年代的30亿元／年，96年达90亿元。

98年4-5月的赤潮粤港两地水产直接经济损失达3.8亿元。

珠江口是我国南方最大河口，这种经济发展迅速，需要有效控制海洋环境污染。

珠江河口及其毗邻海区的环境状况对周边地区的居民健康和经济发展致关重要。

水利部珠江水利委员会是水利部派出机构，其职能之一是对珠江流域（包括珠江口）的水资源保护和水污染防治进行监督管理，拼且组织开展规划、监测、实验以及科学研究工作，自1985年以来，珠委对珠江河口8个入海口门的水质每年进行若干次巡回监测，是对珠江大大口门住行长期系统监测和污染物人海通量计算的唯一单位。

鉴于目前方法监测周期长，偶然性大，远难满足水质监测的要求。

珠委的有关业务部曾于80年代中后期进行过自动水质监测系统复制工作。

后因技术不过关而中断。

本课题主要计划成果｀系统集成技术和水质自动监测系统＇将可以对珠江河口及邻近水域的水质进行连续、可靠的自动采样、测验，发报和数据处理。

28
珠委已向科技部海洋863领域办公室正式报告支持系统的研制和进行。

伶仃洋是华南最重要的国际航道，由交通部广州航道局管理维护。

目前的自动水位监测系统极需现代化。

交通部广州航道局投资部亦已正式行文表示支持PEIOS系统的研制运行。

29
五、研究方法和技术路线（包括工艺流程）
欧美自动的立体近海还境监测系统的研制和开发大体始于 80 年代，目前许先进的系统已经成型和运行, 但是仍然在不断的开发和研制、处于迅速发展之中。

本计划的研制成果将以珠江口及附近海域为示范区。

高质量海洋立体监测系统的总体设计和系统集成是一项复杂的系统工程和高新技术。

它需要海洋科学、气象科学、计算机科学、系统、信息、电子、网络、仪器、材料工程等领域的跨学科协同攻关和强有力的管理。

5.1 近海环境特点及其监测
近岸海或海岸海洋 (Coastal ocean)，由于它与人类生存环境关系密切。

同时, 与大洋相比有其独特的系统动力特点。

国际海洋学界已将其列为当代海洋科学的发展重点之一(1994年5月比利时列日会议)。

我国自然科学基金委员会己将海岸海洋学研究确定为优先发展学科。

近岸沿海地区。

由於边界的影晌，加上气候及季节变化等因素，近海的波、潮、流和小气候系统有别于大洋。

形成大量中小尺度的动力结构，变化更加细微复杂。

一般需要更加高分辨的监测手段。

珠江口每年向输送的泥沙达8千万吨。

首先输至海岸带, 形成泥沙流沿岸运移或和外海扩散。

陆地的有机质，重金属及其它溶解质污染物约有 1/3 是被河流输送至近岸海洋。

陆地的有机物与营养盐促进了沿海的鱼类繁殖。

而石油、汞、镉、锌、砷、铬、铜等将污染近海环境，而且污染物的数量与种类日趋增加，构成沿海各经济区海岸带与近海急需解决的环境问题。

因此世界先进国家已将大河河口及附近水域的环境监测作为海洋监测的开发放在最优先的地位。

近海特别是大河河口附近海域的监测与大洋的监测有其共同之处，也有不少的区别。

监测对象参数变化范围和分辨率的不同，将直接关系到系统设计和仪器应用。

如气象卫星 1 km2的分辨率对於大洋监测可以满足，而对于近海地区，这一分辨率就显得不足。

温、盐在大洋中对于斜压驱动的作用，往往是同一量级的变量。

但在河口地区，盐度梯度对于密度的影响往往较温度梯度大一个数量级。

密度梯度环流是河口最重要动力特征。

河口及附近海域的悬移浓度较一般大洋高几个数量级。

从而大大增加了测量仪器设计的技术难度。

直至不久前，只有一家英国海洋仪器公司可以制
30
31
等方面，OWWS 为 PEIOS 的研制提供了宝贵的经验、设计思想
和技术人员。

(3) 从上述许多先进监测系统的开发过程看，开始时，连续可靠的物理
海洋和气象要素往往是首要的监测项目。

随著对近海生态环境和可
持续发展认识的加深，目前水质和生物/化学指标的自动监测成为
重要项目，同时也在进一步积极开发研制之中。

PEIOS 从研制的
开始阶段就将水质自动分析作为系统的重要组成部分。

(4) 参考现存的监测系统，PEIOS 必须是高度自动化，周边监测站(采
样、分析和处理)无人操作，具有远程控制功能，事件控制 (event
controlled)功能(即系统可以根据环境参数变化而自动选择监测模
式(包括采样、分析和处理) 和特定的预警功能。

这些都是90年
代十期先进监测系统的重要标志。

(5) 鉴于申请单位均是大学研究机构。

希望摸索出"产学研" 结合的
实际运行模或和机制。

目前水电部珠江水利委员会和交通部广州航
道局投资部和深圳市科学委员会已正式支持系统的研制和将来有
研制关成果的运行(前两单位已有正式公文上呈 863 领域辨公室
/ 818 辨公室)
5.3 技术路线
PEIOS 向863计划申请的研究内容包括:
PEIOS 的总体设计和系统集成。

此外，包括两个重点周边监测系统的研制:
有事件控制功能的自动海洋环境水质采样、分析、处理系统。

有事件控制功能的自动气象监测系统，其中总体设计和系统集成是主要研制内容。

32
33
34
35
36
37
38。