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海洋浮標（英文名：Ocean Buoy，別名：海洋監測浮標、海洋資料浮標）是以錨定在海上的探測浮標為主體組成的海洋水文水質氣象自動探測站，主要用于觀測海洋水文、水質和氣象資料，可為海洋科學研究、海上油氣資源開發、國防建設提供有力支持。

海洋浮標技術開始于20世紀40年代末至50年代初。20世紀60年代初，美國開始研制多要素觀測的海洋資料浮標，其他海洋發展國家如德國、英國、法國、加拿大、挪威、日本、意大利、前蘇聯等也相繼展開了浮標的研制工作。海洋浮標在中國的開發研制始于20世紀60年代中期。進入21世紀，國外的海洋資料浮標產品主要是以小型浮標為主。2002年初，中國正式加入國際Argo計劃，并成立中國Argo實時資料中心，承擔中國Argo浮標的布放、實時資料的接收和處理、資料質量控制技術/方法的研究與開發等。

海洋浮標涉及力學、系統理論、材料學、機械設計技術、傳感技術、微電子技術、計算機技術、通信技術、可靠性技術等多學科的交叉、集成，主要由錨系、浮標體、電子系統(傳感器、數據采集、通信、供電)等部分組成。海洋浮標具有全天候、全天時穩定可靠的收集海洋環境資料的能力，能夠實現數據的自動采集、自動標示和自動發送。海洋浮標主要分為錨系浮標、漂流浮標(Argo浮標)、潛標。海洋浮標從注重長期穩定可靠工作進入到產品化應用、質量控制、全球觀測和資料交換階段。

歷史沿革

世界

海洋浮標技術開始于20世紀40年代末至50年代初，20世紀60年代初，美國開始研制多要素觀測的海洋資料浮標，其他海洋發展國家如德國、英國、法國、加拿大、挪威、日本、意大利、蘇聯等也相繼展開了浮標的研制工作。

美國在60年代末、70年代初用12米直徑圓盤型浮標，但由于造價問題而使其發展受到限制。1973年通過對浮標造價、壽命及性能的綜合考慮，將12米浮標的尺寸按比例縮為10米。1974年，美國國家資料浮標中心在其浮標網中所使用的浮標已有三種類型:排水量為90噸和52噸，直徑為12米和10米的鋼制圓盤型殼體浮標以及排水量為8.7噸，長為6米的NOMAD船型殼體浮標。NOMAD船型浮標是從Roberts浮標發展而來的，第二代NOMAD船型浮標取名VENOMAD浮標，由A1di公司承擔制造。VENOMAD浮標采用5086鋁合金建造，甲板和側板厚度12.7毫米，底板厚15.9毫米，底部約有2948公斤(6500磅)袋裝鉛粒壓載，使其達到設計的排水量，并避免大角度傾斜時壓載物的移動。浮體有3個電池艙和1個電子儀器艙，呈船形殼體，長6米，寬約3米，深2.1米，初穩心高0.52米，重心高1.29米，排水量8732公斤(19250磅)，儲備浮力8845公斤(19500磅)橫搖周期3.5秒，縱搖周期2.4秒，縱/橫搖2.6弧度/秒2。

從1985年開始，美國國家資料浮標中心決定用造價僅為12米浮標1/25的3米直徑圓盤型浮標逐步代替在海況不大惡劣海區的6米船型NOMAD浮標站位，用NOMAD浮標取代12米圓盤型浮標站位，12米浮標只用于海況條件特別惡劣的海區(如白令海)。由于布放不多，美國國家資料浮標中心決定不再生產12米浮標。據統計，截止至1990年，在其領海海域布放的各類浮標(直徑12米、10米、3米的圓形浮標和6米船形浮標)總數中，3米小浮標約占總數的50%以上。

英國第一代資料浮標的典型代表是DB1型，其殼體直徑為8米，重量為40噸左右。第二代浮標是DB2和DB3型，是為英國新的四年海洋水文氣象資料收集計劃而設計的，它們是DB1型的改進型，其殼體直徑為6米，重22噸；1985年英國又研制了3米直徑、重3噸的Seawatch型圓盤型浮標，取代DB2型的站位，DB2型將被移至別的海區。另外，英國的Marex技術有限公司從1975年起到1985年1月間制造了37個3米直徑圓盤型浮標，這些浮標除英國布放用外，還遠銷世界許多國家。

進入21世紀，國外的海洋資料浮標產品主要是以小型浮標為主，如美國InterOcean systems公司海洋監測浮標(OFFSHOREMONITORING BUOY)，法國IXsurvey公司iXBuoy II浮標，挪威輝固公司Wavescan浮標。

中國

海洋浮標在中國的開發研制始于20世紀60年代中期，經過起步階段(1965~1975年)、研究試驗階段(1975~1985年)和實用化階段(1985~1990年)的不斷發展，90年代開始正式投入使用。

中國的海洋浮標技術在世界上起步較早通過不斷摸索逐漸走向了滿足業務應用的成熟階段。1966年，中國第一臺浮標H23誕生，浮標體為艇式，可以測量7個水文氣象要素，通過二極管組合器輸出莫爾斯碼，并由發報機發出，海上通信距離為50km，當時在近海試運行了27d。1968年，中國在H23浮標原理樣機基礎上進行改進，研制出第二臺浮標2H23，整機及程序控制電路采用品體管，當時在海上試驗了24d。1978年，中國研制出第一臺大型浮標HFB-1，屬于中國第一代大型浮標科研樣機，浮標體直徑為10m圓盤形，排水量為50t，采用三錨固定，主控系統采用了小規模集成電路，可以測量11個水文氣象要素，海上通信距離為150km，當時在海上試驗95d，其中海上連續工作時間58d。

1979年，中國研制出第一個用數字傳輸的全自動浮標“南浮”1號，浮標體為6m圓盤形，排水量13t，控制系統采用單板微處理機取代小規模集成電路，測量12個水文氣象參數，通信距離500km，當時海上試用13個月，其中海上連續工作時間90d，屬于第一代向第二代過渡的科研樣機。1983年，中國研制了科研樣機“科浮”2號，浮標體直徑為5m圓盤形，排水量13.58t，測量要素12個，通信距離1000km，海上試用4個月，也屬于第一代向第二代過渡科研樣機。1984年，在HFB-1浮標基礎上改進研制出HFB-1A浮標，將原來分立元件改為小規模集成電路，對電子儀器系統進行了可靠性設計，海上試用連續工作325d；1986年，在HFB-1A浮標基礎上改進研制出HFB-1B浮標，三錨改為單錨固定，增加了測波項目，測量要素11個，通信距離400km，海上試用3年，海上連續工作時間351d是當時中國海洋浮標海上連續工作時間最長、獲得海洋水文氣象資料最多的浮標系統，浮標可靠性的提高，使中國浮標從試驗階段進人實用階段。

1987年和1989年，中國自行研制出自動化程度高、實用的大型海洋資料浮標FZF2-1，又稱Ⅱ型海洋資料浮標，浮標體為10m圓盤形，排水量52t，單錨固定，數據采集系統采用CMOS低功耗微機，測量要素9個，通信距離400km，海上連續工作時間500余天，浮標綜合技術性能和指標處于中國領先水平，達到了20世紀80代初期國際水平屬于中國第二代大型浮標。1989年，中國研制了第一臺小型資料浮標FZS1-1，浮標體為3m圓盤形，排水量3t，單錨固定，數據采集系統采用CMOS低功耗微機，測量要素9個，通信距離150km，海上試用80d，整機性能達到20世紀80年代國際同類產品水平，填補了中國小型資料浮標空白屬于中國第一代小型浮標。1990年，中國研制了第一臺深海浮標FZS2-1，浮標體為10m圓盤形，排水量54t，倒S單錨固定，布放水深4000m，數據采集控制及通信系統沿用FZF2-1浮標，測量要素15個，中國首次采用太陽能復充蓄電池供電方式，通信距離600km，海上試用332d，海上連續工作時間75d屬于中國第二代大型浮標。

1992年一1994年中國對原FZF2-1浮標系統(不包括浮標體及錨系部分）進行改進，研制了FZF2-2浮標系統，顯著提高了可靠性和測量準確度，實現了當時中國海洋資料浮標網大型浮標設備、結構、軟件的統一標準化，中國首次應用大容量固態存儲器代替數據磁帶機，使用ARGOS衛星傳輸數據浮標在技術性能、工作可靠性、實用性數據準確性和回收率等綜合性能處于當時中國領先地位，達到了20世紀80年代末國際先進水平3套浮標海上業務應用7a。1995年一1996年中國利用FZF2-2浮標技術對FZS2-1浮標的數據采集、控制、通信、傳感器、岸站系統進行重新設計后研制成功FZF2-3海洋資料浮標系統，中國首次應用INMARSAT-C海事衛星通信，徹底解決了中國浮標信息接收率低的問題，實現了2套南海深海浮標長期業務運行，填補了中國南海海域無浮標的空白。1997年一1998年，中國利用FZF2-3浮標技術對兩臺FZS2-1浮標技術改造，采用工控機作為主控微機統一傳感器等部件接口，系統具有故障診斷和自測試功能，實現了東海海域的業務監測。1999年，中國研制了第一臺深海船形浮標XHZ01，浮標體為船形，排水量10t，采用倒S單錨固定，數據采集系統采用工控機，測量要素9個，通信距離1500km，布放于中國南海海域試用了1a。2001年中國研制了FZF3-1浮標浮標體為10m圓盤形排水量52t單錨固定，數據采集系統改用工控機，海上連續工作時間18個月，測量要素10個，通信距離600km，是中國第三代大型浮標，成為中國海洋資料浮標網主力浮標，滿足了海上業務應用需要。

2002年初，中國正式加入國際Argo計劃，并成立中國Argo實時資料中心，承擔中國Argo浮標的布放、實時資料的接收和處理、資料質量控制技術/方法的研究與開發等。半個世紀以來，中國先后以國家“863”計劃、“973”計劃、國家自然科學基金項目、科技部國際科技合作重點項目、科技部基礎研究重大項目前期研究專項、國家海洋局海洋公益性行業科研專項、國家海洋局國家自然科學基金青年科學基金項目管理辦法、中科院裝備項目和創新項目等形式，以及山東、上海、廣東、浙江等省市科技支撐項目等形式，投入大量專項經費用以支持海洋浮標監測系統的研究。這些項目吸引了中國許多科研院所和高等院校來承擔或參與海洋浮標監測系統的研究、開發與應用，主要有國家海洋局系統單位、中國科學院系統單位，科研院所和高等院校，在取得了一系列科研成果和經驗的同時，也開發了一些測波、流、光以及海洋通信等的專用浮標監測系統。

結構組成

浮標系統

海洋浮標包括浮體、標架、供電設備、防護設備和各類傳感器等。

浮體是塔架和各類儀器設備在海上的承載體，形狀有圓盤形、圓柱形、船形、球形、橢球形、圓臺形等。標架通常采用普通鋼(A3)、不銹鋼材質上面安裝氣象傳感器、警示燈、GPS定位儀、雷達反射器、太陽能電池板等。浮標通常被布放于遠離岸邊的海水中，這就要求其具有獨立的供電系統。

海洋浮標為避免浮體及設備受外力(如漁船)沖擊而損壞，在標架上安裝警示燈和雷達反射器，同時在浮體最大直徑外圍及標架周邊設置防撞橡膠圈。為能實時掌握浮標錨泊位置，浮標上還裝有GPS衛星定位系統，浮標一旦發生漂移或丟失，可及時到現場修正或按移動軌跡找尋。為避免和減少海水侵蝕和生物附著對浮體的負面影響，保障正常工作，對浮體及水下儀器和錨系進行防污損處理是十分必要的。不同功能的浮標承載不同類型、不同數量的傳感器。

錨泊系統

錨泊系統由錨、錨鏈和系鏈環組成，它是浮標定位的重要設施。大型導航浮標定位常采用鋼筋混凝土錨旋和大抓力錨，以防止走錨。中型水文氣象、水質監測浮標通常采用全錨鏈單點系泊，錨錠為水泥沉塊或鋼錠，以鋼絲繩或有檔鑄鋼錨鏈與浮體相連。也有少數采用三錨系留，以加強浮體的穩定性。錨泊系統的設計經驗性很強，不只與錨、鏈組成有關，更與所投放浮標海域環境有關。海況良好的海域風浪較小，錨由纜繩或鋼絲繩系留固定；海況惡劣的海域，風浪大，除了增加錨重外，還要考慮選用彈性錨鏈系留，以緩沖風浪的沖擊力，確保錨泊系統位于預定區域。淤泥底質海域可選用三叉抓錨，便于錨系抓陷固定；砂石底質海域通常選用錨定固定，可以是單錨、雙錨或多錨。

岸站系統

岸站系統由岸站計算機、衛星通信機、打印機和電源等設備組成，完成浮標傳輸數據的接收、處理和存儲。按照通信方式可分兩類：一類是短波通信接收岸站，接收短波通信機發來的信息，如FZF2-1型及FZF2-2型海洋資料浮標系統的接收岸站；另一類是衛星通信接收岸站，如FZF2-3型浮標和水質監測浮標的接收岸站。

常見分類

海洋資料浮標按照不同的分類方法，具有不同的名稱，通常按照應用需求、浮標體結構形式、錨泊方式、浮標體尺度(尺寸)測量功能等進行分類。

按照應用需求，浮標分為通用型和專用型。通用型浮標測量的環境參數多，能夠滿足對布放海域水文氣象、生態環境的綜合監測：專用型浮標對某個或某類海洋環境參數進行測量(如波浪浮標、水質浮標、核輻射浮標、海嘯浮標、海氣通量浮標等)，可實現對特定海域特殊海洋環境的重點監測。按照浮標體結構形式，浮標分為圓盤形、球形、船形、柱形等類型。圓盤形、球形浮標具有結構對稱、機械強度大、有效空間和利用面積大、隨波性好、抗沉性好等特點；船形浮標具有體形線性好、重量輕，運輸拖曳方便、抗風浪流的能力強、不易傾翻、適于在強海流的海區工作等特點；柱形浮標具有吃水線深、水動阻力大、升沉橫搖運動穩定性好、不易傾翻等特點。

按照錨泊方式，浮標分為錨系型和漂流型。錨系型浮標通過錨系連接海底與浮標體，錨系克服海流作用將浮標限定于一定位置范圍內工作，主要用于獲取海洋特定位置長時間序列水文和氣象變化實況信息，特別適合對關鍵海區布設長期觀測網從而對海洋進行監測和研究。漂流浮標沒有錨系的限制，可以在海洋中隨風、波浪、洋流作用自由漂移或升沉，在運動過程中收集大范圍的海洋表層，次表層環墇數據。2-21具有體積小、重量輕、布放機動靈活、成本低、工作可靠性高等優點，適合在全球海洋大規模投放，進行海洋環流、氣候變化等監測和研究。

按照浮標體尺度，可以分為大型、中型、小型等不同類型。浮標尺度越大，其穩定性越好、更不易傾覆、抗破壞性和抗惡劣海況的能力更強，但浮標的設計難度更大、建造價格更高、周期更長，運輸、拖航、布放回收難度也會更大。為保障浮標在海況特別惡劣海區正常工作，可以研制、布放一定數量的大型浮標；根據成本控制，布放回收的方便，在海況不太惡出海區，可以考慮布放中小型浮標。

按照浮標測量功能，可分為氣象水文監測浮標、水質浮標、波浪浮標、光學浮標、核輻射監測浮標等類型。根據搭載的測量傳感器不同，浮標能夠實現對海洋水文、氣象、生態、光學等環境參數的測量。海洋水文參數主要有水溫、鹽度、波高、波周期、波向、流速、流向、透明度等；海洋氣象參數主要有氣溫、氣壓、相對濕度、風速、風向、輻射、降雨量、能見度、云高、云量等；海洋生態參數主要有葉綠素含量、溶解氧含量、總有機碳含量、葉綠素a含量、酚含量、黃色物質含量、石油含量、硝酸鹽含量、亞硝酸鹽含量、磷酸鹽含量、二氧化碳分壓、化學需氧量、放射性物質含量等；海洋光學參數主要有向下光譜輻照度、向上光譜輻亮度、海面人射光輻照度、向下光譜輻照度漫射衰減系數、向上光譜輻亮度漫射衰減系數等。

技術組成

海洋浮標涉及力學、系統理論、材料學、機械設計技術、傳感技術、微電子技術、計算機技術、通信技術、可靠性技術等多學科的交叉、集成，主要由錨系、浮標體、電子系統(傳感器、數據采集、通信、供電)等部分組成。浮標體是錨系和電子系統的浮力載體，錨系是浮標系統定點工作的基礎，電子系統是獲取海洋資料的關鍵，這三者是浮標總數效能中最重要的三個部分，任何一個部分的失效，都會造成整個系統的失效。浮標所處的工作環境極為惡劣，面臨氣象、水文、生態等環境參數多、變化范圍大、沖擊強度劇烈、持續作用時間長等特點，這就要求浮標在設計時需充分考慮測量范圍、測量精度、浮性、穩性、抗沉性、風載荷、波浪載荷、海流載荷、結構形式、密封性、可靠性等因素，才能保證浮標系統的正常工作。

海洋資料浮標工程具有嚴重的非線性、內外部隨機擾動、結構和參數的不確定性和時變性。復雜系統理論為浮標的研制、技術改進及應用維護提供了必要的分析方法和解決思路。理論體系具體細分為浮標力學理論、系留索力學理論、海洋動力環境浮標監測理論3部分：技術體系主要包括信息處理技術、軟測量技術、傳感器及弱小信號處理技術、通信技術可靠性設計及相關技術、海洋資源浮標觀測網絡技術6部分。

以上圖參考：

性能參數

根據GB/T 12763-2007《海洋調查規范》，參考GB/T 14914.2-2019《海濱觀測規范第2部分:海濱觀測》，確定測量要素傳感設備技術指標。

以上參考：

主要特點

海洋浮標形態多樣，成本較低，機動性強，可由空中、水面和水下投放部署。海洋浮標具有全天候、全天時穩定可靠的收集海洋環境資料的能力，能夠實現數據的自動采集、自動標示和自動發送。

應用領域

海洋浮標是海洋環境自動觀測平臺，是現代海洋環境立體監測系統的重要組成部分。它具有自動、長期、連續收集海洋環境資料的能力，即使在惡劣環境，在其他現場監測手段都難以或無法實施監測的時候，海洋浮標仍能有效工作。

在海洋預報及防災減災中的作用

海洋資源勘探開發、海上交通、海洋漁業等活動的開展離不開海洋預報的保障，而海洋預報離不開連續準確、及時的海上實況資料。臺風、風暴潮、災害性海浪、赤潮、ENS0(el nino-southem oscilation)事件、海洋污染等海洋災害[+1]往往會造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。浮標可為海洋環境預報及災害預警提供全天候、可靠的實況數據，有利于提高或優化海洋數值預報模式，實現對海洋災害的提前預警，從而為防災減災爭取時間。

在維護國家權益中的作用

海洋是戰略要地，由于歷史和現實利益等原因，世界上有些海域存在較大海洋權益糾紛。在離岸較遠的海區維護海洋權益的活動面臨著復雜的海洋環境制約，特定海區布放無人值守、全天候、長時間可靠工作的浮標，既是長久性有形存在的象征，同時其獲取的監測數據能夠對管控、開發等活動提供可靠依據，從而起到維護國家權益的作用。

在海洋經濟開發中的作用

海洋資源豐富，隨著海洋經濟的發展，海上交通、近海養殖，海洋油氣開采、海底礦產勘探、海洋波浪能發電、海上風能發電、海洋工程建設等活動持續增多，對海洋環境的實況和預測需求增多，迫切需要浮標獲得準確、及時的水文氣象資料，保障相關活動或作業施工的開展。

在海洋科學研究中的作用

全球海洋內部時刻發生著變化，且通過大氣對陸地上的天氣產生重要影響，浮標能夠為海洋和大氣科學研究提供寶貴的現場觀測數據。浮標監測數據為海氣交換、海洋環流、北極濤動、厄爾尼諾暖流現象、拉尼娜現象、海洋生物等研究創造了良好條件。

在衛星檢驗中的作用

海洋衛星遙感是得到海表面大范圍監測數據的主要技術手段，如海面溫度、電導率、風場、波浪、海流、海上風暴和潮汐等水色及動力要素信息。衛星遙感器得到的是海表面的輻射或散射參數，需根據一定的反演模型，算法才能得到海而要素參數，反演數據的準確性，一致性需借助浮標現場測量數據進行真實性檢驗，從而提高遙感定量化水平和改進反演算法。

標準規范