简单百科
海洋浮标

海洋浮标

海洋浮标（英文名：Ocean Buoy，别名：海洋监测浮标、海洋资料浮标）是以锚定在海上的探测浮标为主体组成的海洋水文水质气象自动探测站，主要用于观测海洋水文、水质和气象资料，可为海洋科学研究、海上油气资源开发、国防建设提供有力支持。

海洋浮标技术开始于20世纪40年代末至50年代初。20世纪60年代初，美国开始研制多要素观测的海洋资料浮标，其他海洋发展国家如德国、英国、法国、加拿大、挪威、日本、意大利、前苏联等也相继展开了浮标的研制工作。海洋浮标在中国的开发研制始于20世纪60年代中期。进入21世纪，国外的海洋资料浮标产品主要是以小型浮标为主。2002年初，中国正式加入国际Argo计划，并成立中国Argo实时资料中心，承担中国Argo浮标的布放、实时资料的接收和处理、资料质量控制技术/方法的研究与开发等。

海洋浮标涉及力学、系统理论、材料学、机械设计技术、传感技术、微电子技术、计算机技术、通信技术、可靠性技术等多学科的交叉、集成，主要由锚系、浮标体、电子系统(传感器、数据采集、通信、供电)等部分组成。海洋浮标具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力，能够实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。海洋浮标主要分为锚系浮标、漂流浮标(Argo浮标)、潜标。海洋浮标从注重长期稳定可靠工作进入到产品化应用、质量控制、全球观测和资料交换阶段。

历史沿革

世界

海洋浮标技术开始于20世纪40年代末至50年代初，20世纪60年代初，美国开始研制多要素观测的海洋资料浮标，其他海洋发展国家如德国、英国、法国、加拿大、挪威、日本、意大利、苏联等也相继展开了浮标的研制工作。

美国在60年代末、70年代初用12米直径圆盘型浮标，但由于造价问题而使其发展受到限制。1973年通过对浮标造价、寿命及性能的综合考虑，将12米浮标的尺寸按比例缩为10米。1974年，美国国家资料浮标中心在其浮标网中所使用的浮标已有三种类型:排水量为90吨和52吨，直径为12米和10米的钢制圆盘型壳体浮标以及排水量为8.7吨，长为6米的NOMAD船型壳体浮标。NOMAD船型浮标是从Roberts浮标发展而来的，第二代NOMAD船型浮标取名VENOMAD浮标，由A1di公司承担制造。VENOMAD浮标采用5086铝合金建造，甲板和侧板厚度12.7毫米，底板厚15.9毫米，底部约有2948公斤(6500磅)袋装铅粒压载，使其达到设计的排水量，并避免大角度倾斜时压载物的移动。浮体有3个电池舱和1个电子仪器舱，呈船形壳体，长6米，宽约3米，深2.1米，初稳心高0.52米，重心高1.29米，排水量8732公斤(19250磅)，储备浮力8845公斤(19500磅)横摇周期3.5秒，纵摇周期2.4秒，纵/横摇2.6弧度/秒2。

从1985年开始，美国国家资料浮标中心决定用造价仅为12米浮标1/25的3米直径圆盘型浮标逐步代替在海况不大恶劣海区的6米船型NOMAD浮标站位，用NOMAD浮标取代12米圆盘型浮标站位，12米浮标只用于海况条件特别恶劣的海区(如白令海)。由于布放不多，美国国家资料浮标中心决定不再生产12米浮标。据统计，截止至1990年，在其领海海域布放的各类浮标(直径12米、10米、3米的圆形浮标和6米船形浮标)总数中，3米小浮标约占总数的50%以上。

英国第一代资料浮标的典型代表是DB1型，其壳体直径为8米，重量为40吨左右。第二代浮标是DB2和DB3型，是为英国新的四年海洋水文气象资料收集计划而设计的，它们是DB1型的改进型，其壳体直径为6米，重22吨；1985年英国又研制了3米直径、重3吨的Seawatch型圆盘型浮标，取代DB2型的站位，DB2型将被移至别的海区。另外，英国的Marex技术有限公司从1975年起到1985年1月间制造了37个3米直径圆盘型浮标，这些浮标除英国布放用外，还远销世界许多国家。

进入21世纪，国外的海洋资料浮标产品主要是以小型浮标为主，如美国InterOcean systems公司海洋监测浮标(OFFSHOREMONITORING BUOY)，法国IXsurvey公司iXBuoy II浮标，挪威辉固公司Wavescan浮标。

中国

海洋浮标在中国的开发研制始于20世纪60年代中期，经过起步阶段(1965~1975年)、研究试验阶段(1975~1985年)和实用化阶段(1985~1990年)的不断发展，90年代开始正式投入使用。

中国的海洋浮标技术在世界上起步较早通过不断摸索逐渐走向了满足业务应用的成熟阶段。1966年，中国第一台浮标H23诞生，浮标体为艇式，可以测量7个水文气象要素，通过二极管组合器输出莫尔斯码，并由发报机发出，海上通信距离为50km，当时在近海试运行了27d。1968年，中国在H23浮标原理样机基础上进行改进，研制出第二台浮标2H23，整机及程序控制电路采用品体管，当时在海上试验了24d。1978年，中国研制出第一台大型浮标HFB-1，属于中国第一代大型浮标科研样机，浮标体直径为10m圆盘形，排水量为50t，采用三锚固定，主控系统采用了小规模集成电路，可以测量11个水文气象要素，海上通信距离为150km，当时在海上试验95d，其中海上连续工作时间58d。

1979年，中国研制出第一个用数字传输的全自动浮标“南浮”1号，浮标体为6m圆盘形，排水量13t，控制系统采用单板微处理机取代小规模集成电路，测量12个水文气象参数，通信距离500km，当时海上试用13个月，其中海上连续工作时间90d，属于第一代向第二代过渡的科研样机。1983年，中国研制了科研样机“科浮”2号，浮标体直径为5m圆盘形，排水量13.58t，测量要素12个，通信距离1000km，海上试用4个月，也属于第一代向第二代过渡科研样机。1984年，在HFB-1浮标基础上改进研制出HFB-1A浮标，将原来分立元件改为小规模集成电路，对电子仪器系统进行了可靠性设计，海上试用连续工作325d；1986年，在HFB-1A浮标基础上改进研制出HFB-1B浮标，三锚改为单锚固定，增加了测波项目，测量要素11个，通信距离400km，海上试用3年，海上连续工作时间351d是当时中国海洋浮标海上连续工作时间最长、获得海洋水文气象资料最多的浮标系统，浮标可靠性的提高，使中国浮标从试验阶段进人实用阶段。

1987年和1989年，中国自行研制出自动化程度高、实用的大型海洋资料浮标FZF2-1，又称Ⅱ型海洋资料浮标，浮标体为10m圆盘形，排水量52t，单锚固定，数据采集系统采用CMOS低功耗微机，测量要素9个，通信距离400km，海上连续工作时间500余天，浮标综合技术性能和指标处于中国领先水平，达到了20世纪80代初期国际水平属于中国第二代大型浮标。1989年，中国研制了第一台小型资料浮标FZS1-1，浮标体为3m圆盘形，排水量3t，单锚固定，数据采集系统采用CMOS低功耗微机，测量要素9个，通信距离150km，海上试用80d，整机性能达到20世纪80年代国际同类产品水平，填补了中国小型资料浮标空白属于中国第一代小型浮标。1990年，中国研制了第一台深海浮标FZS2-1，浮标体为10m圆盘形，排水量54t，倒S单锚固定，布放水深4000m，数据采集控制及通信系统沿用FZF2-1浮标，测量要素15个，中国首次采用太阳能复充蓄电池供电方式，通信距离600km，海上试用332d，海上连续工作时间75d属于中国第二代大型浮标。

1992年一1994年中国对原FZF2-1浮标系统(不包括浮标体及锚系部分）进行改进，研制了FZF2-2浮标系统，显著提高了可靠性和测量准确度，实现了当时中国海洋资料浮标网大型浮标设备、结构、软件的统一标准化，中国首次应用大容量固态存储器代替数据磁带机，使用ARGOS卫星传输数据浮标在技术性能、工作可靠性、实用性数据准确性和回收率等综合性能处于当时中国领先地位，达到了20世纪80年代末国际先进水平3套浮标海上业务应用7a。1995年一1996年中国利用FZF2-2浮标技术对FZS2-1浮标的数据采集、控制、通信、传感器、岸站系统进行重新设计后研制成功FZF2-3海洋资料浮标系统，中国首次应用INMARSAT-C海事卫星通信，彻底解决了中国浮标信息接收率低的问题，实现了2套南海深海浮标长期业务运行，填补了中国南海海域无浮标的空白。1997年一1998年，中国利用FZF2-3浮标技术对两台FZS2-1浮标技术改造，采用工控机作为主控微机统一传感器等部件接口，系统具有故障诊断和自测试功能，实现了东海海域的业务监测。1999年，中国研制了第一台深海船形浮标XHZ01，浮标体为船形，排水量10t，采用倒S单锚固定，数据采集系统采用工控机，测量要素9个，通信距离1500km，布放于中国南海海域试用了1a。2001年中国研制了FZF3-1浮标浮标体为10m圆盘形排水量52t单锚固定，数据采集系统改用工控机，海上连续工作时间18个月，测量要素10个，通信距离600km，是中国第三代大型浮标，成为中国海洋资料浮标网主力浮标，满足了海上业务应用需要。

2002年初，中国正式加入国际Argo计划，并成立中国Argo实时资料中心，承担中国Argo浮标的布放、实时资料的接收和处理、资料质量控制技术/方法的研究与开发等。半个世纪以来，中国先后以国家“863”计划、“973”计划、国家自然科学基金项目、科技部国际科技合作重点项目、科技部基础研究重大项目前期研究专项、国家海洋局海洋公益性行业科研专项、国家海洋局国家自然科学基金青年科学基金项目管理办法、中科院装备项目和创新项目等形式，以及山东、上海、广东、浙江等省市科技支撑项目等形式，投入大量专项经费用以支持海洋浮标监测系统的研究。这些项目吸引了中国许多科研院所和高等院校来承担或参与海洋浮标监测系统的研究、开发与应用，主要有国家海洋局系统单位、中国科学院系统单位，科研院所和高等院校，在取得了一系列科研成果和经验的同时，也开发了一些测波、流、光以及海洋通信等的专用浮标监测系统。

结构组成

浮标系统

海洋浮标包括浮体、标架、供电设备、防护设备和各类传感器等。

浮体是塔架和各类仪器设备在海上的承载体，形状有圆盘形、圆柱形、船形、球形、椭球形、圆台形等。标架通常采用普通钢(A3)、不锈钢材质上面安装气象传感器、警示灯、GPS定位仪、雷达反射器、太阳能电池板等。浮标通常被布放于远离岸边的海水中，这就要求其具有独立的供电系统。

海洋浮标为避免浮体及设备受外力(如渔船)冲击而损坏，在标架上安装警示灯和雷达反射器，同时在浮体最大直径外围及标架周边设置防撞橡胶圈。为能实时掌握浮标锚泊位置，浮标上还装有GPS卫星定位系统，浮标一旦发生漂移或丢失，可及时到现场修正或按移动轨迹找寻。为避免和减少海水侵蚀和生物附着对浮体的负面影响，保障正常工作，对浮体及水下仪器和锚系进行防污损处理是十分必要的。不同功能的浮标承载不同类型、不同数量的传感器。

锚泊系统

锚泊系统由锚、锚链和系链环组成，它是浮标定位的重要设施。大型导航浮标定位常采用钢筋混凝土锚旋和大抓力锚，以防止走锚。中型水文气象、水质监测浮标通常采用全锚链单点系泊，锚锭为水泥沉块或钢锭，以钢丝绳或有档铸钢锚链与浮体相连。也有少数采用三锚系留，以加强浮体的稳定性。锚泊系统的设计经验性很强，不只与锚、链组成有关，更与所投放浮标海域环境有关。海况良好的海域风浪较小，锚由缆绳或钢丝绳系留固定；海况恶劣的海域，风浪大，除了增加锚重外，还要考虑选用弹性锚链系留，以缓冲风浪的冲击力，确保锚泊系统位于预定区域。淤泥底质海域可选用三叉抓锚，便于锚系抓陷固定；砂石底质海域通常选用锚定固定，可以是单锚、双锚或多锚。

岸站系统

岸站系统由岸站计算机、卫星通信机、打印机和电源等设备组成，完成浮标传输数据的接收、处理和存储。按照通信方式可分两类：一类是短波通信接收岸站，接收短波通信机发来的信息，如FZF2-1型及FZF2-2型海洋资料浮标系统的接收岸站；另一类是卫星通信接收岸站，如FZF2-3型浮标和水质监测浮标的接收岸站。

常见分类

海洋资料浮标按照不同的分类方法，具有不同的名称，通常按照应用需求、浮标体结构形式、锚泊方式、浮标体尺度(尺寸)测量功能等进行分类。

按照应用需求，浮标分为通用型和专用型。通用型浮标测量的环境参数多，能够满足对布放海域水文气象、生态环境的综合监测：专用型浮标对某个或某类海洋环境参数进行测量(如波浪浮标、水质浮标、核辐射浮标、海啸浮标、海气通量浮标等)，可实现对特定海域特殊海洋环境的重点监测。按照浮标体结构形式，浮标分为圆盘形、球形、船形、柱形等类型。圆盘形、球形浮标具有结构对称、机械强度大、有效空间和利用面积大、随波性好、抗沉性好等特点；船形浮标具有体形线性好、重量轻，运输拖曳方便、抗风浪流的能力强、不易倾翻、适于在强海流的海区工作等特点；柱形浮标具有吃水线深、水动阻力大、升沉横摇运动稳定性好、不易倾翻等特点。

按照锚泊方式，浮标分为锚系型和漂流型。锚系型浮标通过锚系连接海底与浮标体，锚系克服海流作用将浮标限定于一定位置范围内工作，主要用于获取海洋特定位置长时间序列水文和气象变化实况信息，特别适合对关键海区布设长期观测网从而对海洋进行监测和研究。漂流浮标没有锚系的限制，可以在海洋中随风、波浪、洋流作用自由漂移或升沉，在运动过程中收集大范围的海洋表层，次表层环墇数据。2-21具有体积小、重量轻、布放机动灵活、成本低、工作可靠性高等优点，适合在全球海洋大规模投放，进行海洋环流、气候变化等监测和研究。

按照浮标体尺度，可以分为大型、中型、小型等不同类型。浮标尺度越大，其稳定性越好、更不易倾覆、抗破坏性和抗恶劣海况的能力更强，但浮标的设计难度更大、建造价格更高、周期更长，运输、拖航、布放回收难度也会更大。为保障浮标在海况特别恶劣海区正常工作，可以研制、布放一定数量的大型浮标；根据成本控制，布放回收的方便，在海况不太恶出海区，可以考虑布放中小型浮标。

按照浮标测量功能，可分为气象水文监测浮标、水质浮标、波浪浮标、光学浮标、核辐射监测浮标等类型。根据搭载的测量传感器不同，浮标能够实现对海洋水文、气象、生态、光学等环境参数的测量。海洋水文参数主要有水温、盐度、波高、波周期、波向、流速、流向、透明度等；海洋气象参数主要有气温、气压、相对湿度、风速、风向、辐射、降雨量、能见度、云高、云量等；海洋生态参数主要有叶绿素含量、溶解氧含量、总有机碳含量、叶绿素a含量、酚含量、黄色物质含量、石油含量、硝酸盐含量、亚硝酸盐含量、磷酸盐含量、二氧化碳分压、化学需氧量、放射性物质含量等；海洋光学参数主要有向下光谱辐照度、向上光谱辐亮度、海面人射光辐照度、向下光谱辐照度漫射衰减系数、向上光谱辐亮度漫射衰减系数等。

技术组成

海洋浮标涉及力学、系统理论、材料学、机械设计技术、传感技术、微电子技术、计算机技术、通信技术、可靠性技术等多学科的交叉、集成，主要由锚系、浮标体、电子系统(传感器、数据采集、通信、供电)等部分组成。浮标体是锚系和电子系统的浮力载体，锚系是浮标系统定点工作的基础，电子系统是获取海洋资料的关键，这三者是浮标总数效能中最重要的三个部分，任何一个部分的失效，都会造成整个系统的失效。浮标所处的工作环境极为恶劣，面临气象、水文、生态等环境参数多、变化范围大、冲击强度剧烈、持续作用时间长等特点，这就要求浮标在设计时需充分考虑测量范围、测量精度、浮性、稳性、抗沉性、风载荷、波浪载荷、海流载荷、结构形式、密封性、可靠性等因素，才能保证浮标系统的正常工作。

海洋资料浮标工程具有严重的非线性、内外部随机扰动、结构和参数的不确定性和时变性。复杂系统理论为浮标的研制、技术改进及应用维护提供了必要的分析方法和解决思路。理论体系具体细分为浮标力学理论、系留索力学理论、海洋动力环境浮标监测理论3部分：技术体系主要包括信息处理技术、软测量技术、传感器及弱小信号处理技术、通信技术可靠性设计及相关技术、海洋资源浮标观测网络技术6部分。

以上图参考：

性能参数

根据GB/T 12763-2007《海洋调查规范》，参考GB/T 14914.2-2019《海滨观测规范第2部分:海滨观测》，确定测量要素传感设备技术指标。

以上参考：

主要特点

海洋浮标形态多样，成本较低，机动性强，可由空中、水面和水下投放部署。海洋浮标具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力，能够实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。

应用领域

海洋浮标是海洋环境自动观测平台，是现代海洋环境立体监测系统的重要组成部分。它具有自动、长期、连续收集海洋环境资料的能力，即使在恶劣环境，在其他现场监测手段都难以或无法实施监测的时候，海洋浮标仍能有效工作。

在海洋预报及防灾减灾中的作用

海洋资源勘探开发、海上交通、海洋渔业等活动的开展离不开海洋预报的保障，而海洋预报离不开连续准确、及时的海上实况资料。台风、风暴潮、灾害性海浪、赤潮、ENS0(el nino-southem oscilation)事件、海洋污染等海洋灾害[+1]往往会造成严重的经济损失和人员伤亡。浮标可为海洋环境预报及灾害预警提供全天候、可靠的实况数据，有利于提高或优化海洋数值预报模式，实现对海洋灾害的提前预警，从而为防灾减灾争取时间。

在维护国家权益中的作用

海洋是战略要地，由于历史和现实利益等原因，世界上有些海域存在较大海洋权益纠纷。在离岸较远的海区维护海洋权益的活动面临着复杂的海洋环境制约，特定海区布放无人值守、全天候、长时间可靠工作的浮标，既是长久性有形存在的象征，同时其获取的监测数据能够对管控、开发等活动提供可靠依据，从而起到维护国家权益的作用。

在海洋经济开发中的作用

海洋资源丰富，随着海洋经济的发展，海上交通、近海养殖，海洋油气开采、海底矿产勘探、海洋波浪能发电、海上风能发电、海洋工程建设等活动持续增多，对海洋环境的实况和预测需求增多，迫切需要浮标获得准确、及时的水文气象资料，保障相关活动或作业施工的开展。

在海洋科学研究中的作用

全球海洋内部时刻发生着变化，且通过大气对陆地上的天气产生重要影响，浮标能够为海洋和大气科学研究提供宝贵的现场观测数据。浮标监测数据为海气交换、海洋环流、北极涛动、厄尔尼诺暖流现象、拉尼娜现象、海洋生物等研究创造了良好条件。

在卫星检验中的作用

海洋卫星遥感是得到海表面大范围监测数据的主要技术手段，如海面温度、电导率、风场、波浪、海流、海上风暴和潮汐等水色及动力要素信息。卫星遥感器得到的是海表面的辐射或散射参数，需根据一定的反演模型，算法才能得到海而要素参数，反演数据的准确性，一致性需借助浮标现场测量数据进行真实性检验，从而提高遥感定量化水平和改进反演算法。

标准规范

以上参考：

发展趋势

中国资料浮标系统技术不断完善，逐渐实现了浮标的标准化、系列化和产品化，浮标各项技术性能逐渐达到国外发达国家先进水平，具备了大规模业务组网应用的条件。随着国家海洋开发、海洋预报、海洋权益需求增多，以国家海洋局、中国气象局为应用主体的国家海洋监测网快速发展，系列浮标目前已应用于中国从南到北、从近海到远海的浮标监测网。

美国、加拿大、英国、法国、日本、印度、韩国等海洋国家逐步建立了锚系浮标监测网，并已经应用到太平洋、印度洋、大西洋等关键海域，在布放浮标的范围、密度、种类、多参数等方面较为领先，为海洋气象预报、海洋灾害预警、海洋资源开发、海洋工程、海上交通运输以及海洋科学研究等提供服务。海洋浮标从注重长期稳定可靠工作进入到产品化应用、质量控制、全球观测和资料交换阶段。

参考资料

《海洋预报》| 韩国海洋浮标实时数据采集与比对分析 .微信.2024-11-12

“海洋浮标”岂能想投就投？ .微信.2024-11-10

标准号：GB/T 14914.2-2019 .国家标准全文公开系统.2024-11-11

美军GPS浮标失灵，一艘056护卫舰伴随作业船，监视计划全面破产.百家号.2024-11-12