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水下机器人在海洋水母灾害监测预警研究中的应用

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曼宝科技 发表于 2013-1-11 09:22:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

■国家海洋局北海环境监测中心副总工程师 张洪亮

      继赤潮、绿潮之后,水母旺发又成为一种新的海洋生态灾害,有学者曾提议将水母灾害命名为“白潮”。近年来,世界沿海每年都有大量水母蜇人致伤致死、水母阻塞滨海电厂取水口影响电厂安全运行的事件发生。比如,2011年,以色列出现水母旺发对核电站的安全运行构成威胁的险情;我国沿海近年也有水母灾害增多的趋势,大连、威海、青岛等北方海滨城市都有水母伤人致死的记录;青岛、龙口等沿海城市曾发生水母阻塞滨海电厂冷却水过滤网的事件,威胁安全运行。为满足沿海地区防灾减灾的技术需求,国家海洋局在2010年“海洋公益性行业科研专项经费项目”中设立了“典型海域水母灾害监测预警技术业务化应用与示范研究”项目,重点解决水母监测技术方法、典型海域水母灾害监测预警技术等问题,为滨海旅游业的健康发展、滨海电力工业的安全运行提供技术保障,减轻沿海地区水母旺发的危害,保障沿海地区公众健康和经济社会安全。


水母垂直移动是观测关键技术难点


   水母灾害与赤潮、绿潮等其他生态灾害一样,是由于海洋中一种或少数几种海洋生物数量异常增高引起的生态异常现象。近年在我国北方海域频繁致灾的海月水母、沙海蜇、白色霞水母等是黄渤海的常见物种。2003年,黄海水母灾害暴发,大量水母阻塞渔业捕捞网具,甚至导致爆网。浙江嵊泗渔船捕到水母的渔网爆网率达50%~60%,大部分海区整个6月无法进行捕捞生产。2009年7月,华电青岛发电有限公司海水循环泵的过滤网遭到了水母的“袭击”,高峰时期每天海水泵过滤网前打捞水母10吨以上。海水浴场水母伤人也是由于浴场附近海域有害水母异常增高所致。因此,准确观测水母数量,预测水母数量增长速度和移动聚集程度是水母灾害预警的关键。

   目前,国内外尚缺乏准确的水母定量监测方法。国外水母灾害研究学者使用目测法观测水母数量,中国科学院海洋研究所在“973”项目水母生长机理研究课题中也使用目测法进行水母数量观测。所谓目测法观测水母数量,就是由观测者计数在船舶航行中出现在目测范围内的水母个数,评估观测海域水母数量的监测方法。目测法仅限于对表层水体的水母数量计数,由于水母的垂直移动特性,使目测法的观测数据代表性大打折扣。但是,有害水母一般体形都较大,身体透明,含水量高易破碎,除目测法外还未发现其他更有效的水母数量监测方法。由于水母无规律的垂直移动和集群分布现象,我们难以准确监测海水中水母的实际数量,也无法给出调查获得的水母数量具有多高的代表性,使准确监测水母数量的研究工作陷于僵局。

   寻找新监测技术手段,观测水母在水下的垂直移动规律,成为研究水母分布数量调查方法不可或缺的途径,灵活、方便的水下机器人因此进入水母监测预警方法研究者的视野。


水下机器人在水母运动追踪研究中的应用


   人类对水母的研究非常有限,对水母的数量增长特点、活动规律了解甚少。水母的运行能力差,属随波逐流的浮游动物,我们很难用遥感、网具调查等手段进行水母的运动状况观测研究。水下机器人特有的视觉感知系统和在人为遥控指挥下的水下移动能力,为完成对水母的近距离追踪观测提供了可行的观测手段。

   目前,国际上对自然海域的水母分布缺乏定量监测方法,一般采用目测水母数量的半定量方法观测水母的分布,使用水下机器人进行水母观测也仅限于在水下拍摄水母照片资料的阶段。我们使用的ROV水下机器人装备有水下高清录像机、可在弱光源下工作的黑白录像机和高清照相机,装有水平和垂直4个三维布置的推进器。在表层水体观测水母较易操作,由1名技术人员操作手持遥控器控制水下机器人的移动方向,跟踪海面水母的移动;由另1名技术人员操作录像机录制水母的运行情况,并抓拍清晰度较高的水母运行姿态照片。为研究分析水母录像资料,测算水母移动速率,我们在水母追踪观测现场设置了辅助标尺等器具。底层观测较复杂,因此开启了水下照明设备,利用黑白录像机在较大范围内找寻水母,遥控操作水下机器人实施追踪,记录照相资料和高清录像资料进行水母识别分析,确定水母的分布和数量。初步的现场观测结果显示,水下机器人正成为水母分布数量监测方法研究的重要技术手段。

   该项目首次将水下机器人引入水母移动观测研究领域,还有很多技术问题有待解决。但是,北海监测中心在水下机器人追踪观测水母的试航工作中,成功地追踪观测了海月水母在表层海水中活动姿态,初步测算了其移动速度,观测到海月水母下沉后,在底层海水中的运动情况,是我国海洋生物科学研究领域首次现场观测到海月水母的垂直移动。由此,利用水下机器人观测水母在水下的分布状况、移动速度、垂直移动规律、生活状态及栖息环境等是可行的,水下机器人必将在水母灾害监测预警技术研究中发挥出更大作用。

biodiversity 发表于 2013-1-11 21:01:01 | 显示全部楼层
张洪亮高工
支持个!
EricXP 发表于 2013-1-11 22:09:30 | 显示全部楼层
Awesome.
用ROV和潜水型载人潜水器观察有什么不同?比如用Johnson-Sea-Link载人潜水器?
ocean1 发表于 2013-1-13 16:11:00 | 显示全部楼层
谢分享
lfan 发表于 2013-1-13 22:41:19 | 显示全部楼层
宽带ADCP可以测海洋生物的回波强度以及垂向运动速度,不过对水母的应用不太清楚,会是个很有趣的课题;长期大范围监控的话,可以考虑glider+ADCP;如果调查取证的话,可以考虑光学加成像声呐,比如Teledyne Blueview的成像声呐,可以放在AUV或者ROV等不同载体上。
sanshuiYe 发表于 2013-1-16 20:55:39 | 显示全部楼层
宽带ADCP可以测海洋生物的回波强度以及垂向运动速度,不过对水母的应用不太清楚,会是个很有趣的课题;长期 ...
lfan 发表于 2013-1-13 22:41



    想到长期监测,第一感觉也是glider,国内的glider有沈自所在做。不知道glider的灵活性是否满足实际操作需求?另外国外有没有glider监测鲸豚、鱼群之类的实际案例?
lfan 发表于 2013-1-18 13:39:19 | 显示全部楼层
想到长期监测,第一感觉也是glider,国内的glider有沈自所在做。不知道glider的灵活性是否满足实 ...
sanshuiYe 发表于 2013-1-16 20:55


只是针对水母么?要看他们的活动时空范围,及应用策略,然后选择传感器配置和glider设置。浅水glider应用还是很有挑战性的,尤其是应该艇身写好联系方式,以及“请勿拆开,送还有奖”。您是哪个单位?如果没法glider一步到位,可以考虑先用其他平台验证方法,国内glider成熟也就最近一两年的事情了吧?沈自好多个老师都在做glider,浙大,天津,哈船……很多地方都在做,各有特色。
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