走航式多参数剖面测量系统（MVP）技术研究

李冬+张永合+刘雷

摘要：本文调研了走航式多参数剖面测量系统（MVP）的国产化发展现状，通过对国产MVP4000系统和加拿大BOT公司的MVP系统进行对比分析，得出了国产化MVP系统的主要指标和功能已经达到应用需求，并且在界面友好性、操作方便性、数据预处理和绞车自动控制等方面有了很大改进，对于我国未来的海洋调查具有积极意义。

关键词：走航式；多参数剖面测量系统（MVP）；MVP4000

中图分类号：P715 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0114-03

1 前言

走航式多参数剖面测量系统全称Moving Vessel Profiler，以下简称为MVP，是一种采用不停船走航方式对海洋不同深度各种物理、化学和生物参数等进行剖面测量的系统。作为一种集成度和自动化程度都较高的海洋调查设备，由于它能够对海洋多要素进行同时观测并获得高空间分辨率的数据资料，因而近年来在海洋测绘领域得到了日益广泛的应用。

随着我国海上新丝绸之路计划的提出，海洋信息测绘对MVP系统会有一个快速而强烈的需求增长，而与之相对应的是由于需求总量不高，国外的MVP生产商BOT公司已经倒闭，并没有其他企业从事MVP的研发制造，鉴于这一状态和国内日益增长的需求，国内已经有劳雷工业公司等部分企业单位开展了MVP国产化相关研究工作，并已经有相应的产品。本文对MVP系统的国产化水平和进展进行了相关的调研和分析，期望能够有助于各科研机构及测绘部门对国产化MVP系统有比较深入的了解，并促进国产化MVP的改进和提高。

2 MVP系统简介

MVP最早由加拿大Brooke Ocean Technology Ltd（BOT）公司研发成功，它的主要组成包括拖鱼、数据采集单元、绞车及液压系统、远程控制系统等，如图1所示。拖鱼能同时搭载CTD、叶绿素荧光计、溶氧传感器、浊度计、PH计等常规传感器，同时能够根据需要搭载特殊功能的海洋测量设备，如多普勒声学流速流向仪ADCP、声速传感器SVP、二氧化碳传感器等。数据采集单元对各种传感器信息进行采集汇总，并进行必要的前期數据处理。绞车及液压系统负责拖鱼的布放与回收。远程控制系统负责实时监控绞车状态并控制绞车的起停和收放动作。

BOT公司的MVP依据测量深度共有MVP30、MVP100、MVP200、MVP300、MVP800五种型号，可工作于走航模式和定点投放模式。在走航模式下拖鱼在水中作自由落体运动，最大下降速度能达到3.5 m/s，在达到设定深度之后，绞车自动停止，然后开始回收至预定深度。从自由落体开始到回收至预定深度完成了一个剖面的测量过程，每个剖面的观测数据都由计算机自动记录保存。MVP搭载的传感器采样频率最高可达25 Hz。拖鱼采用流线型设计，减少了在水中运动的摩擦力。走航模式下MVP最高可支持调查船在12 kn航速航行。

MVP的工作过程为：远程控制系统接收调查船测深仪传来的海深数据和GPS传来的位置信息，用户根据这些信息在远程控制系统端设置好当前海域测量水深、报警深度等参数，然后操控绞车释放拖鱼；拖鱼内部的各种传感器实时采集拖鱼下降过程中的水体数据，并通过通信电缆上传至调查船，位于调查船上的数据采集单元负责记录并处理各传感器数据及当前的水深、GPS位置信息，便于后期做数据分析；当拖鱼到达设定深度或者拖鱼当前深度与水深之差小于等于报警深度时，远程控制系统操控绞车开始回收拖鱼至设定回收深度，然后准备进行下一次投放测量；重复这一过程，直至完成对全部调查海域的测量。在此过程中，调查船可始终处于航行状态，不用停船测量，大大提高了工作效率。

BOT公司的MVP依据测量深度共有MVP30、MVP100、MVP200、MVP300、MVP800五种型号，可工作于走航模式和定点投放模式。在走航模式下拖鱼在水中作自由落体运动，最大下降速度能达到3.5m/s。MVP搭载的传感器采样频率最高可达25Hz。拖鱼采用流线型设计，减少了在水中运动的摩擦力。走航模式下MVP最高可支持调查船在12kn航速航行。

3 国内外MVP技术现状对比

目前国产化MVP的产品主要是劳雷工业公司自主研发的MVP4000，该产品除拖鱼内的部分传感器没有完全国产化外，数据采集单元、绞车及液压系统、远程控制系统等部分都实现了国产化。其中绞车和拖鱼的机械结构部分基本沿用原BOT公司设计思路，产品已经具备BOT公司MVP的所有功能，并已经与国家海洋局第一海洋研究所合作开展了多个航次的实海测量。

MVP4000结合用户使用习惯，在控制界面显示、数据保存与预处理、绞车收放缆自动控制等方面做了一些有益的改进和尝试，具体包括：

3.1 控制界面显示

加拿大BOT公司的MVP系统，在预先设定好的状态下工作，也能够进行手动操作或通过计算机的自动控制（图2）。其MVP操作软件以英文版为主，且使用的是美国国家仪器公司NI的Labview软件平台，界面上多数以图形化形式显示绞车、缆绳、拖鱼等的物理参数，这些参数对于操作用户来说，可能会感觉界面上的参数和信息过于复杂，不便于使用。而对于科学家更为关心的拖鱼内部传感器数据则仅做数字显示和简单记录，显示并不直观。

MVP4000控制软件界面如图3所示，其采用了目前最为流行的UI设计思想，界面相对简洁美观，操控便捷。用户界面主要显示航速、缆长和深度等少数用户关心参数，并着重对科学家关心的传感器数据进行了图形化显示，便于用户对测量结果有更为直观的了解。

3.2 数据保存与预处理

在数据保存与预处理方面，BOT公司的MVP仅能实时显示传感器当前数据，并将数据同步保存。用户如需要分析数据，需要进行大量的后处理工作。

MVP4000能够实时记录并图形化显示传感器数据，并与GPS和测深仪数据进行同步匹配，便于用户在后续处理数据时及时掌握测试环境信息。另外该系统支持历史数据回放、多次测量结果同步比较等功能，一定程度上降低了用户后处理工作量。endprint

3.3 絞车收放缆自动控制

BOT公司的MVP在实际使用时，需要预先根据调查海域的深度和拖鱼拟投放深度在绞车缆绳上的不同位置放置信息报警块，通过信息报警块触发传感器产生深度报警，从而由远程控制系统控制缆绳的自动收放。当不同调查海域深度发生变化时，需要在工作前首先调整信息报警块位置，这对于用户使用相当不便。

MVP4000则是通过实时监控拖鱼内部的深度传感器数据拖鱼当前所处深度，然后通过对深度、缆长、船速等参数建模形成闭环控制系统，由远程控制系统自动控制绞车的收放缆、刹车、回收等动作，并通过监控绞车的工作状态，实时进行报警、失效警告信息解除等操作，大大降低了用户操作难度。

4 国产化MVP系统需要改进的空间

现有的MVP数据处理系统尚未支持测量海域的海图数据，因此用户还需要人工分析测量海域信息，未来的MVP数据处理系统应当能够融合测量海域的海图信息，实时给出海图上相应位置点的测绘信息。

在数据深度处理分析方面，MVP系统也有较大的改进空间。未来的MVP系统应当通过与科学家的密切交互，将测绘数据处理算法融合到数据处理系统中，最终以图形化界面和测绘报告的形式呈现给最终用户。

另外，目前MVP的传感器部分由于对测量精度、稳定性、可靠性和环境适应性等要求较高，普遍采用国外进口产品，如Seabird SBE3Plus温度传感器、SBE4C电导率传感器、Paroscientific 8CB4000-I深度传感器、Seabird SBE49 CTD一体式传感器等。在传感器国产化方面，还需要在市场需求牵引下，不断提升国产产品的性能及可靠性。

5 结论与展望

目前国产化MVP系统除拖鱼内的传感器以外，其他数据采集单元、远程控制系统和绞车液压系统都已经实现了国产化，且部分性能指标、界面友好度和操作便捷性都达到或超过了国外产品水平。

这对于我国的海洋测绘、海洋调查、生物科学研究以及海洋产业开发都具有很大的促进作用，也为我国向海洋强国迈进、实现海上新丝绸之路计划提供了必要的技术保障。

相信后续随着国家海洋战略的不断推进，在国家海洋局以及各相关部门的支持引导和研究单位的共同努力下，一定能够进一步提升国产化MVP系统的水平，尤其是在核心传感器系统方面会有新的突破性进展。

参考文献

[1]刘长建，毛华斌，陈荣裕，王东晓.南海北部海洋温、盐调查研究——2004年9月南海北部开放航次移动船载温盐剖面仪观测，热带海洋学报，2005，24（1）：89-90.

[2]潘俊，于非，李超伦，等，基于LOPC的夏季南黄海35°N断面浮游动物水平和垂直分布初探[J].海洋与湖沼，2014，45（5）：938-945.

[3]Brooke Ocean Technology Ltd，MVP300 Operation and Maintenance Manual.2004.

[4]劳雷工业公司，MVP4000自动控制软件使用手册.2017.endprint