海洋仪器设备规范化海上试验发展现状和建议

韩 鹏，钱洪宝，李宇航*

（1.中国21世纪议程管理中心，北京100038；2.中国电子科学研究院，北京100041）

规范化海上试验主要开展海洋仪器设备作业与比测平台技术、海上试验比测检验方法和试验海域动力环境仿真技术研究，创建海上试验标准体系，并通过加强过程管理或采取监理等方式，确保海上试验全过程的质量控制符合研制要求。

规范化海上试验体系主要包括海上试验平台、船时共享平台和海试制度规范等3个部分。海上试验平台主要包括船载平台和浅海试验场。船载平台是指各类科考船舶及其所搭载的海试所需各种设备。浅海试验场是指在浅海区域建立的桩基式、锚泊式、浮标式和坐底组网式固定测试试验平台。船时共享平台主要实现海洋仪器设备规范化海上试验船时需求征集、船时计划统筹、船时信息发布等工作，通过组建规范化海上试验航次管理办公室，利用规范化海上试验网站、规范化海上试验微信公众号、海试信息管理系统等全方位管理和协调船时共享航次计划。海试制度规范主要研究海上试验比测检验方法和规范标准体系，进一步完善规范化海上试验通用技术规程，并通过编制规范化海上试验管理办法、海洋仪器设备海上试验管理规范和评估指导手册等规章制度，建立规范化海上试验制度管理体系[1]。

20世纪50年代以来，世界海洋强国持续发展海上固定或移动试验平台等基础设施，建成了涵盖现场验证、检验、校正、定标和定型等功能的海上试验系统，为海洋高技术发展提供了坚实基础。在海上固定试验平台建设方面，美国、欧洲等国家和地区在海洋仪器装备、新能源领域陆续建设了20多个海洋试验场。美国蒙特雷湾海洋观测试验场包括多个子系统，旨在为进入美国海洋观测计划的海洋仪器设备提供试验与测试平台，开展观测及模型检验。欧洲海洋能中心试验场拥有6个波浪能测试泊位，8个潮流能测试泊位和2个小比例样机测试站，成为推动海洋能开发利用技术创新、进步和产业化的典范。其他海上固定试验平台还包括爱尔兰Belmullet试验场、英国索伦特海洋能源中心、加拿大FORCE潮流能试验场等，这些海上固定试验平台在业务体系保障、海洋环境观测、科技创新与产业发展等方面发挥了重要作用[2-3]。在海上移动试验平台建设方面，美国组建了“全国科研舰队”，由美国大学国家海洋实验室系统秘书处统管全美几十条科考船，形成了面向全美海洋界的开放式移动海上试验平台系统[4]。欧盟建立了欧盟船时交换系统，不同国家不同单位的科学考察船可以进行船时交换，避免了考察海域、航次和项目重复。“全球海洋船载水文调查项目”（The Global Ocean Ship-Based Hydrographic Investigations Program，GO-SHIP）是一个持续性全球重复水文学测量活动协调机制，旨在为不同研究团体提供持续全球水道测量船时共享平台[5]。海上试验平台建设已经成为体现海洋强国能力的主要标志之一，也成为各沿海国家竞相发展的一项海洋科技基础设施。

2002年，依托国家高技术研究发展计划，海洋技术领域开始资助研制海洋仪器设备进行现场试验，并与国际同类仪器设备比测。经过十余年的发展，依托船时共享航次机制构建了海洋科考船“专管共用”模式，逐步建成了“以海上试验需求定航次、以航次定船舶”的海上试验船队[6-7]。“十三五”期间，依托国家重点研发计划规范化海上试验项目，通过制修订《规范化海上试验公共航次管理手册》和一系列的海试技术规程和管理规范，完善了海上试验信息管理系统的业务化运行，为航次管理、航次船时共享提供了保障[8]。此外，我国气象、能源、水利等行业主管部门也分别在所属领域建设了相关海上固定试验平台，为我国海洋仪器设备入网管理体系建设、仪器列装方面的标准规范化和海上观测试验提供了有效支持。本文主要对“十三五”期间我国规范化海上试验工作进行了梳理和总结，从多试验平台协作试验机制等5个方面分析了我国规范化海试工作中有待提升的方向，并提出未来的发展建议。

1 “十三五”期间取得的成果

1.1 扩展海上试验平台，多元化支撑规范化海试

“十三五”期间，规范化海上试验船载平台数量从12个增加到20个，拥有大型综合海洋调查船和多型大深度潜水器；类型由单一的船载平台拓展到浅海试验场，拥有移动海上试验平台和固定海上试验场[9]。在海上试验和调查作业过程中，对规范化海上试验航次船时的共享提供海试技术专业化服务，并提供质量控制和第三方检验。2016—2020年，15条大型海洋科考船执行了26个海上试验航次，基于移动海上试验平台，累计有438台套海洋仪器样机参加了海上试验（其中274台套属于验收海试），累计海上试验船时435天；基于固定海上试验平台，共完成了28台套海洋仪器样机的海上试验（其中17台套属于验收海试）。

此外，在“联合开放、资源共享、集中比测”机制下，多个新的海上试验平台加入项目群，为海洋技术领域特殊海洋仪器设备样机的研发提供了试验场所和海上试验新手段。其中，在2020年度马里亚纳海沟航次中，海上试验平台协助搭建了“沧海”号着陆器、“凌云”号着陆器和“奋斗者”号载人潜水器3个万米海底联合作业拍摄场景，验证了国产化全海深光纤、千兆网络电缆及水密接插件的可靠性；同时，在该航次中由“探索一号”“探索二号”双船共同配合完成海试任务，在方案策划、现场组织方面开辟了新的海上试验模式。海上固定试验平台方面，2019年9月，由科技部国家重点研发计划“海洋环境安全保障”重点专项“基于固定平台的规范化海上试验研究及示范”项目支持的锚泊式海上试验平台成功布放于山东威海国家浅海综合试验场试验海域（褚岛北侧），布放点水深69 m，东西向顺海流流向布设，距离最近码头约3 700 m。截至2021年5月，依托该固定平台已开展了15项海洋仪器设备的海上试验，参试仪器主要包括国家重点研发计划支持研发的温盐深仪（CTD）、剖面漂流浮标、移动式地震仪、声学多普勒流速剖面仪（ADCP）、波浪滑翔器、生态浮标、波潮仪等设备。用户主要来自中国科学院声学研究所、西北工业大学、中国科学院海洋研究所、哈尔滨工业大学（威海）和国家海洋技术中心等涉海单位[10]。

1.2 构建船时共享管理系统，提高海试资源利用效率

“十三五”期间，为更好统筹规范化海上试验工作，依托中国海洋大学成立了规范化海上试验航次管理办公室，统一协调存量海试平台资源，有效服务国家重点研发计划项目研发的海洋仪器设备样机参加海上试验。通过构建统一的船时共享管理系统，开发规范化海上试验网站、海试信息管理系统、规范化海上试验微信公众号和海上试验手机APP等，全方位管理和协调船时共享航次计划。规范化海上试验航次管理办公室每年定期发布海上试验船时需求征集，依据需求设计和论证年度海试航次任务计划，遴选各航次承担船舶，制定航次计划和选定首席科学家，选派海上试验随船现场专家组和海上试验工作组并监督回航验收，定期组织航次年度总结评估和经验交流。此外，航次管理办公室还管理着海上试验数据中心和海上试验海洋动力环境数值仿真中心，定期组织海上试验技术培训会和管理规范宣贯会。

同时，航次管理办公室统筹协调各公共航次海试平台和各参试项目组的海试技术队伍建设，建立了专业甲板作业队伍，提高了海上试验现场分析、处理试验数据能力，确保各移动平台海上试验高效开展和技术方案及时调整，确保实现海试目标。通过逐步培养和扩大规范化海上试验团队，建立了一支具有丰富海洋调查实践能力和规范化海上试验实战经验的专业技术人员和船员队伍，具备了各种海洋监测仪器海上布放、回收及同步比测试验所需的支撑条件，掌握了各种大型海洋仪器设备的海试技术和创新性海洋仪器设备的布放、回收方法和规范，积累了成熟的海试管理和海上试验实践经验。

在航次管理办公室的统筹下，逐步发展为“以海上试验需求定航次、以航次定船舶”的海上试验船队。截至2020年底，航次管理办公室已实现分属多部门24艘科考船的船时统筹和开放共享，累计海上试验共享船时435天，单台套参试海洋仪器样机的海试天数为1天。通过船时共享管理系统优化海试流程，减少各项目重复性工作，大幅降低海试成本，提高了资源和信息的利用效率，助力广大涉海科研团队实现真正“下海”，推动了海洋技术进步和海洋仪器研制的快速发展。

1.3 完善相关制度规范，促进规范化海上试验走向标准化

为了进一步完善海洋仪器设备海试工作的规范化和标准化，在深入总结国家863计划海洋技术领域制定的《海洋仪器设备研制质量管理规范（试行）》和《规范化海上试验管理办法》成效和经验的基础上，2017年，中国21世纪议程管理中心发布了《海洋仪器设备研制质量管理规范》和《海洋仪器设备海上试验管理规范》（以下简称“两个规范”）[11-12]。“两个规范”细化了海上试验组织、检验及评价操作规程，确保海上试验有章可循。“两个规范”突出解决了两个方面的问题，一是海试大纲（方案）的科学性、合理性，通过同行专家评审把关，确保现场指标能够得到有效验证；二是海试操作过程的规范化，包括试验组织、操作实施、海试记录等，确保海试评价结果的客观公正。

针对海试验收情况和海试期间发现的问题，中国21世纪议程管理中心、规范化海上试验航次管理办公室会同国家重点研发计划海洋领域两个重点专项总体专家组和第三方监理，对“十三五”期间规范化海上试验验收情况进行总结评价。在此基础上，为了做好后续规范化海试验收工作，更好地总结前期海试验收经验，2019年12月中国21世纪议程管理中心发布《规范化海上试验验收/评估工作指导手册》（以下简称“指导手册”），作为“十三五”后期国家重点研发计划研制海洋仪器样机海试验收的指导文件[13]。针对海试大纲考核指标可考核性差、与任务书约定考核指标不一致等问题，在指导手册中明确规定海上试验验收考核指标模板；针对海试现场验收过程中相关问题，在指导手册中明确规定参试海洋仪器设备应完成2个循环的完整试验，并对海试验收现场工作提出具体要求。通过发布指导手册，对海试验收考核指标、海试大纲评审流程和海试现场验收流程等工作进行了细化和规范。“两个规范”和指导手册的发布，为海洋仪器设备规范化海上试验走向规范化和标准化奠定了良好的基础。

部分单位针对规范化海上试验也制定了标准和规范。规范化海上试验航次管理办公室制定和完善了海上试验仪器设备和试验过程相关的标准和技术规程16项，通过确立现场可靠性试验方法规范了试验测试要求和程序。2021年，由国家海洋标准计量中心牵头起草的《基于海上固定平台的海洋仪器测试与检测的标准体系》《应用于海上固定平台的海洋仪器试验方法编写导则》和《应用于海上固定平台的海洋仪器现场可靠性试验方法》等3项标准获中国海洋学会批准立项，为海洋仪器设备实施现场鉴定、验收和质量把关提供有力技术支撑。

2 规范化海试工作中有待提升的方面

规范化海试工作虽然在不断优化和完善，但随着海洋强国建设的不断深入，针对各类海洋仪器设备多样化的海试方案和各类应用需求，规范化海试在多试验平台协作试验机制、浅海试验场统筹运行管理、深远海试验场建设布局及海上试验数据汇交与共享等方面有待进一步完善和优化，特别是如何在新冠疫情影响下，开展高效务实的海上试验国际合作，也是当前规范化海试工作面临的困难。

2.1 多试验平台协作试验机制有待完善

海洋仪器设备正朝着小型化、低功耗、低成本、智能化方向发展，海洋观测搭载平台趋于无人化、网络化、集群化，基于卫星物联网、船联网及多域联合的立体监测系统将成为未来发展重点。当前基于单试验平台的试验（单科考船）已不能满足未来发展需求，在试验顶层规划设计、试验环境场景虚实构建、试验资源的广域联合、多试验平台调度协同、试验效果的整体评估等方面需要深入研究，探索创新未来试验保障体系。

2.2 浅海试验场统筹运行管理有待强化

近海试验场建设存在建设资源分散、建设主体多样、试验标准匮乏、管理模式不一、资源共享困难、保障服务不规范等问题。为此，有必要强化整体规划，统筹考虑，根据各试验场海域水文、水质、地形、海况及当地资源禀赋等特点，针对不同试验对象、不同试验类型、不同试验阶段的要求，开展针对性顶层布局，建立试验运行管理的标准规范体系和信息安全体系，满足不同试验任务需要。

2.3 深远海试验场建设布局有待拓展

随着国家深远海战略的实施，深海、远海研发任务和整体投入持续增加，深海运载技术、深海资源探查取样技术、深远海导航定位通信、深海浮力耐压密封材料通用技术等试验任务需求增多。当前我国深远海方面虽然已经依托现有试验资源开展了部分试验，但深远海试验场建设尚处于空白，仍在前期规划论证当中。为此，有必要开展面向深远海试验的典型海域选择、试验场景设计规划、试验搭载平台研发、试验监测通信网络建设、试验应急预案及保障手段、深海试验组织规范流程标准等工作。

2.4 海上试验数据汇交与共享有待深化

海上试验环节技术难度高、试验投入大、实施风险高，试验数据资源极其宝贵。目前，关于海上试验过程中获取的试验数据资源缺少统一的共享机制，各参试单位基本处于“试验谁开展，数据归谁所有和使用”的局面。当前，针对国家统一组织的规范化海上试验，需要加强数据的统一管理，在试验数据采集传输、质量控制、分析评估与效果反馈、保密分级及信息安全、汇交管理，以及试验数据共享使用和知识产权等方面需要深化研究。

2.5 新冠疫情影响下的海上试验国际合作有待扩展

受新冠疫情影响，“共享航次计划”不能按期执行或不能按照预定科学目标设计航线的情况频发，这已制约到海洋科考活动的实效。从国际上主要的海洋观测/探测计划组织形式可知，国际合作已成为开展海洋科考调查的主要模式之一[7]。为此，需要加强与全球海洋观测系统中的航次结合，扩展参与GO-SHIP等国际科考航次的深度与广度；同时，可以探索与“21世纪海上丝绸之路”沿线国家的联合海上科考航次合作机制，采取多种方式增强区域联盟之间的跨区域、团体和技术的协作。

3 规范化海上试验工作发展建议

经过近20年的发展，我国已经基本形成了规范化海上试验工作体系，建立了系列海上试验平台，构建了统一的船时共享管理系统，制定了有效的规范化海试作业规范，但在多平台联合试验、深远海试验场建设以及国际合作等方面还有待深化。面向“十四五”我国海洋科技发展，针对我国规范化海上试验工作提出5点发展建议。

3.1 拓展构建多试验平台协作试验机制

针对未来海洋环境监测、海洋资源探查、科学研究等对海洋仪器设备阵列化、体系化及协同探测试验的要求，当前单平台（如科考船、浮标、潜标、AUV等）搭载试验方式不能满足开展系统化试验的需求，需要进一步拓展多平台协作联合试验模式，包括多科考船协作、机固平台组合、空海网电跨域协同试验。

3.2 加强浅海试验场统筹运行管理

当前在国家科技计划、涉海行业部门、沿海地方政府支持下，涉海高校、科研院所及企业在我国沿海地区布局建设了一批浅海试验基础设施，但总体而言，试验资源相对零散、试验保障条件建设参差不齐，试验场运行不够规范，尚不能有效支撑行业及产业发展。需要对现有浅海试验场设施进行系统梳理，强化试验场建设的顶层设计和系统布局，提高试验资源使用效率，在配套设施、制度建设、质量安全、运行管理等方面加强标准化建设，通过列入服务产品目录、政府采购服务等引导浅海试验场规划建设和发展。

3.3 加强深远海试验场建设布局

随着海洋科技向深远海迈进，深海仪器设备和装备试验需求大幅增加，需要针对大深度传感器、深海仪器设备、通用技术（能源、材料、核心部件等）、运载平台（潜水器），以及深海底观测设备（深海着陆器、海床基、海底实验室）等深海仪器与装备，面向大深度试验场区选址、试验搭载平台选择、试验环境场景构建、深海能源通信保障、试验态势生成、常态式试验等任务需求，针对不同试验对象、研究测试内容开展深海试验场的建设。

3.4 加强海洋科学数据的汇交和共享

随着大数据时代的到来，数据资源共享受到了越来越多人的关注。为便于将海洋科学研究产生的大量海洋科学数据进行存储和共享，国家科学数据中心分别依托国家海洋信息中心和中国极地研究中心成立了国家海洋科学数据中心和国家极地科学数据中心，有关国家重点研发计划项目在综合绩效评价阶段需要提交在国家科学数据中心中的海洋科学数据汇交情况材料。为此，在确保知识产权的前提下，可以考虑将国家重点研发计划资助项目在海上试验阶段所获试验数据和观测资料，在国家海洋科学数据中心和国家极地科学数据中心进行汇交，并以数据中心出具的汇交证明作为项目综合绩效评价阶段的科学数据考核内容，进而促进规范化海上试验所获数据资料的共享共用。

3.5 积极对接国际海试资源，拓展国际合作

当前，促进全球海洋科学和技术研究，推动全球综合性海洋观测网计划的实现已成为国际海洋界的共识。积极推动规范化海上试验国际科技合作平台的建设将有助于加深对全球及区域海洋的科学认知，进而为全球及区域层面的海洋管理和可持续发展提供科学依据。通过深入调研国内外各类海试资源的共享机制，结合我国自主海洋仪器设备研发特点和全球海洋立体观测网建设的阶段性需求，借鉴欧洲的船时互换系统，探索我国海上试验和国际海试资源的合作互联。“十四五”期间，规范化海上试验工作可充分依靠科技部与国家相关机构既有的双多边合作机制，积极推进国际海上试验合作研究，拓展我国在国际海洋科学合作的空间。