原为水下检测

p style=" line-height: 1.75em " 　　此时此刻某个水源的水质情况如何?可以不需要原来的取样、化验、分析滞后的书面报告了，有关部门和关注水质情况的人们只要登录电脑，或打开手机APP就能实时得到有效数据。4月16日，国内第一个水下观测网水质在线监测系统通过鉴定。据悉，这项新技术打破了国际垄断，填补了国内空白。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据介绍，提供这项高新技术的是中天科技海缆有限公司四名博士组成的专家团队，他们联合浙江大学的专家教授经过较长时间的攻关，终于成功地应用于长江流域的水下观测水质在线监测。据郭朝阳博士介绍，这项系统技术应用起来十分方便，提供的监测数据具有实时、稳定、连续、可靠的优越。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　由于世界性水危机，地表水和地下水都遭到了不同程度的污染，水质日益恶化，于是人们对水质监测的神经特别敏感。一项水质报告显示，中国29个重点城市中，只有15个城市中的20项饮用水指标全部合格，约占抽检城市的52% 而14个城市存在一项或多项指标不合格。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据了解，长期以来，我国对水质监测方式停留在传统取样和浮标监测，实时性和可靠性低，而且不能够真正达到原位监测的目的，较为先进的监测系统基本都依赖进口。而中天科技海缆研发的水下观测网集成多种声学、图像、物理、化学、生物等传感观测设备，布设在重要水源底部，进行长期连续、实时、原位观测，并能将原始数据和解算后的参数信息发送至各种信息终端，对饮用水安全和水环境保护有重要的民生价值。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　中天科技海缆总经理薛建凌表示，开发具有民生和经济价值的水下观测网水质在线监测系统，对饮用水安全进行全方位的检测和预警，不仅具有重要的社会意义，也为公司提供了新的利润增长点，并能够带动海光缆，海工器件等配套产品的生产和销售，具有良好的市场前景。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　该项目组织者杨华勇博士表示，这一系统的研制成功，有效提高监测参数的原位性、实时性和可靠性，同时也为其它应用场合，包括海洋观测、水质水文研究等提供了基础研制条件，将为我国饮用水源监测在内的环保领域的发展提供有力的保障。 /p p br/ /p

p 　　近期，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员黄行九和安徽光学精密机械研究所研究员赵南京从电化学、激光诱导击穿光谱(LIBS)检测水溶液中Cr(VI)存在的问题出发，通过将电化学方法与激光诱导击穿光谱(LIBS)联用并结合微区液体排空装置实现对水中微污染物Cr(VI)的原位水下检测。该工作在利用光谱-电化学方法联用实现水下原位重金属离子的准确检测方面具有重要的科学意义，相关研究成果已发表在美国化学会《分析化学》上(Analytical Chemistry 2017, DOI:10.1021/acs.analchem.7b00629)。 /p p 　　激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种元素分析方法已被用于环境样品中重金属离子的检测研究。但LIBS直接检测液体样品时往往伴随着溶液对激光能量和等离子体信号的吸收，对激光的散射与折射等现象，致使其检测灵敏度低、检测限较高。为克服以上问题，常需通过富集方式将溶液样品中的待测物转移到固体基底上，而后在空气环境中进行LIBS检测。但这种样品预处理和检测分开进行的分析方式可能会带来样品成分的变化，从而影响检测的准确性。 /p p 　　研究人员将微区液体排空装置、电吸附富集方法与传统LIBS结合实现溶液中Cr(VI)的原位水下检测。为了克服LIBS检测水样品时存在的一系列问题，研究者研发了微区液体排空装置，其工作原理为：当系统采集LIBS信号时，通过引入气流使得仪器的激光传输通道和等离子体激发与收集腔内的溶液排出，以在这两个区域及电极表面形成短暂的空气环境，借此避免激光传输过程中能量的损耗、等离子体激化点处的溶液溅射等来自周围水环境的干扰问题，提高光谱信号的稳定性。为了改善LIBS的检测下限并提高检测的选择性，电吸附方法被用于富集溶液中Cr(VI)，壳聚糖修饰的石墨烯作为吸附剂，同时电吸附富集过程中形成的正电场避免了来自共存阳离子的干扰。不仅如此，该原位水下LIBS体系在真实水样品环境中Cr(VI)也表现出较好的检测性能。该研究成果还可以扩展到原位定量检测水环境中其他带电离子污染物方面。 /p p 　　该研究工作得到了国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金和中科院创新交叉团队等项目的支持。 /p p 　　 a title=" " href=" http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.7b00629" target=" _blank" 文章链接 /a /p p style=" text-align: center " img title=" W020170505330906105809.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/8efe9116-7d60-49fe-beb2-2196747ea515.jpg" / p style=" text-align: center " 微区液体排空装置辅助原位水下电吸附-LIBS体系的实验装置图。(a)原位光谱电化学LIBS设备原理图 微区液体排空装置设备的分解图(b)和剖面图(c) /p p /p p /p /p

水下原位微塑料检测系统的研发对于评估海洋微塑料污染状况具有重要意义。然而，由于在水下环境中难以实现连续、原位的微塑料采样富集和鉴定分析，微塑料的水下原位检测仍然是一项技术挑战。近期，中国海洋大学郭金家教授团队对相关技术进行了深入研究。该研究基于显微拉曼光谱技术首次研制了一种新型水下原位微塑料检测系统，并通过海上实验对其性能进行了评估。海试过程中，系统成功获取到了不同悬浮物的显微图像和拉曼光谱，实现了海水中微藻、PP微塑料颗粒、有机物、沙粒等不同种类悬浮物的准确识别。相关成果以“A new underwater in-situ microplastics detection system based on micro-Raman spectroscopy: development and sea trials”为题发表在Measurement期刊。本研究得到了崂山实验室（LSKJ202203500）、国家重点研发计划（2022YFC2803800）、国家自然科学基金（62205170和42206194）的资助。近年来，海洋环境中微塑料污染问题日益凸显，对水生生态系统、海洋生物和人类健康带来了严重威胁。因此，深入调查和全面评估海洋微塑料污染状况显得尤为迫切和必要。当前，海洋微塑料的分析通常需要通过拖网、泵抽等方法进行样品采集，然后将样品转移至船上或实验室后进行鉴定，这一分析流程复杂且耗时。与其他鉴定方法（如目视分析法、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜-能谱仪联用法、质谱法等）相比，拉曼光谱因其受水分干扰较小的特点在检测水中微塑料方面具有明显优势。然而，商业化的拉曼光谱仪对检测环境的稳定性要求极高且价格昂贵，这在一定程度上限制了其在现场和原位检测水中微塑料的应用。因此，亟需开发一种适用于海洋微塑料研究的水下原位检测系统，以应对海洋环境微塑料污染的挑战。综上所述，水下原位微塑料检测系统具有为海洋微塑料污染调查研究提供新型有力工具的潜力，为海洋微塑料污染监测提供技术支持。然而，目前尚未有关于此类传感器的报道。针对水下原位显微拉曼微塑料检测系统的研发需求，团队采用步进电机驱动滤网翻转的巧妙设计，克服了水下环境中微塑料连续采样富集和滤网清洁的技术难点，提高了系统的长时间水下工作能力。另外，显微成像和拉曼光谱的结合可以同时表征微塑料颗粒的形貌信息和组分信息。这是水下原位微塑料检测的首次尝试。综上所述，所报道技术可为该领域传感器的研究提供重要参考，为海洋微塑料污染调查研究提供了一种新的技术手段。

据安徽省交通运输厅1月8日消息，日前，由省港航集团自主研发的国内首台重大技术装备——“水下工程多功能检测移动平台”顺利通过验收，该装备是省港航集团承担交通运输部交通强国建设试点任务、省级重大关键核心技术“尖30”攻关项目以及省级工程研究中心建设任务的重大科创成果。该平台通过多维度（水下的水下机器人平台、水面的无人船平台、水上的无人机平台）检测系统集成控制及智能算法等技术多源融合，实现专项检测、环境监测、现场指挥、应急救援四大功能，具备快速化反应、智能化检测、自动化预警、集成化处置等特性。该装备可广泛应用于水运水利等水下工程检测、水下地形地貌扫测、水上应急搜救等领域，大幅提升水下工程综合检测效率、能力和水上应急救助等能力，应用前景广阔。目前，已在15座船闸、43个港口码头、500余公里高等级航道和7座桥梁等水下建筑健康诊治中实现应用。

3月14日，由中国计量科学研究院(以下简称“中国计量院”)牵头承担的国家重点研发计划“国家质量基础设施体系”重点专项(以下简称“NQI专项”)“水下探测网与目标感知量值溯源关键技术研究”项目实施方案论证会在中国计量院昌平院区召开。中国计量院副院长杨平及相关部门负责人、项目和课题负责人、各承担单位代表共40余人参加会议。中国工程院院士杨德森、崂山国家实验室副主任刘保华、中国船舶集团有限公司第七〇七研究所副总工杨晔等7位项目领域专家，与来自哈尔滨工业大学的项目责任专家刘俭教授，共8位专家组成项目咨询专家组对实施方案进行论证。会上，项目负责人、中国计量院副院长杨平从项目背景与目标、主要研究内容、技术路线及预期成果等方面汇报了项目的总体情况。来自中国计量院、清华大学、中国计量大学等单位的课题负责人详细介绍了各课题的具体任务及实施方案。项目咨询专家组成员听取了项目和各课题的详细汇报，对项目研究的必要性给予充分肯定，论证了项目实施方案的可行性，并从各自专业角度为项目及课题实施提出了建设性意见，同意通过实施方案论证评审。中国计量院相关部门负责人介绍了项目管理和经费管理的制度办法。据项目负责人杨平介绍，海洋中温度、水色、声压、磁力与重力等参数及其分布场的准确测量，是开展海洋科学研究、气候预报与环境保护、导航与目标识别的重要保障。随着多尺度、多参数、全天候水下探测网的建设，对关键参数的测量能力、探测网的校准能力，难以满足海洋精准测量、水下探测网在线/原位校准需要，响我国海洋开发治理和海洋安全。项目面向海洋水下探测与目标感知对海洋关键参数精准测量及量值溯源的迫切需求，通过开展相关参量的高准确度量值复现新方法研究，研制高稳定性传递标准器与装置，构建集多参数的水下校准平台，在典型水下探测网、海上试验场开展在线/原位校准与现场评价示范应用，解决海洋相关传感器、仪器及水下探测网的在线/原位校准问题。项目完成后，将形成海洋温、光、声、磁、重力等关键参数的精密测量能力、以及水下探测网/标准场的原位校准能力，为提高海洋探测与目标感知精准度提供质量基础保障，服务海洋基础科学研究与海洋装备产业发展。

8月19日，中国科学院南海海洋研究所承担的中国科学院装备研制项目&mdash &mdash &ldquo 海水营养盐的水下高灵敏度原位检测仪&rdquo 顺利通过了中国科学院条件保障与财务局组织的专家验收。验收专家组听取了项目组工作报告、使用报告、财务报告和测试专家组的测试报告，查看了装备运行情况，查阅了文件档案及相关财务账目。验收组一致认为，项目承担单位完成了规定的研制任务，达到了研制目标，部分技术指标优于规定的要求。 　　该水下原位监测仪在不做任何预处理的前提下可对水体中化学要素(硝酸盐、磷酸盐、铵盐、亚硝酸盐、硅酸盐等)进行快速、准确地检测与分析，能够实现长时间序列监测，为水资源的开发利用以及水质的预警预告提供及时准确的信息。 　　目前，该项监测技术已进入产业化示范及实际应用阶段，已应用于由中国科学院南海海洋研究所主持的国家海洋局公益性项目&ldquo 珠江口水环境在线监测集成技术及在陆源污染物入海通量评估及总量控制中的应用示范&rdquo 中，进行珠江口水质的长时间序列在线监测。

近期，上海海洋大学科研团队成功研发出一款软体仿生鱼，模仿蝠鲼（俗称“魔鬼鱼”）的体态，翼展1米，取名“文鳐”。虽然在空气中的“体重”达到35斤，但在水里游动却是灵活无比，令人真假难辨。图片来源：央视新闻客户端“文鳐”的核心器部件已全部国产化，其效率高、能耗低、功能多，同时具备共融性、超仿生、隐身性三大优势，满足长续航、高机动、大负载、大范围作业需求。仿生鱼产品内部具备超大有效载荷空间，基于多传感器协同的智能监测技术，通过搭载多款高精度传感器，给仿生蝠鲼装上“眼睛”和“耳朵”，可胜任对300米以内水深的水下监测等工作。在仿生蝠鲼身上搭载成像声呐测扫设备，以更灵活、成本更低的方式描绘海洋的地形地貌、鱼群情况。搭载水下成像系统的蝠鲼，基于人工智能的水下目标识别技术，通过对目标检测和图像分割进行监测实现分类识别，准确率高达90%。“文鳐”不仅外形仿生，且功能强大，仅3节微小电池便可在水里续航3个小时以上，无论是转弯、360度翻滚还是回旋，都可以畅游自如。“文鳐”可以搭载多款高精度传感器，满足对鱼群的实时状态监测，实现全空间内水下鱼群智能识别与互动。它也可以作为观赏鱼，带来全新的视觉享受。未来新一代“文鳐”将搭载华为芯片，实现“智慧鱼脑”。

近日，由中国科学院西安光机所吴国俊研究员牵头，联合青岛海洋科技中心、国家海洋技术中心、厦门大学、自然资源部第二海洋研究所等多家科研机构联合承担的某国家重点研发计划项目取得重要进展。项目将自主研制的多类海洋生物化学原位传感器（硝酸盐、叶绿素、多环芳烃、溶解氧、下行辐照度等）搭载国产“海燕”水下滑翔机在南海西沙海槽盆地区域顺利完成海试，成功实现了高时空分辨率的海洋环境长期原位观测，连续获取最大深度达1000米的生化参量深海剖面17个，有效验证了温度、压力等环境因素对参数观测的影响、传感器长期漂移、深海光学探头高集成度封装等多项关键技术。这是我国首次通过水下滑翔机搭载自研传感器的方式获取深海生物化学剖面数据。 水下移动平台搭载传感器是同时满足多学科、多参数同步海洋观测以及多过程、多界面、多尺度综合观测的重要手段。本项目正是利用这种试验手段，实现大范围、高时空分辨率生物化学剖面参数获取，以此填补跨学科、跨尺度观测空白，丰富我国海洋科学研究方式，为复杂的全球系统提供新的理解。此外，联合团队所研制的适合移动观测的海洋生物化学传感器为首创，这将显著提升我国海洋自主观测能力。突破的传感器多项关键技术，对于推动国产海洋高端传感器产业化应用提供了坚实基础。 本次海试同步进行了与国际先进传感器（Aanderaa4330、SeaOWL等）的比测，剖面浓度变化趋势、拐点深度和绝对浓度等比测结果吻合度高。后续联合团队将深入开展BGC-Argo/BGC-Glider两类示范应用。海试现场（图片来源于中国科学院西安光学精密机械研究所）部分比测数据（图片来源于中国科学院西安光学精密机械研究所）

4月14日，英国豪迈集团收购了总部位于加拿大安大略省的Deep Trekker Inc.（以下简称Deep Trekker）。Deep Trekker是一家致力于研发和生产可远程操作的水下机器人的制造商。其产品可用检查、测量、分析和维护，服务于水产养殖、可再生能源和海洋科学研究等市场。Deep Trekker水下机器人还可以保护和维护关键基础设施，包括海上风电场和水产养殖等行业，且让海洋科学和研究成为可能。Deep Trekker先进的水下监测技术在确保环境更清洁的同时，还可提高水下检查的安全性。全球为应对气候变化和污染所采取的措施，带动了Deep Trekker的发展，这些措施包括了高速发展的可再生能源领域和更可持续的捕鱼方式。英国豪迈集团对Deep Trekker公司的收购，不仅扩大了其在环境监测方面的市场领域，也增加了水下检测的新能力。Deep Trekker将作为一家独立的公司运行，加入到英国豪迈环境与分析事业部。英国豪迈集团首席执行官安德鲁威廉姆斯评论道：“此次对Deep Trekker的收购，是一个令人兴奋的决定。Deep Trekker与我们的宗旨高度一致，无论是在协助确保更清洁的环境方面，还是在提高水下检查的安全性方面。正如我们的宗旨一样，它为许多市场的增长提供了新机会，其驱动力是不断加强的健康、安全和环境监管，以及全球应对气候变化、废物和污染的措施。”携手Deep Trekker水下监测设备，英国豪迈的所有公司将并肩前行，充分利用先进的科学技术及创新，提升解决方案与服务，尽可能协助解决环境方面亟须解决的难题。英国豪迈集团成立于1894年。作为一家致力于生命安全技术的全球性集团，英国豪迈集团提供创新产品和方案，解决当今世界面临的诸多关键问题。英国豪迈的宗旨是每一天都致力于为每个人创造一个更安全、更清洁、更健康的未来。这也定义了我们经营的三大市场领域：安全、环境、健康。集团主要业务遍及英国、欧洲、美国和亚太地区，在20个国家拥有超过7000名员工，并在伦敦证券交易所上市，是英国富时100指数的成份股公司。

近年来，随着水生态环境工作要求及“全面推行河长制”等政策落实，对水环境监测的需求越来越大，加强水环境的管理建设和水污染防治行动越发重要。　　传统的水环境监测，主要靠工作人员现场采水样，带回实验室检测分析。工作量大，周期长，效率较低，且无法连续实时覆盖水体。　　如今，这些难题被无人船一一破解，堪称“水下医生”的它开启了水环境监测新征程，以其智能走航、环境感知、移动物联等科技手段，实现了时空高覆盖，为水环境精准化监管提供了技术支撑。在水污染防治及水生态保护修复治理中发挥了重要作用。　　无人船适用范围比较广泛，可用于水质全自动在线监测、水质自动采样、水下环境探测、航道走航等多个领域。　　2021年11月29日，山东青岛市水质采样环境应急监测无人船投入使用，设备可完成远程操控、自动采样、自动返航、自动监测、无线实时展现数据等功能。与传统人工监测相比，此款无人船3分钟不到就能完成一个断面的走航监测，工作效率提高。这也标志着无人船在水质环境监测能力再上新台阶。　　11月18日，浙江舟山市搭载“水环境巡航监测系统”的“无人船”完成试航，主要用于河道水质摸排、入河排污口排查、水质日常监测、应急监测等，对水中的pH值、溶解氧、氨氮、总磷、高锰酸盐等指数可同时监测。　　9月6日，浙江宁波市在溪下水库投入使用5G无人船，通过5G技术实现自动走航，船上搭载着水质监测传感器、专业声呐、高清摄像头、警示灯、高音喇叭等智能设备，可实现自动巡航、水质信息采集与监测等功能。5G无人船的使用也推进了宁波“智慧溪下水库”建设工作，进一步实现水质监测智治。 8月中旬，海洋牧场养殖观测无人船在山东威海市德明海洋牧场交付使用，也推动了当地智慧海洋牧场和透明海洋的发展。该无人船可自主规划路线，自主航行，搭载水下机器人，实现水下画面实时传输，轻松观看海洋生物水下情况。　　3月初，为进一步摸清水生态环境质量状况，浙江杭州市富春江渔山断面开展无人船走航监测。使用无人船搭载水质五参数及流动注射分析仪，开展全水域走航监测，助力富春江水质“体检”智慧化、精准化。　　1月26日，江苏扬州市采用新一代无人监测船对瘦西湖周边支流水质状况进行高密度监测，改变了过去依靠“人工采样-实验室分析”和岸边自动站点的传统监测模式。水体无人监测船的正式投入运行，将为扬州水环境质量的改善提升发挥积极支撑作用，并为全国的水环境治理贡献“扬州样本”和“江苏方案”。　　不论是无人监测船还是5G无人船，水质环境监测设备的创新之路已经打开。在全面打赢碧水保卫战的治理道路上，无人船装备一直提供着强有力的技术保障，在环保、海洋等领域的重要性日益凸显。

科学家估计，超过95%的地球海洋从未被观测到过，而为水下摄像机长时间供电成本太高，阻碍了对海底的广泛探索。美国麻省理工学院（MIT）研究人员开发出一种声波驱动的无电池无线水下相机，为解决这一问题迈出了重要一步。该相机的能效比其他海底相机高出约10万倍，即使在黑暗的水下环境中，也能拍摄彩色照片，并通过水无线传输图像数据。研究论文发表在最近的《自然通讯》上。　　该相机的自主摄像头由声波驱动。它能将穿过水的声波的机械能转化为电能，为其成像和通信设备提供动力。在捕获和编码图像数据后，相机还使用声波将数据传输到重建图像的接收器。因为它不需要电源，所以相机可在探索海洋之前连续运行数周，使科学家能够在海洋的偏远地区寻找新物种。它还可通过拍摄监测海洋污染情况或水产养殖场鱼类的健康和生长。　　团队成员称，这款相机最令人兴奋的应用之一是气候监测。科学家正在建立气候模型，但缺少来自95%以上海洋的数据。这项技术可以帮助他们建立更准确的气候模型，更好地了解气候变化如何影响海底世界。　　为制造可长时间自主运行的相机，研究人员需要一种可在水下单独收集能量而自身功耗很少的设备。相机使用由压电材料制成的传感器获取能量以及超低功耗成像传感器，即使图像看起来黑白相间，红色、绿色和蓝色的光也会反射在每张照片的白色部分。图像数据在后处理中合并时，就可重建彩色图像。　　研究人员在几种水下环境中测试了相机。在其中一次，他们捕捉了漂浮在新罕布什尔州池塘中的塑料瓶的彩色图像。他们还能拍摄出高质量的非洲海星照片，照片中甚至连沿着海星手臂的微小结节清晰可见。该设备还有效地在一周的黑暗环境中反复对水下植物进行成像，以监测其生长情况。

在气候变暖和人类活动双重作用的影响下，藻类水华频发且呈现全球加剧态势，严重威胁经济社会可持续发展和人类健康。由于藻类水华生消过程快，实时精准的监测是藻类水华预测、预警和有效管控的关键。 　　目前藻类水华监测主要包括现场观测、水下自动监测和卫星遥感反演等三种方式。现场观测费时费力，且无法在时间和空间上连续监测；水下自动监测探头易受到水中物质侵蚀，且维护费用高昂；卫星遥感的时间分辨率低且受大气影响较大。 　　对此，中国科学院南京地理与湖泊研究所研究员张运林团队等基于水色遥感原理，研发了一款陆基高光谱遥感监测仪及原位高频在线监测系统，实现了藻类水华连续、精准、实时监测，有效弥补了现有方法的不足。 　　该系统主要由高光谱测量仪器、数据处理平台和远程访问控制、显示和存储平台等三部分组成(图1)。高光谱测量仪测定的水体光谱反射率信号，通过嵌入AI芯片处理器(数据处理平台)的反演算法，转化为叶绿素a信息。光谱反射率和叶绿素a数据通过无线传输设备进行远程访问控制、显示和存储。研究人员通过系统评估近几十年来应用最广泛的三种叶绿素a遥感反演的经验算法、半分析算法以及机器学习算法等，遴选了建模和验证精度最高的反演模型作为陆基遥感系统叶绿素a提取的主要模型(图2)。 　　架设在太湖的陆基高光谱遥感监测系统清晰捕捉到2021年8月发生的两次藻类水华形成过程(图3)。除了藻类水华以外，陆基遥感系统亦可同步监测水体透明度、悬浮物、总氮、总磷、高锰酸盐指数、营养状态指数、藻密度等多个水生态环境参数，可为藻类水华发生机理研究提供精细化观测和科学证据。 　　该观测系统主要有以下优势：低成本、环保的方式实时、连续地提供藻类水华的高频数据；水体信号不受大气影响，不需要进行复杂的大气校正；适用于中小型河流、湖泊的藻类水华动态监测；嵌入的AI芯片支持算法快速替换和升级以及远程控制和数据访问。目前该系统已广泛应用于广东、四川、江苏、浙江、北京等数十个重要水体的水质监测。 　　相关研究成果发表在Journal of Hazardous Materials上。研究工作得到国家自然科学基金优秀青年基金、中科院科学仪器研发项目、南京地理所青年科学家小组等项目的联合资助。图1 陆基遥感系统的原理和结构示意图图2 陆基高光谱遥感监测系统机器学习算法检验与校正精度结果图3 陆基遥感系统捕捉到的两次浮游植物水华和对应的现场照片

近期，中国科学院半导体研究所研发的“水睛”水下高分辨率环视摄像机完成了针对水下礁盘的摸底海试工作。海洋观测是开发海洋资源、保护海洋生态的关键技术，受到全球的关注，但是目前海洋生物群落及环境变化监测技术仍无法满足海洋大时空数据获取的需求，特别是深海。光学成像技术可提供高分辨率、符合人眼视觉特征的图像，但是在保障高分辨率的前提下存在视场小的问题，难以实现大范围的海底详查的需求。针对此种情况，半导体所周燕、王新伟及其科研团队研制了水下高分辨率环视摄像机“水睛”，可实现水下高分辨率大视角的光学成像，具备180°下视走航观测和360°原位环视观测两种模式（图1）。本次海试中，“水睛”搭载半导体所海面移动光学试验平台“冲浪者”号（图2），在约1000平方米海域进行了水下高分辨观测，完成了海上走航式观测、定点原位观测等摸底性观测试验，验证了设备具备5900万像素下良好的实时彩色成像功能。图1 水下环视摄像机的下视及环视工作模式（上图下视模式，下图环视模式）图2 搭载冲浪者号走航式观测过程中的“水睛”摄像机此次海试，研究人员利用水下摄像机多次完成了礁盘生态系统的观测，拍摄了大量的珊瑚、海星、贝类、鱼类等，形成了水下光学彩色图像库（图3），可用于海洋光学图像处理、目标识别等算法研究。图3海域美丽的珊瑚、鱼类、海星、砗磲等除珊瑚及鱼类等生物要素外，本次海试中，在海底还发现了生物附着的碗和盘子各一只（图4）。图4 生物附着的盘子和碗此次海试由半导体所和南开大学共同组织完成，除“水睛”摄像机外，还利用多参量海洋水体测量系统完成了海洋温盐深、核素、水体光学衰减系数等海洋水体多物理化学参量采集。相关工作得到了南方海洋实验室、中科院青促会项目的经费支持。 图5 项目团队及设备在海试现场

日前，中国科学院光电技术研究所(以下简称“光电所”)成功研制出国内首台多功能水下智能检查机器人。该机器人是在中科院“西部之光”资金及相关专项资金的大力支持下，由光电所科研团队历时两年完成。 　　与其他水下智能机器人不同的是，此智能检查机器人可以在水下高辐射环境中，从事核电水下探测、堤坝检查、管道检测、异物水下打捞等工作。验收组专家一致评价，该机器人在水下动密封技术、水下姿态检测、多传感器信息融合、图像识别、水下测量等关键技术上达到了国内领先水平。 　　据了解，该智能机器人与光电所先期研发的反应堆压力容器螺栓孔自动检查机器人、CRDM钩爪检查机器人、水下异物打捞机器人、排爆机器人等特种机器人形成的系列产品被核电用户评为首选产品。

水下智能检查机器人 　　近日，由中科院光电技术研究所自行研制的多功能水下智能检查机器人通过了专家组鉴定。专家组认为该机器人各项性能指标均达到预期目标，在水下动密封技术、水下姿态检测、多传感器信息融合、图像识别、水下测量等关键技术上达到了国内领先水平。 　　水下智能检查机器人是在中科院“西部之光”资金及所专项资金的大力支持下，由光电所四室科研团队历时2年完成。与其他水下智能机器人不同的是，光电所研制的智能检查机器人可以在水下高辐射环境中，从事核电水下探测、堤坝检查、管道检测、异物水下打捞等工作。目前，光电所四室已先后为秦山核电有限公司、中国核动力设计研究院、广东核电集团等多家单位提供了定制设备，产品应用后受到了用户的一致好评。 　　水下智能检查机器人的成功研制填补了国内核电智能机器人的空白，也为光电所承担的2013年国家973计划“核电站紧急救灾机器人的基础科学问题”积累了丰富的前期研发经验。 产品化的机器人检查设备

项目编号：GXZC2022-J1-002014-KLZB项目名称：专用仪器设备采购采购方式：竞争性谈判预算金额：111.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：111.0000000 万元（人民币）采购需求：水下调制叶绿素荧光仪1台(预算金额：人民币590000元)，珊瑚原位呼吸代谢测量仪1台(预算金额：人民币520000元)。简要技术需求或者服务要求见附件（具体内容详见本竞争性谈判文件）。合同履行期限：自签订合同之日起90日内整体完成供货安装调试。本项目( 不接受 )联合体投标。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所光电工程技术中心高级工程师李剑平团队在海洋原位观测仪器技术上取得突破。团队研制了一种用于海洋浮游生物原位监测的新型水下成像仪系统，并在大亚湾海域的系泊水面浮标上进行了长期海试。相关研究成果以Development of a Buoy-Borne Underwater Imaging System for In situ Mesoplankton Monitoring of Coastal Waters为题，发表在Journal of Oceanic Engineering上。浮游生物是海洋生态系统的关键组成部分，在生物地球化学循环和碳循环中发挥着核心作用，同时也是海洋渔业和水产养殖生产的重要基础。开发监测浮游生物种群动态变化的方法、工具和流程，不仅对海洋生态科学研究意义重大，对现代业务化海洋管理也极为重要。然而，浮游生物监测一直依赖人工网采和光学显微镜检分析，不能满足准确、及时、连续和可持续地浮游生物监测需求。该团队利用浮标平台成本低、可长时间部署、可无线组网等优势，研发了一种水下暗场彩色成像系统，提升了对海洋浮游生物长期、连续、高频、原位监测的能力，弥补了现有观测技术的不足。该成像系统采用了一种新型的正交层状闪光无影照明设计，不仅可对海洋浮游生物个体实现高质量的水下真彩色摄影，还减少了照明光向水下局部环境的泄漏，最大程度地避免了浮游动物因趋光性产生聚集而导致的观测偏差。此外，成像仪还支持不同的放大倍率，覆盖了200μm-20mm不同大小的浮游生物体长范围。为了减少数据存储和传输的压力，成像仪配备的嵌入式计算单元可在图像采集后实时进行目标检测预处理，并通过无线网络将感兴趣的目标图像即时传输到云端服务器，通过在云端计算的深度学习算法进一步识别和量化，以获取监测信息，供最终用户远程检索。针对水下微小目标原位图像的特点，团队研发了一种基于主动学习的图像标注和分类算法训练策略，充分利用人类智能与机器智能协同实现图像标注、分类器训练和分类结果校正等目的。在此基础上团队提出了双卷积神经网络级联算法，不仅高效地构建了包含90类图像的大规模图像数据集，还有效地消除了近岸水体中颗粒物对浮游生物识别的干扰，最终实现了浮游生物图像的高准确度精细分类识别。在四年时间里，该团队历经四期累计15天以上的近岸海试后，于2020年6月22日将成像仪系统集成至水面浮标，并部署于深圳大亚湾海域。通过采取多项防生物附着措施，于2021年2月25日成功回收。在此次长达8个月的连续海试中，仪器成功获取了该海域浮游生物丰度变化的时间序列数据，观测到了浮游动物的昼夜垂直迁徙现象、优势种的动态变化，并监测到了大亚湾海域首次记录的尖笔帽螺暴发。团队研发的海洋浮游生物观测系统能够提供全面及时的浮游生物监测信息，有望成为海洋浮标观测平台的一种新工具。论文链接 图1 近海锚系浮标基水下浮游生物原位成像仪图2 浮标海试获取的典型浮游生物图像选集

2014年，江苏中海达（300177）海洋信息技术有限公司选址落户在江北新区智能制造产业园北斗大厦，开始在导航定位技术、水下声呐技术、无人平台技术等相关领域发力突破。而在当时，水下测量领域几乎被海外产品垄断，海外产品市场占有率达95%以上，并且价格昂贵。中海达的目标就是“实现高端水下测量国产化”。　　水下放大镜——　　声学多普勒流速剖面仪　　“我们的征途是星辰大海！”中海达海洋公司常务副总经理周正朝在谈及公司主营业务时说道。既然踏上征途，那么一定要有“硬核科技”加持，才能让星辰大海的奥秘熠熠生辉，而这一切的基础便是声呐技术。　　“利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成对水下目标进行探测、定位和通信，这也就是我们俗称的声呐。”周正朝介绍，这款声学多普勒流速剖面仪（ADCP）通过换能器向水中发射超声波脉冲，并接受水体反射信号，获取水中颗粒物的运动轨迹和水体分层流速信息，从而测量出水流的速度。　　据了解，这款ADCP由中海达海洋公司自主设计、研发和生产，是国内首个量产化的产品。其作为水文行业流速、流量测验的利器，目前广泛运用在河流、航道流量测验及海上流场水文调查等领域。　　“安全、可靠、便捷、精确，是我们研发产品的核心追求。我们相关产品的综合性能已经达到国际先进水平。”周正朝表示，企业以ADCP为主力，配合中海达的其它产品，无论是面对高泥沙还是大流量，都能应对自如。　　位于山东省济南市泺口镇黄河大堤南岸的泺口水文站，常年为国家防总和黄河防总测报水情，由于汛期来临，受黄河上游调水调沙及冲刷的影响，黄河山东段的河水含沙量大，流速和流量增加，使得泺口水文站一直面临在较大含沙量环境下测流的难题。　　“面对这样的情况，我们除了配备专业的ADCP，还派出了我们研发的最新测深仪和定位定向仪。中海达海洋公司推出“全明星”（改单引号）阵容，最终克服大含沙量的恶劣条件影响，完成了测量作业任务。”周正朝自豪地说。　　乘风破浪向前去——　　iBoat智能无人测量船　　“要ADCP发挥出功效，所用载体平台非常重要。”周正朝说，这就要瞧瞧我们的iBoat智能无人测量船了。　　中海达iBoat系列智能无人测量船，配备中海达测深仪，及HiMAX控制测量集成软件。船体采用载重型三体船设计，拥有阻力小、载重大、航行平稳、小巧轻便、可单人作业、运输方便等特点。“如果是使用传统航标船测量的话，体积大、油耗高自不用说，而且需要配足人手，无法进行单人操作。现在有了无人测量船，一个人就能搞定。开车的话，直接把船放在后备厢就行，简单便携。”　　至于动力，中海达iBoat系列智能无人测量船标配智能化电池，高度集成，超大容量，而且外置可拆卸，更换电池只需三分钟。“所有测量结果都可以一体化导出，效率大大提升。”透过周正朝手持的控制台，所有信息在显示器上一目了然。　　这款酷炫的无人测量船现在已经广泛应用于内陆水域的河道断面测量、水库库容测量、淤积土方测量、港口施工测量、航道水深测量等专业领域。　　在安徽省怀远县境内的淮河河道，中海达iBoat系列智能无人测量船承担着水下地形测量的重任。在作业过程中，iBoat BSA智能无人测量船既可以自动生成航迹线，又可以现场手动布线。所谓手自一体，也在无人测量船上实现。当经过复杂水域环境时，iBoat BSA智能无人测量船能轻松穿越水上树林，获取水深数据。　　通过作业，iBoat BSA智能无人测量船获取了高精度的水下地形测量成果，为淮河流域的河道管理、非法采砂治理等工作的科学决策提供了可靠的数据依据。　　侧扫声呐上阵——　　水下无秘密　　除了声学多普勒流速剖面仪和无人测量船，中海达海洋公司还自主研发了单波束测深仪、双变频测深仪、浅水多波束测深仪、惯性导航系统、侧扫声呐等专业设备。　　近期，在东海某海域海上风电装机的升压站周边基础地形和海底电缆路由监测任务中，中海达海洋公司投入多台设备进行协同作业，对浅埋海底电缆进行搜寻、探测，并评估其冲刷状况，从而获取更加详实、精确的水深地形数据及水下结构图像。　　“iSide 5000多波束侧扫声呐兼具低速和高速两种模式。低速模式为单波束双频侧扫，高速模式为高频多波束侧扫。一般的产品会随着量程的增加导致分辨率下降，但这款产品就能做到高速高分辨力全覆盖侧扫。简单来说，就是出来的图像更清晰，工作覆盖的监测范围更大、更精确。两种模式的搭配使用好比汽车的闭缸技术，既能做到高品质，又兼顾经济实用。”周正朝介绍。　　随着产品技术和质量的不断提升，作为国产高端水下探测装备的中坚力量，中海达海洋公司的许多产品也已走出国门，远销海外。“希望通过我们的努力，为国家在海洋探测和水文水利领域提供先进的科技支持和保障，也希望能有更多的人在我们产品的助力下，去深入了解大川大河，浩瀚碧海。”周正朝说。　　江河湖海，孕育生命万物，塑造人类文明。作为这颗蔚蓝星球上普遍又神秘的存在，其最深处的景色无时无刻不在召唤着我们。一切正如凡尔纳所言：“这是一种超自然而又神奇的生命载体，它是运动，是爱，像一位诗人所说的，是无垠的生命。”　　中海达海洋公司所研制的海洋探测和水文水利产品，如同一艘艘承载梦想和使命的鹦鹉螺号潜艇，有了它，我们能更加轻松、便捷、从容地化身为阿龙纳斯教授和尼摩船长，潜入那令人心驰神往的水波，漫游在海底两万里。

S-ROV水下机器人观测平台是法国TMI-Orion公司研发的一款智能型水下机器人平台，标配4个垂直推进器和4个水平推进器，在水下可实现精确的3D移动控制。S-ROV具有超强的搭载能力，可同时搭载7个附加功能模块，适用几乎所有类型的传感器。传感器接口为即插即用模式，可快速连接。S-ROV有效负荷3.5kg，最大工作深度305米，可应用于水下作业、视频观测、水质监测等领域。l S-ROV可以对珊瑚礁、人工礁石、礁石、海底等水下物体进行视频观测，为海洋生态环境评估提供视频影像资料l 水产养殖监控，可对各种网箱养殖进行视频监控，观察生物体的生长、进食、饵料剩余等情况l 水质监测，目标海域水环境剖面监测l 河流湖泊水底地质状况影像观测及水质监测l 沉船打捞搜救，水上安防抢险，飞机火箭等残骸的水下搜索打捞l 大坝、水库闸门以及水电站冷凝池、涵洞等重点水下建筑部位的安全巡查l 海底管线铺设、海底输油管道检查、海上风电业务、海上钻油平台等海底工程验收创新点：S-ROV是一款小型高精度水下机器人，其最大的创新是配有8个推进器，可以实现前后、上下、左右等多个方向的行进。 S-ROV水下机器人

英国科学家首次展示了一种新型激光雷达系统，其使用量子探测技术在水下获取3D图像。该系统拥有极高的灵敏度，即便在水下极低的光线条件下也能捕获详细信息，可用于检查水下风电场电缆和涡轮机等设备的水下结构，也可用于监测或勘测水下考古遗址，以及用于安全和防御等领域。相关研究论文刊发于4日出版的《光学快报》杂志。　　在水下实时获取物体的3D图像极具挑战性，因为水中的任何粒子都会散射光并使图像失真。基于量子的单光子探测技术具有极高的穿透力，即使在弱光条件下也能工作。在最新研究中，研究人员设计了一个激光雷达系统，该系统使用绿色脉冲激光源来照亮目标场景。反射的脉冲照明由单光子探测器阵列检测，这一方法使超快的低光检测成为可能，并在光子匮乏的环境（如高度衰减的水）中大幅减少测量时间。　　激光雷达系统通过测量飞行时间（激光从目标物体反射并返回系统接收器所需的时间）来创建图像。通过皮秒计时分辨率测量飞行时间，研究人员可以解析目标的毫米细节。最新方法还能区分目标反射的光子和水中颗粒反射的光子，使其特别适合在高度浑浊的水中进行3D成像。他们还开发了专门用于在高散射条件下成像的算法，并将其与图形处理单元硬件结合使用。在3种不同浊度水平下的实验表明，在3米距离的受控高散射场景中，3D成像取得了成功。

p style=" text-align: center " img title=" 033.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/dbec24e0-8adf-464e-9b88-61b3a1a3c19a.jpg" / /p p 　　7月3日下午，合肥市公安局巢湖水上分局在天鹅湖举行“无人智能巡逻艇”首巡仪式。 /p p 　　 strong 水面安全巡逻的现状和需求 /strong /p p 　　目前港口、码头、景观湖、水库、旅游景点、养殖业等水域的巡逻和安全防控基本上都是人工完成，存在工作量大、探测手段有限、安全救援迟缓等问题。相对于无人机、无人船等技术，无人水上艇技术发展相对较晚，目前无人水上巡逻艇主要由美国、以色列等少数发达国家生产，主要用于军事用途。国内无人艇技术相对落后，多数是尺寸较小、功能简单、智能化和信息化程度低的单一功能产品，近80%的无人水上艇应用都集中在观测与信息收集、物理环境测量等。 /p p 　　天鹅湖在安徽省省会合肥市境内，地处合肥政务文化新区核心，是一个人工景湖。始建于2003年，水深3.5米，有各种雕塑、园林树木、人工沙滩、喷泉，湖中有两座小岛等景观占总占地面积136公顷，湖面面积70公顷，平均水深3.5米。南北最大跨度0.7公里，东西最大跨度1.5公里，周长3.5公里。天鹅湖不但环境优美，旁边还新建了体育场，大剧院，市政办公中心等地标建筑，是合肥的政治文化休闲中心地，天鹅湖目前是合肥市内最大的开放式公园之一。近年来，天鹅湖溺亡事件频频发生。据不完全统计，天鹅湖自2004年蓄水开始，迄今为止至少溺亡了64人。因此，通过技术手段为天鹅湖安全监控和应急救援提供支持是非常有必要的，无人智能巡逻艇是近年来快速发展的技术，有望为天鹅湖安全防控提供最佳技术支持。 /p p 　　 strong 无人智能巡逻艇的研制过程 /strong /p p 　　中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所“973”首席科学家刘锦淮团队的余道洋博士主持的水面机器人系列研究成果于2015年11月份发布，经专家鉴定多项技术处于国内领先，该成果发布后引起了国内行业专家、企业和媒体的重视。安徽中科华澄智能科技有限公司是中国科学院合肥物质科学研究院水面机器人等研究成果以无形资产投资入股成立的院属企业，公司的核心产品之一是智能安防水面机器人，主要用于类似于天鹅湖等水域的综合安全预警与防控，特别是溺水监控与救援。智能安防水面机器人于2016年9月份在天鹅湖进行了演示和测试，得到了合肥市公安局水上分局王旭局长的认可，双方通过沟通一致同意共同研制无人智能巡逻艇，不仅仅用于天鹅湖，进一步扩展可以用于巢湖等大江大河的无人智能化监控和应急救援。今天的仪式也是共同研制产品的正式列装，是产品走出去的良好开端。 /p p style=" text-align: center " img title=" 011.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/d2261487-1ab5-498d-95ed-39b26f2baf73.jpg" / /p p 　　 strong 无人智能巡逻艇及天鹅湖综合安全防控系统简介 /strong /p p 　　天鹅湖综合安全防控系统由无人智能巡逻艇、岸基红外和光学视频监控系统、无人机、高速救援艇、蛙人应急分队、城管巡防员、手持式通讯终端、水下探测以及综合安全监控平台等组成。该系统的核心是无人智能巡逻艇，本项目研制的无人智能巡逻艇核心技术和功能包括：自主巡航、自动避障、目标自动识别、早期预警、空地水系统联动、语音驱离、声光报警、强光指引、实时视频传输、多模式远程操控、风险评价、通讯链路、自主返港、水下探测、网格化精准定位等功能。 /p p 　　无人智能巡逻艇的核心技术是“智能”，融合了常规机器人的智能感知、智能决策和控制技术，主要体现在以下几个方面：自主巡航和主动避障功能由卫星导航、电子罗盘、海事雷达、超声雷达、激光雷达、声呐等信息感知模块组成，通过形态学膨胀腐蚀原理的二值图处理和动态目标A*算法等人工智能算法，实现水面机器人在复杂水域的全局路径优化和局部障碍规避 无人智能巡逻艇上分别搭载了光学摄像和热红外摄像头，开发了基于动态目标多特征差异检测原理的光学和热红外图像细胞神经网络识别算法，实现无人艇动态巡航条件下动态目标的捕捉与准确识别 无人智能巡逻艇的自动识别技术解决了天鹅湖危险水域人员的动态和快速识别，在此基础上开发了早期预警系统，对试图进入危险水域的人员提前进行警告和监控，为有效管控溺亡事故的应急处理提供了技术保障 天鹅湖岛上架设了20多台光学摄像和热红外摄像头，实现了天鹅湖全天候、无死角的实时监控、和目标自动识别，一旦出现人员越过警戒线和危险水域，将自动计算危险区域人员的精确位置坐标，自动判断风险等级，并自动向系统平台发送指令，系统平台再向无人智能巡逻艇、安防人员和管理人员发送信息，以最快的速度采取应急措施，真正实现天鹅湖的空地水立体化、全天候和无死角安排防控。天鹅湖综合安全防控系统可以与其他安全管理和应急系统联网，实现多网络平台的联动。 /p p 　　智能安防水面机器人是携带红外热成像仪和可见光摄像机等安防监控装置，在工作区域水面进行安防巡视监控并将画面和数据传输至远端监控系统，对突发事件进行应急处置的智能机器人。该产品2016年7月荣获合肥市首创产品认证 同年11月通过安徽省新产品鉴定，经评审专家组一致鉴定，该产品在国内处于领先水平。 /p p style=" text-align: center " img width=" 450" height=" 338" title=" 04.jpg" style=" width: 450px height: 338px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/1fca29c6-3cee-4851-8632-07b83228e368.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 智能安防水面机器人在天鹅湖巡逻 /p p 　 strong 　应用拓展 /strong /p p 　　无人智能巡逻艇在天鹅湖的成功应用得到了合肥市多个部门领导的重视和推荐，2017年7月3日的列装和天鹅湖首巡将会是该产品推广应用的良好开端，该产品将进一步应用到巢湖、河道湖泊、水库、江河湖海、水上航道、景区水域等区域的安全防范与巡逻。 /p

可穿戴传感器可以通过非侵入的方式捕捉人体的各种信号并转化为可识别的电信号，从而达到实时监测的目的，在健康管理等领域展现出了重要价值。相比于传统的刚性可穿戴传感器，由导电凝胶等软材料构建的皮肤式可穿戴传感器能与动态皮肤形成紧密的共型结构，提高传感器的传感准确性和稳定性，甚至实现对人体运动状态的实时感知。 　　尽管基于导电凝胶的可穿戴传感器研究已经取得巨大进展，并广泛应用于动作监测、健康管理、表情和声音识别、人机交互等诸多领域，但由于导电凝胶在水环境中存在吸水溶胀、导电组分流失、粘附性能衰退等问题，限制了其在水下探索等领域的应用与发展。近年来，通过对导电凝胶进行耐水性能的设计，研究人员实现了导电凝胶基可穿戴传感器的水下传感领域的应用，促进了该领域的研究快速发展 　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员、肖鹏副研究员和魏俊杰博士基于在耐水导电高分子凝胶的构筑及其水下传感方面的研究基础，在Advanced Materials上发表题为“Water-Resistant Conductive Gels Toward Underwater Wearable Sensing”的综述文章(Adv. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adma.202211758)。 　　在该综述中，作者首先对提高导电凝胶耐水性的方法进行了总结，归纳提出了封装设计、疏水网络结构和多重交联作用这三种耐水设计策略，并详细讨论了各种策略的耐水原理、具体设计方法以及存在的优缺点，从而为未来的耐水导电凝胶设计提供指导。随后对用于水下传感领域的耐水导电凝胶的多功能性质进行了介绍。除了水下稳定性之外，探讨了耐水导电凝胶的拉伸性质、水下粘附性质、水下自修复性质、可回收性质和3D打印性等性质对导电凝胶基水下可穿戴传感器的传感性能和制造加工工艺的影响，并重点讨论了这些性质的优化改善方法。此外，对现有耐水导电凝胶在水下传感领域的具体应用方向进行了汇总，着重总结了耐水导电凝胶在水下运动感知、水下健康监测、水下通讯、水环境分析几个方向的研究进展，并分析了耐水导电凝胶在这些应用中存在的不足，为未来的水下传感研究指明了方向。 　　尽管导电凝胶的耐水设计和传下传感研究已经取得了一定的成果，但该领域的发展尚处于起步阶段，仍然存在一些问题和挑战亟需解决。导电凝胶在水环境中的传感性能与陆上性能有着明显差异，相关的水下传感机制和传感模型有待进一步阐明；耐水导电凝胶的水下稳定性和水下传感性能测试还没有标准的方法，亟需建立统一的检测方法进行有效对比和评估；在耐水导电凝胶和水下可穿戴传感器的多功能设计上需要进一步努力，例如实现基于变色功能的可视化感知、基于自清洁功能的抗污能力和基于生物可降解的环境友好等。 　　为了满足耐水导电凝胶基水下可穿戴传感器的实际应用需求，需要进一步发展与水下可穿戴传感器匹配的无线传输技术和自供能技术；如何实现多感知功能和多技术模块在水下凝胶传感系统中的一体化集成，尤其是如何实现“软”凝胶材料与“硬”电子元件的稳定界面结合依然是该领域需要面临的一个重要挑战。 　　该论文得到了国家自然科学基金(51773215)、中国博士后科学基金(2021M690157、2022T150668)、宁波市自然科学基金(2121J206)、国家重点研发计划项目(2022YFC2805204、2022YFC2805202)等项目的支持。耐水导电凝胶的设计策略与水下传感应用 　　(中科院海洋新材料与应用技术重点实验室 魏俊杰)

了解海洋环境对各种水下任务至关重要，如资源的探测和水下结构的检查，没有自主水下航行器（AUVs）的介入，这些任务就无法进行。由于机载电池和数据存储容量不足， AUVs在执行水下探索任务也会受到限制。水下对接站的出现能够很好的解决这一问题，它能够为水下机器人提供水下充电和数据传输。然而在动态海洋环境中，浑浊和低光条件是阻碍成功对接的关键挑战。在本文中，研究人员提出了一种基于视觉的引导方法，使用锁定检测以减轻浊度的影响，同时屏蔽杂光和噪声。锁定检测方法锁定位于对接站灯标的闪烁频率，并消除其他频率无用光的影响。该方法使用两个固定频率发光的信标，安装在模拟对接站和一个sCMOS相机（鑫图Dhyana 400BSI）上。概念验证实验结果表明，该方法能够识别不同浊度下的信标，并能有效地剔除不需要的杂散光，而且不需要对基于视觉的引导算法做单独的图像处理。图1 锁定检测原理图 (a) 在清澈的水中拍摄的带有有源光信标的原始图像，调制频率为63 Hz，安装在中间的模拟停靠站上，两个背景光源发射频率为55 Hz和0 Hz。图 (b) 将锁相检测后的二值化结果应用于63hz。图 (c) 将锁定检测后的二值化结果应用于55hz。鑫图相机推荐Dhyana 400BSI V3视觉导航技术配合计算机视觉算法能够在定位精度高、不易被外部探测、可执行多任务等方面优于其他导航技术，但在水下环境中会受到光线的衰减和散射。此外，水下机器人在深海中吹起的泥浆会造成浑浊，这使得基于视觉方法的适用性更具挑战性。Dhyana 400BSI相机供了实验所需的灵活性，具有高速和高信噪比，能够在噪声中提取微弱的信号，配合软件获取图像的拍摄时间序列以实现lock-in time检测。参考文献Amjad R T, Mane M, Amjad A A, et al. Tracking of light beacons in highly turbid water and application to underwater docking[C]//Ocean Sensing and Monitoring XIV. SPIE, 2022, 12118: 90-97.该文章旨在为大家提供先进成像技术相关应用参考，部分内容摘抄于相关论文研究成果，版权归原作者所有，引用请标注出处。

色氨酸是一种能溶解在水中的氨基酸盐，具有特定的激发波和发射波长。属有机物质。存在于高生物活性的水系统或工业废水中。因此色氨酸还可作为追踪废水源头的重要参数。 市场上已有的能够测量色氨酸的仪器都很笨重、复杂、昂贵并且需要专业的的人员经过长时间的培训才能操作。这些仪器往往提供大量的数据信息，而最终用户只是需要得到一个简单的色氨酸的相对荧光相应值。 相比之下，Turner Designs的色氨酸监测仪是一种简单、低成本、可以提供0至5V模拟信号输出的水下荧光仪。该仪器体积小巧、轻便，可以和市场上绝大多数接收器或平台集成。同样也可与其他手持多参数仪平台集成。例如，与Turner Designs的C3三光学荧光仪集成时，色氨酸监测仪可以探测低至3ppb的浓度。下图展示了探头输出信号随水中色氨酸浓度的变化曲线：

3月31日，由中国科学院西安光学精密机械研究所研究员鱼卫星和研究员于涛团队承担的国家重点研发计划“海洋环境安全保障”专项项目“海水总氮总磷在线监测仪器研制及产业化”参加了由科技部中国21世纪议程管理中心组织的线上项目综合绩效评价会议评审并通过验收，获得了专家的高度认可和好评。该项目由西安光机所牵头，山东省科学院海洋仪器仪表研究所、自然资源部第一海洋研究所、国家海洋局北海预报中心参与。 海水总氮总磷是反映海水受污染及富营养化程度的重要指标之一。实现海水总氮总磷在线监测，可为生态监测及海洋赤潮、绿潮等生态灾害的预警提供长期连续的实时监测数据，进而有效提升预报的时效性和准确度。本项目针对海水总氮总磷在线监测仪器的迫切需求，突破了光流一体化设计、连续精细光谱探测、双光路反馈自校准、基于特征峰面积定量反演、水下原位环境适应性设计等关键技术瓶颈，研制适用于海水原位在线监测的总氮总磷传感器，提升了仪器的准确性、可靠性、稳定性和环境适应性，形成了适用于海洋生态环境监测的关键核心技术和业务化应用能力。 西安光机所在面向建设“海洋强国”的重大战略部署中，结合海洋生态环境监测领域对光学装备的迫切需求，布局了光谱成像技术在海洋领域的拓展研究，开展了精细光谱探测关键技术攻关与体系化装备研制工作。依托该项目研制的海水总氮总磷原位光谱传感器具有技术含量高、附加值大、综合效益好等特点，可为海洋环境保护、灾害预警预报、海洋牧场、生态污染评估、资源开发等提供数据参考，是实现国家海洋科技实力的重要指标之一。该项目的实施能够为国内海洋业务化单位获取海水总氮总磷实时数据提供自主技术手段，增强我国自主海洋监测能力，部分解决制约我国海洋业务化监测网建设的基础装备瓶颈问题，从而提升我国海洋生态环境监测水平，具有有社会价值和应用前景。 项目研究成果已应用于中科院战略性先导科技专项（A类）“美丽中国：长江干流水环境水生态一体化多要素立体监测技术与应用”项目，作为星-空-地-水高光谱立体监测体系中水下原位监测系统的重要组成部分，自主研制的海水总氮总磷在线监测仪器已部署于鄱阳湖示范区水上平台并实现了业务化运行。此外，该仪器也可为江河湖库等地表大型水系实时在线业务化监测提供自主可靠手段。 海水总氮总磷在线监测仪器研制及产业化项目通过验收

p 　　独有辐射屏蔽技术，可在水平方向360度旋转无盲区，即便在水下100米工作也依然稳定可靠……这套由中国科学院光电技术研究所研发的核级水下高分辨率耐辐射摄像系统，近期成功应用于国内各大核电基地。这标志着我国在该领域打破国外垄断，真正实现“中国造”。 /p p 　　此前，国内核电基地水下监测设备均采购国外产品。中国科学院光电技术研究所微电子装备总体研究室副主任冯常介绍说，这套系统由该所研究人员花费两年时间自主研发而成，专门在核环境下应用，从2015年起，被广泛应用于我国核电基地。 /p p 　　记者了解到，这套高分辨率耐辐射摄像系统IOE-CPR-M独有辐射屏蔽技术，可在5000Gy/h的剂量率条件下稳定工作100小时。同时，因采用高性能图像传感器，分辨率达200万像素，可输出1080P高清视频，在精密电机驱动下，任何速度下都能捕捉到无抖动的画面图像。 /p p 　　“该系统能够提高核燃料操作的安全性，确保燃料组件入堆后能长期安全运行。”冯常举例说，像在核电站大修堆芯换料过程中，可全方位监控水下燃料组件操作，以确保燃料正确就位 并对核燃料组件进行专项水下高清外观检查和测量，了解燃料组件的运行状况。此外，还可对核电站乏燃料水池及堆芯燃料组件进行最终安全检查，以确保燃料组件正确装载。 /p p 　　据了解，国内核电专家对此套系统在我国各核电基地大修过程中发挥的高性能、高可靠、高稳定的表现，提出一致肯定。 /p p br/ /p

珊瑚和其它底栖基质类型原位代谢测量系统 CISME CISME便携式潜水呼吸系统用于原位检测珊瑚和其它底栖基质的代谢率。这个名字来源于珊瑚原位代谢，并发音为“kiss-me”，以反映仪器与珊瑚之间的温和互动。 CISME在短时间孵化期间测量氧气通量和pH，其中水流量和光照水平由操作人员控制。从这些浓度变化计算呼吸（R）和光合作用（P）。样品环提供水样，可以滴定总碱度（TA）以测量钙化率（CA）。可以基于O2和CO2通量计算R和P，从中可以计算RQ和PQ。样品环也可用于实验性地引入可能影响珊瑚代谢的物质（例如用于OA研究的酸化海水）。 n 检测指标l 在原位孵育期间的氧气通量和pH值的变化，其中水流量和光由操作人员控制。根据浓度的变化，计算呼吸速率和光合速率。 l 样品环提供水溶液样品,用于总碱度（TA）滴定，从中计算钙化率。 l 样品环可用于进行实验，其中操作人员引入可能影响珊瑚代谢的物质（例如用于OA研究的酸化海水）。 n 参数l 测量O2的变化，以1秒的间隔测量pH值。l 泡沫密封容器抵至浅表面的珊瑚，珊瑚礁基质，如草皮，珊瑚藻和沉降块来捕获海水。l 可编程孵化程序（R，P，R + P，P + R，Custom multistep (自定义多步）。l 孵育体积：88ml+16ml样品环。l 可拆卸的样品环容积用于收集孵育的水溶液的子样品或引入添加剂。l 350-1200毫升min-1可变流量 通过泵反馈。l 可变光（PAR）：0-2500μmolm-2s-1。l 无需破坏性取样。l 耐水压80米。l 附件：孵化分离生物体的流动室，如大型藻类，小动物 用于沉积物培养的适配器。 在藻类基质上检测n 实例CISME检测了位于波多黎各珊瑚礁：加勒比海珊瑚Orbicella faveolata上的 40个标记菌落的代谢率的季节变化。两个珊瑚礁位于波多黎各。每个珊瑚礁有20个被标记的珊瑚每个珊瑚每季度用CISME测量一次，以寻找新陈代谢的季节性变化模式一年重复检测4次。结果显示夏末R升高，但P没有变化，因此夏末的P / R比率较低。 P，CA和P / R比率≥实验室公布测量值，表明原地条件优于陆基海水系统。 使用可编程功能的CISME生成的P vs I曲线与使用Walz潜水荧光计的快速光曲线相比 原位海水酸化实验n 系统标准组成CISME由一个带有电子装置的浮力丙烯酸耐压外壳组成，通过防水电缆连接到孵化流量传感器头，操作人员将其连接到珊瑚/基质表面以进行孵化。l 一个主控机（包括：专有主板；O2板 适配器 WiFi卡 LED驱动器 编程和储存必要文件的USB 全部采用防水丙烯酸外壳）。 l 一个7200 aH的锂离子电池和充电器以及三个HD泡沫浮子。l 一个完整泵头“（由3D构成，具体包括：pH电极 光纤传感器 循环泵 LED光源 氯丁橡胶泡沫密封；另外还包括：三个牵开器“wings”，三个Cetacea牵开器和八个18毫升样品环 “仿真”环和环状填充物。l 一个粘度杯,用来培养小的独立样品。l 插拔连接器连接主控机与头部的电缆线，连接电池与主控机的电缆线，以及连接CISME与UW平板电脑的WiFi电缆线。 l 备件：二个额外的泡沫密封和胶水，二个额外的Presens点更换件和胶水 光纤维维修工具 备用O形圈。 备用' 仿真' 环和环形填充。 氧气校准套筒。 用于组装的工具和零件包：15 mm扳手，薄的15/22两用扳手，用于pH螺丝钉的长内六角扳手，O形圈镐，用于清洗螺丝钉的内六角扳手，带Molykote 111的洗涤器，额外的O形圈 ，硅胶包，Q-tips， l 许可证：允许使用装有专有的Android软件的平板电脑运行CISME。l 一个定制的潜水箱,用于安装系统。 l 一个运输箱，Seahorse brand品牌或同等产品（客户可以选择黑色，黄色或橙色）。l 一张录有用户手册和教学视频的DVD。n 选配水下平板电脑CISME定制的由Inova设计的SZ-Dive水下容器（HOUSE），抗压深度达 80米；安装了CISME安卓软件的三星Galaxy S2 8“平板电脑。 CISMEHOUSEn 有关的检测图片创新点：原位检测珊瑚和其它底栖基质的代谢率，也可用于实验性地引入可能影响珊瑚代谢的物质（例如用于OA研究的酸化海水）。 珊瑚和其它底栖基质类型原位代谢测量系统 CISME

记者7日从中国科学院沈阳自动化研究所获悉，由该所主持研制的“探索4500”自主水下机器人（以下简称“探索4500”）在我国第12次北极科考中，成功完成北极高纬度海冰覆盖区科学考察任务。日前，该所4名科考人员已随“雪龙2”号科考船返回。 这是我国首次利用自主水下机器人在北极高纬度地区开展近海底科考应用，其成功下潜为我国不断深化对北极洋中脊多圈层物质能量交换及地质过程的探索和认知提供了重要数据资料，将为我国深度参与北极环境保护提供重要的科学支撑。 针对此次北极科考工作区高密集度海冰覆盖的特点，科研团队创新性地研发了声学遥控和自动导引相融合的冰下回收技术，克服了海冰快速移动和回收海域面积狭小给水下机器人回收带来的挑战，确保水下机器人在密集海冰覆盖区的北极高纬度海域连续下潜成功，并全部安全回收。 在科考应用中，“探索4500”成功获取了近底高分辨多波束、水文及磁力数据，为超慢速扩张的加克洋中脊地形地貌、岩浆与热液活动等北极深海前沿科学研究，提供了一种最为先进的探测技术手段。 “探索4500”是中科院“热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响”战略性先导科技专项支持研发的深海装备。为了参加此次北极科考，科研团队对“探索4500”进行了环境适应性、高纬度导航、海底探测、故障应急处理等技术升级与改造，并开展了湖海验证工作，全面提高了系统的可靠性。 “探索4500”在科考中的成功应用，充分验证了其在北极冰区良好的低温环境适应能力、高纬度高精度导航性能、密集冰区故障应急处理能力和洋中脊近海底精细探测能力，开创了我国自主水下机器人在北极科考应用的先例。 极地科考一直是水下机器人发展的重要方向。近年来，中科院沈阳自动化所致力于推动水下机器人的谱系化发展，先后有4种类型6台套水下机器人参加了8次极地科考，为我国水下机器人在极地应用作出了重要贡献。

泽铭环境搭乘环监001赴渤海走航式实时数据监测9月17日，生态环境部召开2020年前三季度渤海综合治理攻坚战视频调度会，确保渤海综合治理攻坚战胜利收官。一要巩固提升海域环境质量；二是加快推进生态修复任务；三是强化环境风险防控工作。渤海是我国唯一的半封闭型内海，其自然生态独特、地缘优势显著、战略地位突出，是环渤海地区经济社会发展的战略支撑和关键依托。10月12日，“中国环监001” 从大连市扬帆起航，开始执行渤海水质监测秋季航次辽东湾航段的监测任务。泽铭环境本着“让环境更美好”的企业使命，参与了本次水质监测任务，为国家海洋事业发展贡献一己之力。本次监测任务由海洋中心王卫平老师带队，监测区域为渤海外侧一圈，入海口断面以及渤海中部，监测站点共计37个。我司的主要任务为硝氮，亚硝氮，氨氮以及磷酸盐四参数的实时监测。此次航行搭载我司自主研发的500与800系列仪器，真正实现了实时数据监控，走航数据监控，以及实时查看水质数据。500系列本着体积小，测量参数全，线路管路简洁明了这一优势在船舱里发挥着重要优势；而800原位系列仪器可以在水下实时工作，真正实现营养盐的原位监测。历经6天5夜，10月17日，泽铭环境出色的完成了所有监测任务，使海洋生态环境“碧海2020”海水污染的整治又向前迈出了一步，为推进海洋生态在线监测夯实了基础。为早日实现海洋数据远程以及实时监控，我们义不容辞！

据中船综研院2011年1月24日综合报道，美国海军实验室的一个研究团队最近对一种水下声源激光技术进行了能力测试，这项技术或将可以使飞行器在不拖曳水下设备的情况下，与潜艇进行声音或数据通信 为潜艇或水下机器人提供导航数据 在浅水域定位水雷或其它水下物体。 　　进入21世纪，与潜入水下的潜艇进行通信仍是一项具有挑战性的任务，现实中为了实现通信经常要求潜艇浮出水面从而使艇组人员暴露在潜在风险之下。使用拖曳天线或浮标进行通信也会降低潜艇的机动性和匿踪能力。水下无人设备目前也还依赖于容易出错的惯性导航技术。此外，搜索水雷在任何任何情况下都仍是困难、危险和费时巨大的任务。海军实验室等离子物理组负责领导水下激光声源技术团队的特德?琼斯解释称，激光水下声源技术具备在这些领域提供帮助的潜力。 　　琼斯表示，目前水下发源首先需要有一个声源，这样就要求装备必须处于指定位置并且有可能受到威胁。研究团队开发了一种激光声学源，从而无须在水下放置任何物体。之前也有研究人员曾使用激光在水下产生声音，但该研究团队进行了大量创新性的工作，进一步完善了激光声源技术，使其在海军和其它商用领域的实用性方面前进了一大步。 　　这些创新性的工作包括使用窄脉冲高强度激光使水电离，通过小体积过度加热产生微小往复运动，从而产生强烈的声学脉冲。研究团队使用水下传播性能最好的波长，从而使其能够控制往复运动的形态和声学脉冲的强度。此外，他们还使用非线性光学聚焦技术，以提高激光源可以距离水面的高度 使用被称为群速度色散的技术来精确地控制声学脉冲。群速度色散技术利用不同颜色激光不同的传播速度，让速度低的激光作用在脉冲的开始，速度高的激光作用在结尾，以此拉伸脉冲，并精确控制纵向压缩的量。 　　该实验在印第安纳州克兰市格兰度拉湖水声实验场进行，标志着该技术第一次走出实验室。封装在漂浮装置内的毫微米波长激光制造了水下声学脉冲，并被远处一艘装备了水听器的船只捕捉到。转向镜引导激光通过聚焦镜片射入水面。每个激光脉冲产生一个大约190分贝声压级的声学脉冲，传播了190米，而之前实验室测试只传播了3米。 　　研究团队计划在春夏进行更多致力于提高水下传输距离的测试。初步实验的成果表明，有可能使用不超过1焦耳能量的激光脉冲脉冲产生230分贝的声压。 　　美国国内其它的研究人员在此领域的研究集中在通信和信号处理技术，海军实验室所做的研究工作将在这些领域也提供参考。琼斯表示，海军实验室希望能利用最紧凑的激光发生器产生尽可能强的声源。