我国海上固定平台水文气象观测网发展现状及存在的问题

黄必桂，唱学静，石新刚

(1.中海油研究总院 北京 100027；2.海洋出版社 北京 100081；3.中国船舶信息中心 北京 100101)



我国海上固定平台水文气象观测网发展现状及存在的问题

黄必桂1，唱学静2，石新刚3

(1.中海油研究总院 北京 100027；2.海洋出版社 北京 100081；3.中国船舶信息中心 北京 100101)

海上观测数据对海洋工程设计和科学研究都有重大作用，海上固定平台观测网因其在位时间长、安全可靠而显得尤为重要。文章分析中国目前在海上固定平台水文气象观测方面取得的成果，包括系统集成、设备集成和研制。其中重点介绍中国海洋石油平台观测系统，并在观测方案、系统设备和数据应用等方面进行深入分析，阐述了中国海上固定平台观测网的发展现状；其次，分析了目前中国海上固定平台观测网发展存在的主要问题；最后，在海上固定平台观测总体规划和数据共享机制建立方面提出建议，为海上固定平台观测网发展提供参考。

固定平台监测；数据共享；水文气象监测系统

海上固定平台作为一种矗立于海上的结构物，因其结构稳固、深入远海和维护方便等特征，可支持一定人员长期在现场开展科研工作，有着其他海洋观测平台无法比拟的优势[1]。与浮标、潜标观测系统相比，海上固定平台观测网观测时间长、覆盖范围广；与科考船相比，海上固定平台观测网测点多、纵深广；与卫星遥感相比，海上固定平台观测网可实现海洋次表层及深层要素观测；海上固定平台还可作为海底观测网的能源供应站、通信中继站和设施维护平台。因此，海上固定平台观测网是进行中远海观测的有效手段，是海洋环境立体监测网必不可少的一部分。本文对我国海上固定平台观测网发展现状进行阐述，分析建设中存在的问题，并提出应对策略。

1 发展现状

目前国内可用于海洋环境观测的海上固定平台主要有两种：一种是专门建造的用于海洋环境观测的海上固定平台；另一种是用于海上油气开采的海洋石油平台。前者由于建造成本高，应用很少，国内批准建设数量也极少，如位于山东威海褚岛的国家浅海海上综合试验场[2]。而广泛分布于我国近海的海上固定平台为海洋石油平台，从渤海到南海分布超过260座，大都为钢结、基础稳固，是我国进行海洋环境观测可利用的重要平台，其中很多平台已经在我国海洋环境监测体系和海洋环境防灾减灾体系中发挥着重要作用。如渤海的锦州油气田平台是我国每年固定的渤海海冰观测点，已持续观测超过20年。

我国基于海洋石油平台的海洋环境观测早在20世纪70—80年代已经开始，主要由石油公司和相关科研单位组织进行，其主要目的是为海洋油气开发、设计、建造和运营提供基础数据[3]。随着海洋油气工业的发展，海洋环境条件在海洋工程设计中对工程造价和工程质量都有巨大影响，因此对海洋环境的观测也越来越受到重视。

随着国家“863”计划课题、国家自然科学基金课题以及石油公司委托的海上观测课题等的运行，我国在海上平台水文气象观测方面已取得较大成果，具体体现在子系统集成逐渐成熟和海上平台观测应用日趋广泛。

1.1 子系统集成逐渐成熟

水文气象监测系统包括多个子系统，如气象监测系统、波浪监测系统、海流监测系统、水位监测系统和温盐监测系统等。经过多次海上试验和改进，目前在各子系统研究和应用方面已取得较大成果。

1.1.1 气象监测系统

气象监测系统包括对风速、风向、气温、气压、湿度、能见度和降水等气象要素的监测，同时对不同层位的风速和风向进行观测，以获取风速随高的变化关系，还包括气象监测数据的集成和处理、风速风向观测设备的研究等。

海上固定平台上的气象监测系统集成和应用已较为成熟，目前也已有多个海上应用实例[4-5]。

1.1.2 波浪/水位监测系统

波浪监测系统的观测要素为波高、波向和周期，波浪观测设备包括波浪骑士、波浪浮标、测波雷达和垂线测波仪等；水位观测设备包括水下压力式和水上雷达式观测设备。此外，波浪/水位监测系统还包括数据集成和传输系统。

我国对波浪监测设备的研究已有较长的历史，目前也取得较大的成果；在波浪观测设备的研发上也取得较大突破，包括较早的垂线测波仪[5]和测波杆，以及波浪浮标和测波雷达(包括C波段雷达和X波段雷达)[4]。在数据集成和传输方面，使用包括卫星通信、有缆通信和微波通信等技术。

1.1.3 海流、温/盐和内波监测系统

海流的观测要素包括不同层位的流速和流向，温/盐观测为不同层位的水温和盐度，内波监测是对温/盐和海流剖面的统合观测。目前我国对海流的观测设备主要包括ADCP和单点海流计，对水温和盐度的观测主要采用CTD及T。对观测系统的集成包括传统潜标系统和国内自主研发的有缆潜标观测系统，以及数据集成和传输系统[4]。

有缆潜标观测系统有重大的优势，包括平台持续供电和数据实时传输，对海洋内波能实现长期观测和实时预警。

1.2 海上平台观测应用日趋广泛

海上平台观测应用包括短期的科研观测和长期的生产观测两个方面。

1.2.1 短期科研观测

目前已有大量科研类项目依托海洋平台进行水文气象观测，观测要素涵盖气象、波浪、海流以及水温/盐度等。这些科研类观测项目主要集中在渤海和南海北部海域，主要依托海洋石油平台开展。

2006—2007年在渤海莱州湾海域胜利油田某平台上开展水文气象要素观测[5]，观测要素包括风速、风向、波高、周期、流速、流向、水温和盐度等参数，观测设备使用机械式风速仪、超声风速仪、垂线测波仪、ADCP和CTD等。该套水文气象监测系统的供电系统采用平台供电加后备电源供电，数据传输系统为水下仪器自容、水面以上仪器传输至平台电脑存储。此外，在该平台上使用国产垂线测波仪观测海浪要素，积累了垂线测仪在海上观测的经验。

在南海也开展了海上平台水文气象观测。在“十一五”期间的“863”计划课题中，研制并在南海某平台上实施水文气象立体监测系统[4]，该系统集成多个子系统，包括气象监测系统、波浪监测系统、有缆潜标监测系统、供电系统和数据传输系统等。在课题研究和海上观测应用中积累大量平台水文气象观测经验，尤其是在设备研究、应用、供电系统研究和数据传输方面，为平台海上观测奠定基础。

1.2.2 长期生产观测

目前我国在近海一些海上固定平台上已经开始安装水文气象监测系统，并计划进行长期观测，而且已经在一些平台上投入运行[6]。

中国某海洋石油公司计划在中国近海约17个海洋石油平台新建水文气象监测系统，并对过去分散在各个海洋石油平台的观测设备进行维护、更换与升级，统一纳入水文气象监测系统运行管理。同时该公司发布内部管理文件，明确水文气象监测系统的规划、设计、建造、运行和数据管理职责部门。后来还相继发布一系列管理办法，对系统的管理、运行与维护等多个方面进行规范。

该水文气象监测网规划新建约17个海上固定平台监测系统，加上已有观测平台，总数超过25个，覆盖从渤海到东海、南海的整个中国近海海域。该规划将已建平台上已有的监测系统进行整合和改造，包括为科研观测建立的监测系统、气象预报服务以及支持平台直升机起降的监测系统等，将这些零散的监测系统进行数据记录并统一发送到归口单位。

该水文气象监测系统由位于各个平台的子系统构成，各子系统独立运行，每个子系统的观测要素包括风速、风向、气温、气压、湿度、能见度、波高、波向、水位、流速、流向、水温、盐度和泥温等，由气象采集系统、波浪水位采集系统、海流采集系统、温盐采集系统、泥温采集系统、供电系统和数据存储传输系统等构成(图1)，子系统的数据通过网络实时传输至陆地数据管理中心。供电系统还特别考虑到在台风等极端海况期间平台断电情况下的备用电源供应。

图1 水文气象监测子系统结构

海上平台水文气象监测系统设备安装方案如图2所示。气象观测系统大多为自动气象站，根据平台结构与气象条件安装于平台高处(在渤海要求风速传感器量程不小于60 m/s，在南海要求不小于75 m/s)；波浪水位观测系统为波浪水位雷达，根据平台结构与波浪条件安装于平台底层甲板外侧；海流观测系统为有缆潜标观测系统，带有多普勒剖面海流仪和单点海流计，根据平台结构与流场条件悬挂于平台甲板外侧；温盐传感器分上、中、下3层进行安装，泥温传感器安装于防沉板下，4个传感器通过电缆连接至采集系统。此外还设立平台供电系统，供电系统安装于配电间，数据存储传输系统放置于中控室内。

图2 水文气象监测子系统设备安装方案

在该规划中，海上平台水文气象监测系统每个子系统所采集的数据通过网络传输至陆地数据管理中心进行统一管理，包括数据接收、质量控制、观测数据分析计算、专题报告编制以及年度观测研究报告编制等。这些数据可用于海洋石油平台施工作业、生产作业以及新建平台设计条件推算等工作。

2 存在问题

通过多年的海上观测积累，我国在海上平台水文气象观测方面具有较多经验，但也存在一些问题。

2.1 缺少统一规划

中国海上水文气象监测的规划有过一些设想和建议[7]，也出台过一些规定，如《海上船舶和平台志愿观测管理规定》[8]，但总体上缺乏专门针对海上固定平台水文气象观测的国家级规划。

当前很多水文气象观测系统都是依托石油平台建立的，石油平台的主要功能是开采海上油气，水文气象监测系统的安装存在影响海上生产的问题，部分水文气象监测设备受平台空间的限制也存在安装位置不理想的问题。同时由于没有统一的规划，在某些海洋石油平台上存在地方气象局、研究所和高校等多家科研单位的观测仪器，一方面造成重复观测、资源浪费；另一方面也给海洋石油平台日常生产、管理和运营带来影响，增加运营成本。

同时，由于缺少统一规划，多数观测设备都是在平台投产后进行选址安装的，受平台空间限制，部分设备选址存在不合理问题；由于缺少数据比测，导致某些观测数据不可信、甚至不能用等问题。

2.2 海洋数据共享机制不完善

之所以出现多家科研单位的观测仪器安装在同一个平台上的问题，其深层次原因就是海洋数据共享机制的不完善。国内关于海洋数据共享已经讨论很多年，也出台一系列管理规定，然而并没有带来所期待的共享效果。

出现数据共享问题的原因有很多，主要原因包括：首先，国家级海洋数据管理制度不完善，对海洋数据共享的权利和义务规定不够明确，使得数据共享在实际中难以执行；其次，由于国内科研体制存在“有数据就有项目”现象，使得拥有数据的单位从主观上不愿意将数据共享；最后，相关海洋数据管理单位公益性定位仍不明确。目前我国存在多个海洋数据系统，在一定程度上造成每个系统各自管理、大量数据互不相通等问题，没有充分体现和发挥海上观测数据的价值。

3 对策建议

3.1 制定海上固定平台水文气象观测网规划，捋顺建设管理思路

建议由国家海洋局牵头，联合国内主要涉海科研院校和其他有关单位，制定发布“海上固定平台水文气象观测网规划”，并对观测网的资金来源、建设规模、观测要素、技术方案、运行管理模式和数据管理等方面进行统筹。

规划关键要解决好两方面问题：一是规模与资金。根据观测需求、资金情况合理规划观测网规模，如观测要素、观测站位以及不同阶段目标等。二是主要参与单位的职责与权利。在海上平台观测网建立过程中，明确各家单位的义务，明确监测系统规划、设计和安装的责任，明确日常维护和管理职责等；在获得数据的应用方面，规范各参与单位的使用权利和范围；充分调动各参与单位的积极性；对于其他科研及生产应用单位，除在海上观测网前期设计阶段承担一定任务外，在运营和维护方面也应根据各自特点承担相应任务。

3.2 完善海洋数据共享机制

对于海洋数据建议按照3个层次进行管理：一是保密数据，公开后有可能危害国家安全和泄露国家、企业秘密的，按保密数据进行管理；二是免费共享数据，国家政府部门拥有和政府资助获取的数据应完全开放共享；三是商业化数据，如企业观测的海上数据，可以按市场服务原则，实现数据付费使用等。

国家海洋数据管理的单位应打破各种利益壁垒，对各个单位所获海洋数据进行统一管理。

对保密数据范围进行明确界定，避免以保密为借口限制数据共享；对数据共享内容、形式和范围进行明确规定，避免无实质内容的数据共享。

4 结论

我国在海上固定平台水文气象观测方面已积累较丰富的经验，在观测子系统集成和设备集成应用方面取得突出成果，但尚未建立统一的平台水文气象观测网，且缺乏国家层面的统一规划。通过制定中国近海水文气象观测网规划和完善数据共享机制，最终将实现全面的海上水文气象观测网建设，为海洋水文气象研究和海洋工程开发提供更有力的数据支持。

[1] 张曙伟，郭发东，王秀芬，等.石油平台水文气象观测监控报警系统[J].山东科学，2005，18(5)：61-63.

[2] 孙世超.首个国家浅海海上综合试验场落户威海[N].威海日报，2014-11-7(001).

[3] 侯言.海洋平台监测装置研究与系统集成[D].大连：大连理工大学，2014.

[4] 谢波涛，雷方辉，王俊勤.平台基海洋环境立体监测系统的研制及应用[J].海洋技术，2013，32(1)：16-20.

[5] 黄必桂.渤海海浪的数值模拟和涌浪对风浪影响的研究[D].青岛：中国海洋大学，2009.

[6] 黄振东.海洋石油平台水文气象设备安装技术[J].海洋技术，2013，32(4)：96-98.

[7] 罗续业.国家级海上试验场建设构想[J].海洋开发与管理，2010，27(11)：1-3.

[8] 国家海洋局.海上船舶和平台志愿观测管理规定[Z].2014.

Present Development Situation and Problems of Metocean Monitoring System on Fixed Platform in China

HUANG Bigui1， CHANG Xuejing2， SHI Xingang3

(1.CNOOC Research Institute，Beijing 100027，China；2.China Ocean Press，Beijing 100081，China; 3.China Shipbuilding Information Center，Beijing 100101，China)

Observed metocean data plays a significant role both in marine engineering design field and academic field.Because of longer time for in situ observation and more secure and reliable，the metocean monitoring system on fixed platform is more important than other monitoring system.In this paper，some achievements in the metocean monitoring system on fixed platform in China were mentioned，including system and equipment integration，equipment development and application examples.Especially，a specific monitoring system installed on the oil and gas platform was introduced.And the observation scheme，equipment and data application of this system were analyzed in depth.The existing problems of metocean monitoring system on fixed platform were discussed.Some advices for general planning of this monitoring system and establishing of data sharing mechanism were also described in the paper，which could support the future development of monitoring system on fixed platform.

Fixed platform，Data sharing，Metocean monitoring system

2016-02-03；

2016-05-16

国家高技术研究发展计划(“863”计划)基金资助项目(2008AA09A401).

黄必桂，工程师，硕士，研究方向为海洋工程环境条件、设计标准，电子信箱：huangbg3@cnooc.com.cn

P75；P71

A

1005-9857(2016)05-0104-05