前言
随着人类对地球认知的不断深化，海洋现已成为世界各国新一轮竞争的重要舞台，以高新技术为基础的海洋战略性新兴产业将成为全球经济复苏和社会经济发展的战略重点。海洋开发进入立体开发阶段，在深入开发利用传统海洋资源的同时，不断向深远海探索开发战略新资源和能源，大力拓展海洋经济发展空间。 海洋监测系统能够提供大范围、实时的海洋信息，增强军事部门对海上态势的感知能力。这包括对敌方舰船、潜艇和其他海上活动的监测，以及对潜在威胁的预警，如海上恐怖活动、非法走私等。
01 水面无人艇监测系统
水面无人艇（Unmanned Surface Vehicles，USV）是一种可通过遥控模式或者自主模式在水面航行，并可同步展开军事对抗、环境调查、人员搜救、巡逻侦查等活动的非智能化水面机器人。在军事领域，USV可用于执行海洋战场环境调查、关键海域灭扫雷、海上反潜追踪、海上防护/拦截/打击等任务；在民用领域，USV可用于执行潜水区海洋环境要素调查、极地冰区海洋环境调查、海上事故应急响应、海上污染区环境监测、海上重要人工构筑物安防巡逻等任务，是未来军民两用的核心装备之一。无人艇作为通信中继的优势：具有体积小、灵活性高、成本效益好等特点。在反潜作战中，无人艇可以作为通信节点，链接潜艇、反潜飞机和舰船，提高反潜网络的效率和响应速度，已经成为现代海战中不可或缺的一部分。
关键技术：◆USV航行建模与控制技术标准的USV模型由运动学和动力学两部分组成，分别对应不同的船体结构设计。主要围绕四个问题：设定点调节、轨迹跟踪、路径跟踪、路径机动。◆USV自主导航与路径规划技术作为USV引导系统的基本方面，最新的研究计划融合全球和本地路径规划方法，组成混合路径规划策略。◆USV水面环境感知技术USV通常需要具备监测障碍物、识别和跟踪目标等能力。通常分为被动感知方法（视觉/红外传感器）和主动感知（激光雷达、声呐）方法。◆水面无线通信通信网路技术在拓展USV海天耦合检测中，USV与卫星、地面站、UUV、浮标等进行通信是其承载的关键任务，因此通信系统的可靠性至关重要。
02 无人潜航器系统
无人潜航器（Unmanned Underwater Vehicles，UUV）是一种无人驾驶、通过自主控制或遥控方式在水下航行、可代替潜水员或小型潜艇执行深海探测、救生、侦察、排雷等高危险性水下任务的智能化系统。UUV具有效费比高、隐身性能好、作战用途广和智能程度高等优势，是未来智能化战争中重要的新质作战装备。UUV是无人装备核心代表，与潜艇协同的 “海上力量倍增器”，通常备有通信装备、探测装备、武器装备等，用于执行侦察探测、火力攻击等任务并将数据传输至有人平台，并利用UUV集群技术，实现更大范围的预警探测和精确打击能力 。
03 微小卫星监测系统
海岸雷达、飞机和船只是传统上海域监测的主要手段，但对所有海域的持续监测几乎是不可能完成的任务，沿海雷达覆盖了海岸线上的区域，而飞机和船只可以在偏远海域巡逻，但覆盖的区域有限。微小卫星监测主要是通过其地轨道特性，近距离接收船只的AIS（Automatic Identification System，AIS，自动识别系统）信息及被动探测X波段雷达信号，其地轨道特性使其天然具备了海天耦合联合检测中转站及信息增强站点的优势，必将在未来的海洋监测体系中发挥重要的作用。到目前为止，微小卫星在海洋监测及船舶交通管理方面已经有了非常多成功的应用案例。随着卫星科学研究的进一步发展，微小卫星在未来的海洋监测方面的技术和应用也必将越来越成熟。
04 海天耦合监测系统
海天耦合无人监测系统的核心是一个集水面、水底、天基一体的综合海洋监测信息获取网络。利用USV、UUV和微小卫星等多个无人智能化平台，对多维度监测数据进行有效的收集与处理。数据的主要来源有定点实时连续监测数据、USV和UUV海区实时连续监测数据、舰船/浮标航线实时监测数据、卫星遥感实时或延时监测数据等。海天耦合无人监测系统对海洋环境不同时空尺度的状况及其变化趋势进行全方位、全天候、全自动的立体监测。
05 多源异构监测信息系统未来发展—数据融合
涉及到大数据、人工智能算法、计算机视觉、自然语言处理、数据融合、边缘计算等技术。通过这些技术手段的综合应用，基于人工智能的海洋监测数据处理平台能够有效地处理和分析海洋监测数据，为海洋科学研究、资源开发、环境保护和国防安全等领域提供强有力的技术支持。
06 未来发展方向展望
(1)高度智能化和网联化的海洋环境监测设备当前,由于传感技术、通信和信息技术的高速发展,海洋监测装备呈现高度智能化和网联化的发展趋势,比如岸基海洋环境自动监测平台、自动监测浮标、潜标和海床基固定及移动自动监测平台,以及 USV、AUV 和微小卫星监测平台。如何研制体积小、耗能低数据实时传输、适应海洋复杂环境、多功能多参数、可长时间连续稳定工作的无人监测系统,仍是未来海洋环境监测技术发展所面临的挑战之一。(2)高效、多维海洋环境立体监测网络单点监测海洋只能够获得局部的、时空不连续的海洋数据,对海洋环境的变化规律的认识不够全面,难以深人,而由海洋水文气象浮标、潜标、无人机、USV、AUV 和微小卫星等多种海洋监测平台组成的海洋环境监测网,能实时、连续、长期地获取所监测海区海洋环境信息,为认识海洋变化规律,提高对海洋环境和气候变化的预测能力,提供实测数据支撑。针对近海和远海应用场景,如何优化多平台协同监测架构和传感器资源,进而完善天、空、岸海对海探测手段,形成高效对海多维探测网络,是未来海洋环境监测发展的重点方向之一。(3)基于人工智能的海洋监测数据处理平台多维海洋监测信息已经进入大数据时代,深度学习能够获得大数据背后的深层次情报,揭示潜在规律,挖掘人类不能发现的新模式,云计算则为大数据的实时处理提供了平台支持。如何借鉴生物认知和神经科学理论建立海洋监测大数据智能分析技术,提高海洋监测数据的应用价值,值得深究。(4)监测信息服务与应用平台随着国家级海洋经济城市的建设,海洋环境监测不仅是为了满足科研和国家的需要,也为部分企业和个人提供了探索和开发利用海洋资源的机会。已有很多国家将信息服务纳入区域海洋环境立体监测网络,通过互联网与政府相关部门、科研单位甚至是个人共享监测网络的数据信息。因此,如何发展以社会需求为导向,以服务经济、社会发展和国家利益为目标的海洋环境立体监测信息服务和应用平台,是未来海洋环境监测发展的重点方向之一。