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項目成果/簡介: 潛標可實現全海深海洋環境的定點、長期、連續、多層次、多要素同步觀測，并具有隱蔽性好、不易被破壞等優點，是開展海洋環境長期連續觀測最有效的手段。 自主研發系列海洋動力環境監測潛標：2008年以來，團隊突破了深海潛標系列關鍵技術，自主研發了“海洋動力環境多尺度同步觀測潛標”、“定時衛星通訊潛標”等系列高可靠性深海潛標，實現了海洋動力環境長期連續準實時觀測。相關研發成果已獲4項國際發明專利及8項國家發明專利授權。基于研發的潛標，在南海、西太平洋、東印度洋累計布放潛標400余套次，總結出一套安全高效的規范化、標準化的潛標布放回收作業流程，作業成功率達到100%，解決了我國海洋環境長期連續觀測技術瓶頸，大幅提升了我國海洋環境長期連續觀測水平。 構建了國際上規模最大的區域海洋潛標觀測網—南海潛標觀測網：自2009年以來，在南海開展潛標布放回收航次22次，累計布放各類潛標350套次，目前同時在位觀測潛標42套，觀測海域橫跨呂宋海峽、南海深海盆、南海東北部與西北部陸坡陸架區，最長工作時間已接10年，是世界上規模最大的區域潛標觀測網。南海潛標觀測網于2017年完成潛標觀測站位在南海深海盆的全面覆蓋，實現了南海復雜環境的長期連續觀測。上述成果入選2017年度“海洋與湖沼十大科技進展”。 構建了橫跨西太平洋熱帶-副熱帶的全水深潛標觀測陣：2015年以來，在西太平洋熱帶、副熱帶海域布放海洋動力環境監測潛標60余套次，構建了橫跨熱帶、副熱帶（0-22°N）的西太平洋潛標觀測陣，實現了西太平洋低緯度流系時空特征、中尺度/亞中尺度過程及混合的長期連續觀測，有力支撐了西太平洋海洋動力環境研究工作的開展。 成功布放回收國際上首套萬米綜合觀測潛標：基于自主研發的海洋動力環境監測潛標，2016年1月在馬里亞納海溝挑戰者深淵成功布放國際上首套萬米多學科綜合觀測潛標，并于2016年9月成功回收。目前以在馬里亞納海溝深淵海域構建了由6套潛標構成的海溝觀測陣，實現了深遠海域海洋動力環境的長期連續監測，體現了我國深遠海長期連續調查的技術水平。項目階段:工業化生產階段效益分析: 該系統主要用于海洋動力環境的長期連續監測，是海洋環境監測最基本的設備和手段，可為海洋動力過程科學研究、海洋數值預報模式同化驗證、海洋環境安全保障、海洋生態環境監測等提供數據和平臺支撐，具有重要的科學、社會和軍事意義。隨著當前海洋科學研究、海洋資源開發、海上經濟貿易、海上軍事活動等方面的迅速發展，對海洋動力環境的觀測和認知的需求日益迫切，海洋動力環境監測潛標的需求量迅速增加，具有突出的經濟效益前景。知識產權類型:發明專利 、 軟件著作權知識產權編號:US 9,372,082 B1 US 9,423,251 B2 US 9,593,947 B2 US 9,557,171 B2 201410252441.0 201410252601.1 201410821320.3 201510243938.0 201510244120.0 201510244469.4 201510244144.6 201410820855.9技術成熟度:通過中試技術先進程度:達到國內領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:無

碳纖維復合材料是由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合制成的纖維增強材料，因其具有重量輕，強度高，耐高低溫等優良特點，近年來廣泛應用于航空航天、體育休閑、高鐵汽車、土木建筑等領域。碳纖維復合材料在質輕高強的同時，還具有優良的耐疲勞性、耐腐蝕性以及比強度高導致的優良施工性能等，使得它在對于材料性能有著特殊要求的海洋領域的應用前景同樣不可小覷。近年來，北京化工大學碳纖維復合材料在船舶制造、海上能源開發、海洋工程修復等領域不斷探索新技術。 在船舶上的應用 相比于傳統的造船材料，碳纖維復合材料具有天然的優勢。首先，碳纖維復合材料具有良好的機械性能。用其制造船體，具有質輕低油耗的特性，而且建造工藝相對簡單、周期短、成型方便，因此施工和維護費用遠低于鋼制船舶。同時由于碳纖維與樹脂基體的界面能有效的阻止裂紋擴展，故材料具有良好的耐疲勞性能；此外，由于碳纖維表面的化學惰性，船體具有水生物難以附生，耐腐蝕的特性，這也是船舶建造選材非常重要的因素之一。 碳纖維復合材料具有良好的聲、磁、電性能：透波、透聲性好，無磁性，因此可以用于提高軍艦的隱身性能。在艦船的上層建筑中使用復合材料不僅可以減輕船體的重量，而且通過在夾層中嵌入有濾波功能的頻率選擇層，就可以在預定的頻率下發射和接受電磁波，從而屏蔽敵方的雷達電磁波。各種天線和有關設備都統一組合裝備在該結構內，不易被腐蝕，更有利于設備的保養。研制出類似的封閉綜合傳感器桅桿，這種桅桿是由納米技術制造的玻璃纖維與碳纖維復合后作為增強體而制成。它可以讓各種雷達波束和通信信號相互之間不受干擾地通過，并且損耗極低。碳纖維復合材料還可應用在艦船的其他方面。例如，在推進系統上可用作螺旋槳［和推進軸系，減輕船體的振動效應和噪聲，多用于偵察艦和快速巡航艦。在機械和裝備上可用作方向舵，某些特殊的機械裝置和管道系統等。此外，高強度的碳纖維繩索在海軍軍艦的纜繩和其他軍用物品上也有較為廣泛的應用。 民用游艇大型游艇一般為私人所有，價格昂貴，要求質量輕，強度高，耐用性好。碳纖維復合材料可以應用于游艇的儀器表盤和天線，方向舵以及甲板、船艙、船艙壁等增強結構中。傳統的復合材料游艇主要由玻璃鋼制成，但是由于剛度不足，滿足剛度設計要求后往往船體過重，而且玻璃纖維是致癌物質，國外逐步禁用。如今的復合材料游艇中碳纖維復合材料的使用比例大大增加，有的甚至全部采用碳纖維復合材料。例如超級游艇“巴拿馬”號雙桅船，船身和甲板采用了以碳纖維／環氧樹脂為蒙皮。乙烯酯樹脂夾層復合材料，pvc泡沫和碳纖維復合材料，桅桿吊桿均是定制的碳纖維復合材料，只有部分的船身使用了玻璃鋼。空載重量僅有45t。速度快，油耗低，性能卓越。 在海洋能源開發上的應用 海底油氣田近年來，碳纖維復合材料在海洋油氣開發領域的應用越來越廣泛。海洋環境下的腐蝕，高壓，水底暗流流動帶來的強剪切作用對材料的耐腐蝕性，強度和疲勞性能提出了嚴格的要求。碳纖維復合材料在海洋油田開發中有著明顯的質輕、耐久、抗蝕方面的優勢：一個1500m水深的鉆井平臺，其鋼制系纜的質量就達6500t左右，而碳纖維復合材料密度是普通鋼材的1/4，若使用碳纖維復合材料取代部分鋼材將顯著減少鉆井平臺的載重負荷，節省平臺的建造成本；抽油桿的往復運動，由于管外海水壓力與管內壓力不平衡極易引發材料的疲勞斷裂，而用碳纖維復合材料即可解決這一問題；由于海水環境耐腐蝕，其在海水中使用壽命比鋼材要長，且使用深度更深。碳纖維復合材料可以用作油田鉆井平臺中的生產井管、抽油桿、儲藏槽、海底輸油管、甲板等部件。制造工藝分為拉擠成型工藝和濕法纏繞工藝。拉擠成型法一般用在普通管材和連接管上。纏繞法一般用作儲槽和壓力容器的表面，也可用在各向異性的柔性管道之中，其中碳纖維復合材料以特定的角度纏繞排列在鎧裝層之中。碳纖維復合材料的連續抽油桿是一種類似膠片的帶狀結構，柔韌性很好。使用碳纖維抽油桿能明顯提高出油量，減少電機的載荷，相比之下更節能。而且碳纖維復合材料抽油桿比鋼制抽油桿更耐疲勞，抗腐蝕性能更好，更適合應用在海底油田的開發中。 海上風電資源豐富，是未來發展的重要領域，也是風電技術最先進、要求最高的領域。我國海岸線約1800km，島嶼6000多個，東南沿海及島嶼地區風力資源豐富且易于開發。近年來大力促進海上風電能源的開發已經得到了有關部門的支持。風力發電葉片90%以上重量由復合材料組成。海上風力大，發電功率大，勢必要求更大的葉片和更優良的比強度和耐久度。顯然，碳纖維復合材料能夠滿足開發大型化、輕量化、高性能、低成本的發電葉片的要求，和玻璃纖維復合材料相比更適合應用于海洋領域。碳纖維復合材料在海洋風力發電中具有顯著的優勢。碳纖維復合材料葉片質量低，剛度大，模量是玻璃纖維制品的3~8倍；海洋環境下濕度大，氣候多變，且風機24h工作。葉片耐疲勞性較好，能較好的抵御惡劣的天氣；改善了葉片的空氣動力學性能，減少對塔和輪軸的負載，從而使風機的輸出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纖維的導電性能，通過特殊的結構設計，可有效地避免雷擊對葉片造成的損傷；降低風力機葉片的制造和運輸成本；具有振動阻尼特性等。 碳纖維復合材料用于海洋工程建筑，主要利用其輕質高強耐腐的特性，以筋索材及結構件的形式，替代傳統鋼筋建材，解決海水侵蝕鋼筋、運輸路途遙遠運輸成本高的問題。已應用于海上島礁建筑、碼頭、浮動平臺、燈塔塔架等。

在國家海洋強國戰略中，“海空天”對海觀測和探測是必要手段。面向我國海洋強國戰略需求和十四五規劃中軍民領域技術挑戰，以及山東省地方經濟發展和產業升級重大需求，威海校區“海空天”對海觀測團隊開展了關鍵技術突破、觀測裝備研發、系統研制和應用服務，同時與涉海企業和科研院所合作，升級傳統行業，提升產業行業競爭力，服務新舊動能轉換。課題組十三五期間承擔了國家級、省部級項目30余項，包括國家自然科學基金、山東省自然科學基金在內基金的基礎研究類項目，國家、省市重點研發計劃等民口類項目，此外還承擔了軍委科技委、裝備發展部等國防類項目，形成了諸多科技成果。科研經費累計約1.5億元。獲批國家雙一流高校基礎設施建設——新一代海空天對海觀測技術綜合試驗平臺、工信部對海監測與信息處理重點實驗室、山東省海洋通信與智能無人觀測裝備工程技術中心、山東省海洋智能無人裝備工程技術協同創新中心等7個省部級科研平臺。課題組重點打造一個中心：海洋信息綜合獲取技術及裝備創新中心，建設兩個基地：數據獲取及處理平臺建設，標準化綜合試驗測試平臺建設；解決三大難題：海洋探測手段不完善、海洋探測裝備可靠性低、海洋技術復合型人才嚴重不足的難題；提供四個支撐：支撐“海空天”一體化空海協同探測技術體系、海洋裝備試驗測試標準化體系、山東省十強產業和新舊動能轉換、海洋強國和海防建設。 面向我國海洋強國戰略重大需求，軍民領域對海觀測技術挑戰，以及山東省地方經濟經濟發展和產業升級重大需求，針對我國海洋智能裝備企業研發投入大、產出慢、可靠性差、穩定度低，難以滿足應用需求的問題，威海校區“海空天”對海探測團隊開展智能裝備核心技術突破和共用技術研發，降低裝備研發成本。通過標準化試驗和測試保障可靠性和穩定度，形成了涵蓋綜合環境感知目標探測、智能觀測平臺技術（無人機、無人船、水下自主航行器和水下機器人）、跨域通信協同組網技術、觀測數據處理、服務與應用等為一體的“海空天”對海觀測技術體系。基于“海空天”一體化空海協同觀測技術體系，開展相關探測裝備研發，構建演示示范系統。取得典型研究成果如圖所示。 科研團隊規模60余人，目前烏克蘭外籍院士1人、教授/研究員3人，副教授10人，講師4人，基本科研崗和任務型工程師2人，研究生40余人。 研究成果將為組建山東省“高密度、多要素、全天候、智能化的海空天立體觀測網”，提升我省乃至國家的自主海洋裝備研發能力、海洋資源開發能力以及建立海洋裝備測試服務體系提供技術及裝備支撐。本項目所研究成果不僅能夠突破海洋傳感器低功耗設計、自主無人觀測平臺控制、異構網絡組網、海洋數據深度學習及處理等關鍵技術，進而實現海洋觀測裝備的立體化和智能化跨越式發展，而且對于樹立我國海洋觀測產品品牌的國際形象，提升國際影響力和市場競爭力，增強對全球性資源要素的控制能力具有重大戰略意義，在海工裝備、航空、航天、軍工等領域具有廣闊的技術應用產業化前景。 項目產品旨在通過關鍵技術的開發滿足我國在海洋國防安全、海洋地形觀測、海洋漁業養殖環境監測、勘探、打撈等以及災害預警方面的智能化裝備亟需，有著極其廣泛的應用市場，特別對于山東省半島藍色經濟帶和海上糧倉的需求，具有極大經濟價值和效益。預計未來3 年，年投資增幅超過百億元，保守估計平均年復合增長率將達到40%以上，行業前景良好，將提升我省海洋產業的可持續發展能力。同時，我國其他臨海省份也存在巨大海洋和漁業需求，同時為相關行業的競爭力起到不可估量的作用。項目研發將推動牽頭公司產品提檔升級，具有海空天立體化監測功能的智能海洋觀測裝備在未來將成為市場上極具競爭力的主流產品之一，市場容量極大，可達數千億元。

潛標可實現全海深海洋環境的定點、長期、連續、多層次、多要素同步觀測，并具有隱蔽性好、不易被破壞等優點，是開展海洋環境長期連續觀測最有效的手段。 自主研發系列海洋動力環境監測潛標：2008年以來，團隊突破了深海潛標系列關鍵技術，自主研發了“海洋動力環境多尺度同步觀測潛標”、“定時衛星通訊潛標”等系列高可靠性深海潛標，實現了海洋動力環境長期連續準實時觀測。相關研發成果已獲4項國際發明專利及8項國家發明專利授權。基于研發的潛標，在南海、西太平洋、東印度洋累計布放潛標400余套次，總結出一套安全高效的規范化、標準化的潛標布放回收作業流程，作業成功率達到100%，解決了我國海洋環境長期連續觀測技術瓶頸，大幅提升了我國海洋環境長期連續觀測水平。 構建了國際上規模最大的區域海洋潛標觀測網—南海潛標觀測網：自2009年以來，在南海開展潛標布放回收航次22次，累計布放各類潛標350套次，目前同時在位觀測潛標42套，觀測海域橫跨呂宋海峽、南海深海盆、南海東北部與西北部陸坡陸架區，最長工作時間已接10年，是世界上規模最大的區域潛標觀測網。南海潛標觀測網于2017年完成潛標觀測站位在南海深海盆的全面覆蓋，實現了南海復雜環境的長期連續觀測。上述成果入選2017年度“海洋與湖沼十大科技進展”。 構建了橫跨西太平洋熱帶-副熱帶的全水深潛標觀測陣：2015年以來，在西太平洋熱帶、副熱帶海域布放海洋動力環境監測潛標60余套次，構建了橫跨熱帶、副熱帶（0-22°N）的西太平洋潛標觀測陣，實現了西太平洋低緯度流系時空特征、中尺度/亞中尺度過程及混合的長期連續觀測，有力支撐了西太平洋海洋動力環境研究工作的開展。 成功布放回收國際上首套萬米綜合觀測潛標：基于自主研發的海洋動力環境監測潛標，2016年1月在馬里亞納海溝挑戰者深淵成功布放國際上首套萬米多學科綜合觀測潛標，并于2016年9月成功回收。目前以在馬里亞納海溝深淵海域構建了由6套潛標構成的海溝觀測陣，實現了深遠海域海洋動力環境的長期連續監測，體現了我國深遠海長期連續調查的技術水平。

廈門大學海洋監測與信息服務平臺( Marine Monitoring and Information Service Platform, Xiamen University，簡稱MIS)，即廈門及其毗鄰海域海洋經濟發展及海洋生態文明建設信息服務平臺二期（No:15PZB009NF05），由廈門南方海洋研究中心與廈門大學聯合共建，平臺致力于構建以水環境觀測網絡、海洋動力學模型、遙感技術為基礎的信息集成與共享服務平臺，應用于海洋災害跟蹤與風險評估、海洋工程支撐與服務、海岸帶動態變化監測、水環境安全以及海洋經濟發展布局等，推廣海洋監測與信息技術等海洋高新技術的應用和示范，服務于區域海洋經濟發展及海洋生態文明建設。

本項目技術通過生物煉制技術對大米草等多種海洋源生物質進行組分分離，獲取纖維素、半纖維素與木質素，并通過木聚糖酶將半纖維素轉化為低聚木糖。項目科學意義如下：（1）通過大米草中纖維素、半纖維素與木質素組分分離，闡明大米草等海洋源生物質纖維素、半纖維素與木質素組成與結構特點（2）通過木聚糖酶及半纖維素側鏈酶（如阿拉伯糖苷酶、阿魏酸酯酶、乙酰酯酶、葡萄糖醛酸酶等）對大米草半纖維素特異性酶解，解構海洋源生物質半纖維素素的分子結構特征。