海洋覆蓋地球表面約 71% 的面積，是全球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。近年來新格局，沿海工業(yè)化全會精神、城市化進程加快，海水污染迎難而上、富營養(yǎng)化等問題加劇，海水水質(zhì)監(jiān)測的重要性日益凸顯。葉綠素傳感器支撐作用、濁度傳感器、石油烴傳感器等海水水質(zhì)傳感器建設項目，是獲取海水水質(zhì)數(shù)據(jù)的重要工具最為突出，在海洋環(huán)境監(jiān)測與生態(tài)保護中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

技術(shù)原理與功能

海水水質(zhì)監(jiān)測涉及多參數(shù)相結合、復雜環(huán)境高效化，各類傳感器基于不同原理實現(xiàn)精準監(jiān)測。

葉綠素傳感器基于熒光檢測原理為產業發展，通過測量浮游植物中葉綠素 a 受光激發(fā)產(chǎn)生的熒光強度範圍和領域，計算浮游植物生物量，反映海洋初級生產(chǎn)力各項要求。在赤潮高發(fā)海域更高要求，該傳感器可實時監(jiān)測葉綠素濃度，為赤潮預警提供數(shù)據(jù)支持新技術。濁度傳感器利用光散射和吸收特性共同學習，測量水中懸浮顆粒對光的衰減程度，確定水體濁度深入，常用于河口區(qū)域泥沙含量監(jiān)測效高，為航道疏浚、海岸侵蝕研究提供數(shù)據(jù) 全方位。

石油烴傳感器采用光譜分析或生物傳感技術(shù)高效節能，能夠快速檢測海水中石油類污染物，定位污染區(qū)域并評估污染程度大局，為石油泄漏事故應急處理提供依據(jù)新創新即將到來。光學溶解氧傳感器基于熒光猝滅原理，通過檢測熒光物質(zhì)與氧氣接觸后熒光強度變化，測量海水中溶解氧濃度設施，該數(shù)據(jù)對研究海洋生物生存環(huán)境需求、評估水體自凈能力至關(guān)重要。

放射性原位監(jiān)測傳感器利用核探測技術(shù)更優質，實時監(jiān)測海水中放射性核素相對開放，用于核設(shè)施周邊海域監(jiān)測及核泄漏事故應對。COD 原位分析儀通過化學氧化法或生物法脫穎而出，測定海水中化學需氧量拓展應用，反映有機物污染程度；營養(yǎng)鹽原位分析儀采用離子色譜結構、分光光度等技術(shù)管理，精準測量硝酸鹽、磷酸鹽能力建設、銨鹽等營養(yǎng)鹽濃度模樣，為海洋富營養(yǎng)化、赤潮形成機制研究提供數(shù)據(jù)服務。高精度pH 原位分析儀運用玻璃電極或固態(tài)電極技術(shù)很重要，測量海水酸堿度，服務(wù)于海洋酸化研究覆蓋。

應用實踐

海水水質(zhì)參數(shù)間存在復雜關(guān)聯(lián)異常狀況，單一傳感器難以全面反映海洋生態(tài)狀況，多傳感器協(xié)同應用成為必然重要意義。

在近海養(yǎng)殖區(qū)域統籌發展，葉綠素傳感器、光學溶解氧傳感器體系、營養(yǎng)鹽原位分析儀和高精度 pH 原位分析儀協(xié)同工作。當浮游植物過度繁殖導致葉綠素濃度升高時開展試點，會引起溶解氧波動攜手共進，改變水體 pH 值和營養(yǎng)鹽比例。通過傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析推進一步，養(yǎng)殖人員可調(diào)整養(yǎng)殖密度經過、優(yōu)化投喂策略，預防水質(zhì)惡化和病害發(fā)生力度。

在河口生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測中明確了方向，濁度傳感器、葉綠素傳感器勇探新路、COD 原位分析儀和營養(yǎng)鹽原位分析儀配合使用單產提升，可研究河口咸淡水混合過程中泥沙輸移、有機物分解、浮游植物生長和營養(yǎng)鹽循環(huán)等過程今年。整合分析傳感器數(shù)據(jù)穩步前行，有助于揭示河口生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律，支撐生態(tài)保護與修復決策動手能力。

應用面臨的挑戰(zhàn)

盡管在海洋監(jiān)測中發(fā)揮重要作用逐步改善，海水水質(zhì)傳感器在實際應用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

海水高鹽提升、高壓大大提高、強腐蝕性的環(huán)境，對傳感器材料和結(jié)構(gòu)要求高研究成果。長期使用下取得了一定進展，傳感器易出現(xiàn)電極腐蝕、光學窗口污染首次、電子元件失效等問題可能性更大，導致測量精度下降、使用壽命縮短搖籃。以 pH 傳感器為例技術，玻璃電極在海水中易受污染，需頻繁校準維護推動。

不同類型傳感器采集數(shù)據(jù)的時空尺度相對較高、數(shù)據(jù)格式存在差異，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)高效融合與深度分析難度較大信息。海洋環(huán)境復雜多變相關，水質(zhì)參數(shù)間關(guān)系非線性且動態(tài)變化，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方法難以揭示其內(nèi)在規(guī)律豐富內涵，亟需發(fā)展更先進的算法和模型生產效率。

海水水質(zhì)監(jiān)測需長期、連續(xù)觀測適應性，對傳感器智能化和網(wǎng)絡(luò)化要求高節點。當前部分傳感器智能化程度不足，無法實現(xiàn)自動校準落地生根、故障診斷和遠程控制的特點；傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和數(shù)據(jù)傳輸效率也有待提升，難以滿足實時監(jiān)測和預警需求有效保障。

技術(shù)發(fā)展方向

為應對上述挑戰(zhàn)大數據，海水水質(zhì)傳感器技術(shù)將朝著以下方向發(fā)展。

在材料與結(jié)構(gòu)方面進一步提升，研發(fā)耐腐蝕合金材料空間廣闊、抗污染納米涂層材料營造一處、高靈敏度生物材料，優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計支撐能力，采用 MEMS資源優勢、NEMS 等技術(shù)實現(xiàn)微型化和集成化，降低成本并提高可靠性特征更加明顯。

技術(shù)融合層面估算，將人工智能、大數(shù)據(jù)的可能性、云計算等技術(shù)融入海水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)不要畏懼。利用機器學習算法分析挖掘多源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)實時預測和異常預警問題；通過云計算平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效存儲與共享逐漸顯現，支撐海洋環(huán)境管理決策。

監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建上系統穩定性，打造天地海一體化監(jiān)測體系拓展基地，結(jié)合衛(wèi)星遙感、無人機監(jiān)測實力增強、浮標觀測體系流動性、潛標觀測和岸基監(jiān)測，實現(xiàn)海洋環(huán)境全方面帶來全新智能、多層次監(jiān)測實現了超越。同時加強國際合作，建立統(tǒng)一監(jiān)測標準和數(shù)據(jù)共享機制去完善，提升全球海洋環(huán)境監(jiān)測管理水平橋梁作用。

海水水質(zhì)傳感器是海洋監(jiān)測的核心裝備，盡管面臨挑戰(zhàn)求索，但隨著技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展讓人糾結，其將在海洋生態(tài)保護、資源開發(fā)利用等領(lǐng)域發(fā)揮更重要作用穩定發展，為海洋可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐管理。