深海蕴含丰富的自然资源，应用空间广阔，战略价值极高，是我国海洋强国战略的重要组成部分。加强深海认知与开发，不仅是我国自身发展的需要，而且是为人类谋取更大生存空间的重要方向。抢占深海先机即可获得未来海洋权益的主动权。因此，深海控制权成为海洋强国竞相争夺的战略制高点。作为深海认识和开发的基础，海洋环境保障建设必然成为关注的焦点和研究的重点。
一、深海开发的海洋环境保障需求
深海海域具有广阔性、连通性、隐蔽性特点，但开发探索尚浅、经略潜力巨大，愈发呈现出战略地位和应用价值，各海洋强国近些年都在加紧深海基地、潜航器、通信等领域的科技研发。认知环境是开发利用的前提条件，因此海洋环境保障必须与时俱进，深入研究深海对海洋环境信息的需求，加强深海海洋环境保障建设。
其一，深海导航定位。深海导航定位是深海航行的基础和难点问题。水上方向，可使用多种导航定位方式，其中卫星导航是主要方式。水下方向，深海导航定位无法依靠卫星导航系统，可运用惯性导航、声学导航和海洋地球物理导航及组合导航等多种方式，其特点分别如下：惯性导航仅能在入水前根据初始点推算导航定位，无法实时反馈和修正位置信息，随着深海航行距离和时间的累积，不可避免存在偏差；声学导航利用信标发射和接收声学信号，通过一定的算法推算导航定位，但受海水介质制约，存在严重延迟、易受干扰和易暴露等问题；海洋地球物理导航的误差与作业距离和时间无关，具有受限少和隐蔽性强等优势，是全球研究热点，通过识别和提取采集到的实时地球物理信息和内置数字图像的特征点，实现深海探测定位和环境地图合成，但是匹配精度与海域特征变化程度相关。
其二，深海航行操控。深海航行需要可靠的海洋环境信息提供保障。深海潜器使用需要掌握海流、内波、跃层、海底地形、海底底质等海洋环境要素信息；深海装备使用需要海流、海洋声速场、海洋重力场、海洋地磁场、海底地形等海洋环境要素信息的支撑；海流、内波等海洋环境参数对水下平台装备的使用效能影响很大。此外，深海生物、化学物质、地震、火山等环境也对航行安全带来影响。
其三，深海基地开发。深海基地是以深海海底为基础的人工构筑物，可用于水下物资和能源储存，是深海开发的重要基站。海流、内波、温度、盐度、密度、地形、底质、重力、磁力、声道、噪声、生物、化学等环境要素深刻影响深海基地的施工建设、使用寿命和效能发挥等方面，因此必须在充分考虑深海环境的前提下，认真开展空间选址、规划和建设。
其四，深海救援打捞。潜航器失事及海上沉船等海难事故时有发生，催生了深海救援与打捞技术的发展。深海救援打捞需要通过声呐探测技术获得海底地形数据和失事海域图像，判别失事舰艇及其人员方位信息，综合分析海风、海流、海浪、海温等信息，研究并确定搜救方案。
二、深海开发的海洋环境保障发展建议
从全球角度来看，深海开发海洋环境保障仍有较大发展空间。针对海洋环境保障存在的六个方面问题，从学科发展与技术研究层面提出重点发展建议。
其一，深海导航定位：组合导航、高精地图、量子导航。为满足深海作业时空框架建立和位置服务需求，应重点开展新一代高精度水下导航定位关键技术攻关，持续提升水下航行安全保障能力。针对水下平台长时间自主航行需要，应加强深海定位标校和被动定位理论方法研究，继续推进惯性导航系统、多普勒导航系统、重力场辅助导航系统、海底地形辅助导航系统和磁罗经等若干手段共同组成的组合导航技术研究；开展量子导航技术应用研究，推进完善高精度水下导航地图模型构建，推动高度集成化、模块化、小型化的导航定位装备研制。
其二，深海信息获取：无人化、多平台、智能化。为提高深海数据获取能力，应重点开展水下监测系统、水下无人观探测和海底观测网组网技术等方面研究，增强水下信息获取保障能力。应深化海底观/监测技术研究，重点解决海底观/监测网水下数传以及水声通信区域网络接入、接驳、控制和供电等技术难题，形成布局合理、运行稳定、自动化程度高的海底观/监测网。重点突破AUV和水下机器人自主观探测作业能力建设，在重点海域形成自主观探测能力。重点开展具备多平台协同感知和机动组网能力的海底观/监测网络建设，突破海底观/监测网能源供给、水下通信传输、水下接驳安全防护等技术瓶颈。突破水下无人自主测量系统智能诊断及远程测试、深海平台远程遥控等技术瓶颈，水下自主观探测技术趋于成熟。
其三，深海信息处理：大数据、空间站、实时化。为提高深海海洋环境掌控能力，应重点开展模型精化理论方法研究，提升海洋环境保障的算力和效率。依托岸基算力，面向长周期深海自主巡航，开展海洋温盐结构场、声速梯度场、地球物理场的标准化数据处理方法研究，提升高性能计算机、服务器、工作站性能，利用云计算和大数据相关技术，建立分布式数值预报和产品制作平台；精化深海海洋环境时空结构特征及其变化规律，丰富完善深海海洋环境对装备运用影响评估的理论方法体系，探索利用深海空间站作为海洋环境数据存储、分发和预处理的新平台，提升深海环境保障的自主性、安全性和时效性。
其四，深海信息应用：全息仿真、全域赋能、全维融合。为促进深海海洋环境数据融合，应重点开展多源异构深海海洋环境信息的融合处理、仿真和辅助决策支持，提升深海海洋环境信息应用支撑能力。建立融合各类海洋环境信息的全空间信息表达模型和基础平台；为海底基地和设备部署等海洋建设提供空间选址辅助决策；利用虚拟现实、增强现实和混合现实等技术构建分布式动态仿真系统；建立支持云计算、边缘计算、物联网的泛地理信息管理系统，面向海洋各类传感器平台提供空间计算和管理能力，完成海洋环境分布式动态仿真与可视化系统，实现应用领域全覆盖。
其五，深海信息传输：综合组网、远程控制、量子通信。为满足深海各平台之间以及深海平台与天基平台之间的互联互通需求，应重点开展潜基和天基信息传输能力建设，提升深海海洋环境保障的效率、安全性和可靠性。加强水下光缆、声学通信和卫星通信组网建设，实现多手段综合组网，提高网络覆盖、容量、接入、服务、管控、安全防护等能力，初步构建深海海洋环境数据传输和交换能力；进一步拓展通信手段，发展不同频段水下无线通信装备，实现深海水下设备的远程控制，为深海海洋环境信息提供传输服务保障，提升大深度通信能力，满足远距离、大深度对潜通信需求。
其六，深海信息整合：开放共享、众源众包、知识图谱。为解决当前海洋环境数据散乱问题，应重点开展多源数据融合、共享与互操作机制生成和技术方法研究，充分挖掘数据价值。加强对ISO和IHO等国际组织最新行业内标准的跟踪分析、消化吸收和转化应用，推动国际范围内融合数据标准体系和评估体系的构建。整合多方渠道数据资源，建设海洋环境垂直搜索引擎，重点发展深海方向，构建多源数据评估、转换、同化、融合和应用技术体系和运行机制，形成可应用于深海环境的标准化产品数据集，构建海洋环境知识图谱，实现多源异构数据集成、关联与动态可视化。
文章来源：节选自《深海开发的海洋环境保障需求、现状与发展建议》，原刊于《海洋开发与管理》2023年第2期
作者：陈长林，系中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室高级工程师
