可持续海洋观测系统的传感器、驱动与能量收集技术前沿

《IEEE Journal of Oceanic Engineering》：Guest Editorial: Introduction to the Special Issue on Sensors, Actuators, and Energy Harvesting for Sustainable Ocean Observing Systems

本专刊聚焦可持续海洋观测系统的核心挑战，介绍了传感器技术、驱动系统与能量收集等领域的最新突破。研究人员通过开发压力保持沉积物采样器[A1]、云基水质监测系统[A2]、自适应信号处理算法[A8]等创新方案，显著提升了深海探测精度、系统自主性与数据可靠性。这些成果为应对极端海洋环境下的长期监测难题提供了关键技术支撑，推动新一代海洋观测系统的标准化与智能化发展。

　　

海洋覆盖了地球表面的70%以上，却仍是人类认知最薄弱的疆域。随着气候变化加剧和海洋资源开发需求增长，构建可持续的海洋观测网络已成为全球科研界的紧迫任务。然而，极端压力、生物附着、能量供应短缺等难题长期制约着深海探测技术的发展。传统观测系统往往存在模块化程度低、环境适应性差等瓶颈，难以满足从近海到万米深渊的全尺度监测需求。正是在这样的背景下，IEEE Journal of Oceanic Engineering推出本期专刊，汇集了来自中国、美国、澳大利亚等国的九项创新研究，共同探索海洋观测技术的前沿突破。

关键技术方法涵盖： Liu等[A1]采用压力保持与补偿集成机制研制多管沉积物采样器，在西菲律宾海7700米深度实现94%的保压率；Guo等[A8]基于强化学习框架开发虚拟时间压缩镜像均衡器，通过动态优化算法提升水声通信抗多径干扰能力；Tsai[A4]利用2003-2021年多任务合成孔径雷达（SAR）数据，结合形态学主动轮廓模型实现海岸线自动提取；Villagrán等[A7]为自由落体式水下航行器设计深度/时间双触发采集系统，在阿塔卡马海沟6000米以深区域获得生物样本。

传感器技术创新

Liu团队[A1]的深渊沉积物采样器通过独创的保压补偿结构，在203毫升采样管内实现原位压力保持，为深渊微生物研究提供高质量样本。Salailia等[A2]开发的云基模块化水质监测系统通过分布式传感器节点与自适应处理算法，实现了对水体参数的全天候远程可视化。Li等[A3]提出的多参数观测框架融合光纤声学矢量传感器与智能算法，在深海长期部署中展现出优越的能源效率和数据稳定性。

驱动与采样系统突破

Chen等[A5]研制的水介质高压泵取代传统压缩气体压力补偿方式，为保压采样器提供更精确的压力控制。Meyer团队[A6]利用鲸鱼下潜时的压力变化驱动气动缸，实现无源真空再生系统，使吸盘标签附着时间延长8倍。Villagrán系统[A7]在阿塔卡马海沟应用中成功发现新物种，其深度触发机制确保设备在极端环境下可靠工作。

能源与通信技术进展

Guo等[A8]的强化学习均衡器通过实时优化主路径与侧路径信噪比，显著提升动态水声信道的通信可靠性。Liu等[A9]提出的海况估计框架将频域特征提取与原型度量学习相结合，在非平稳波浪数据处理中准确率超越传统时域方法。

这些研究共同推动了海洋观测技术向智能化、标准化方向发展：压力保持技术[A1,A5]解决了深海样本原位性受损的痛点；无源能量回收设计[A6]为长期生物观测提供新思路；自适应算法[A3,A8,A9]则通过智能处理提升系统抗干扰能力。专刊成果不仅为全海深载人潜水器等重大装备提供技术支持，更通过模块化设计促进观测设备的标准化建设。随着这些技术在全球海洋观测网络中的推广应用，人类对海洋碳汇、生物多样性和气候调节功能的认知将实现质的飞跃，为蓝色碳循环研究和海洋可持续发展目标提供关键科技支撑。