1. 海洋无人平台载荷布设与数据采集概论

海洋观测正在从“少数科考船、低频次断面调查”转向“多平台协同、长时序、近实时”的新范式。推动这一转变的核心，是四类海洋无人平台：水面无人艇（USV）、无人潜航器（UUV）、水下滑翔机（Glider）和漂流/锚系浮标。它们各自的能力边界差异很大，理解这些边界，是决定“用什么平台、布什么载荷、采什么数据”的起点。

四类平台的能力边界

USV（水面无人艇）工作在气海界面，优势是通信与定位几乎不受限：可搭载4G/5G、卫星通信、Wi-Fi与RTK-GNSS，能实时回传数据并接受岸基遥控。其典型续航为数十小时至数天，航速可达数节至十余节，适合走航式水文测量、水面水质监测、通信中继与载荷投放。局限在于只能观测表层，且受海况影响明显，4级以上海况下小型艇的作业质量会显著下降。

UUV（无人潜航器）分为遥控型ROV与自主型AUV。AUV依靠惯性导航加多普勒计程仪（DVL）推算水下位置，无GNSS时定位误差随时间累积，典型组合导航精度约为航程的0.1%～1%，因此长航程任务需要地形匹配或声学基线辅助。AUV适合近海底地形测绘、侧扫声呐、温盐深剖面与水体采样，续航从十几小时到数十小时不等，但数据通常要回收后才能获取，不具备实时性。

水下滑翔机（Glider）通过调节浮力实现锯齿状滑翔，能耗极低，续航可达数周至数月、航程上千公里，是长时序断面观测的主力。代价是速度慢（约0.2～0.5 m/s），且只能沿锯齿剖面采集，无法定点悬停。它通常搭载CTD、溶解氧、叶绿素等传感器，通过卫星浮出水面时回传摘要数据。

浮标分为漂流浮标与锚系浮标。锚系浮标固定于一点，可搭载气象、波浪、水质、ADCP等载荷，实现分钟级连续观测，是长期定点的“锚点”；漂流浮标随流漂移，用于表层流场与海气通量观测。二者通信依赖卫星，数据频次受功耗与带宽约束。

从平台到任务：典型任务链条

平台只是载体，真正决定观测价值的是“任务链条”是否闭合。以近岸赤潮监测为例：USV搭载多参数水质仪沿预设航线走航，获取表层叶绿素、溶解氧与浊度的高密度数据；Glider在同一海域做锯齿剖面，捕捉温跃层与垂向叶绿素极大值；锚系浮标提供定点连续时间序列作为基准；AUV则在重点区域近底观测，确认底层缺氧范围。四类平台的数据在时间与空间上互补，才构成“发现—确认—跟踪”的完整链条。

再看资源勘探场景：AUV先做侧扫声呐与多波束测深，圈定疑似目标；USV在水面做磁力与浅剖复核；ROV下潜进行近距离光学确认与取样。这里的关键不是平台数量，而是载荷与平台的匹配——声呐需要稳定的航速与姿态，磁力仪需要远离艇体磁性干扰，光学设备需要照明与能见度条件。布设前必须核对载荷的重量、功耗、接口（如RS-232/RS-485、以太网、同步脉冲PPS）与安装位置，否则再好的平台也采不到可用数据。

课程知识地图与实作项目

本课程围绕“选平台—装载荷—布设—采集—质控—成图”的主线展开，共30章，可归为五个模块：平台与载荷基础（平台分类、传感器原理、接口与供电）、布设规划与实施（航线设计、投放回收、锚系与坐底布放）、数据采集与通信（采集参数、时间同步、卫星/声学回传）、数据处理与质控（坐标转换、异常剔除、插值与成图）、综合实作（近岸水质走航、AUV测绘、Glider断面观测三个项目）。

实作项目采用“任务书+参数表+成果判读”的方式组织。例如近岸水质走航项目，给定海域范围约2 km×3 km、目标分辨率50 m，学生需自行计算航线间距、估算USV续航是否满足、设定水质仪采样频率（如1 Hz）与GNSS同步方式，最后输出叶绿素浓度平面分布图，并用浮标数据做交叉验证。判断成果是否达标的依据不是“图好不好看”，而是覆盖率是否达到95%以上、时间同步误差是否小于1 s、异常值比例是否在合理范围。