袁卓立，樂(lè)曉凌，陳家旺，左廣宇，楊望笑

（1.中國(guó)極地研究中心，上海 200136；2.浙江大學(xué)，杭州 310058；3.太原理工大學(xué)，太原 030024）

0 引 言

近年來(lái)，北極海冰加速融化，氣候預(yù)測(cè)結(jié)果表明，到2040～2050 年北極夏季的海冰有可能完全消失，這將促進(jìn)“北極航道”的進(jìn)一步開(kāi)通[1-2]。北極航道包括西北航道、東北航道和中央航道，航道一旦開(kāi)通，東亞與西歐之間的海上距離可縮短5 000～9 000 海里，而且能夠擺脫蘇伊士運(yùn)河、馬六甲海峽、巴拿馬運(yùn)河的通航噸位限制[3-4]。目前北極航道中的東北航道已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入季節(jié)性商業(yè)利用的新階段，2013 年8 月我國(guó)中遠(yuǎn)“永盛”輪從大連港出發(fā)并經(jīng)東北航道順利到達(dá)荷蘭鹿特丹港。西北航道的商業(yè)試航在2012 年也已經(jīng)開(kāi)始，中國(guó)第八次北極科學(xué)考察已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了中央航道的穿越[5]。海冰依然是目前北極航道利用的最不確定因素，北極航道沿線海冰的密集度、厚度等物理指標(biāo)是北極航道是否具備適用性的最重要參考依據(jù)[6]。然而，無(wú)論是北極航道的開(kāi)拓與利用，還是投資和工程承包等其他經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，都面臨同樣的決策難題：缺少北極航道水域長(zhǎng)期的、連續(xù)的觀測(cè)資料；存在大量的基礎(chǔ)信息盲區(qū)，從而缺乏北極海冰、水文、氣候等環(huán)境條件變化趨勢(shì)可靠的判斷依據(jù)；參與北極開(kāi)發(fā)和航道利用的決策存在較大的不確定性風(fēng)險(xiǎn)。

北極海洋、海冰、氣候的基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)觀測(cè)，以往大量依靠破冰船船基考察，但船基考察具有季節(jié)性的特點(diǎn)，考察主要集中在夏季非常有限的時(shí)間周期，導(dǎo)致對(duì)春季海冰融化以及秋季凍結(jié)等關(guān)鍵過(guò)程缺乏了解，而這些過(guò)程對(duì)于了解海冰過(guò)程極為關(guān)鍵。通過(guò)布放在海冰上的冰浮標(biāo)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)采集是解決這一問(wèn)題的有效手段。國(guó)際北極浮標(biāo)計(jì)劃（IABP）于1991年正式成立，在北冰洋布放了大量冰浮標(biāo)，成立了冰浮標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。近幾十年來(lái)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)大量的北極環(huán)境劇烈變化現(xiàn)象，如氣壓下降氣溫上升、波弗特渦旋減弱等，所獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)為北極海冰預(yù)報(bào)提供了重要檢驗(yàn)和預(yù)測(cè)依據(jù)[7-8]。但是目前美國(guó)、加拿大、德國(guó)等國(guó)圍繞IABP 研發(fā)的冰浮標(biāo)主要關(guān)注表層氣壓、海冰溫度、海冰運(yùn)動(dòng)等，雖然技術(shù)成熟，但單系統(tǒng)觀測(cè)的參數(shù)不多，目前尚未成熟地研發(fā)出一套觀測(cè)系統(tǒng)可以涵蓋上層海洋、海冰、表層大氣三界面的多參數(shù)協(xié)同觀測(cè)[9]。我國(guó)在極區(qū)冰浮標(biāo)技術(shù)開(kāi)發(fā)上起步較晚，2003年國(guó)家海洋技術(shù)中心成功研發(fā)了一套極區(qū)海洋環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，但此浮標(biāo)旨在對(duì)氣象和海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)海冰觀測(cè)[10-11]。我國(guó)北極科學(xué)考察開(kāi)始于1999年，至今已開(kāi)展了11次北冰洋海洋學(xué)考察，但受到了北極惡劣的氣候環(huán)境影響，以及我國(guó)后勤支撐能力的限制，我們目前的北極考察都只局限于夏季，嚴(yán)重缺乏對(duì)北極冬季的海-冰-氣相互作用過(guò)程的認(rèn)知，從而制約了海冰預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力的提高。

因此，本文提出了一套可實(shí)現(xiàn)大氣邊界層-海冰-冰下海水基礎(chǔ)環(huán)境參數(shù)自動(dòng)獲取的海-冰-氣無(wú)人冰站系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真研究，觀測(cè)系統(tǒng)將來(lái)通過(guò)組網(wǎng)式布放構(gòu)成陣列式觀測(cè)體系，預(yù)期可為北極海冰快速變化機(jī)制和北極航道適航性研究提供長(zhǎng)期連續(xù)且穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)支撐。

1 無(wú)人冰站系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型海-冰-氣三界面無(wú)人冰站觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)布放于北極的海冰上，布放后隨著海冰在北冰洋一起漂流，通過(guò)系統(tǒng)傳感器自動(dòng)觀測(cè)海冰下方上層海洋、海冰以及海冰上層底層大氣的相關(guān)科學(xué)參數(shù)，通過(guò)銥星模塊將這些參數(shù)傳輸回國(guó)內(nèi)總部，全程無(wú)人值守。

海-冰-氣無(wú)人冰站的觀測(cè)系統(tǒng)由三個(gè)觀測(cè)子系統(tǒng)組成，分別為大氣觀測(cè)子系統(tǒng)、海冰觀測(cè)子系統(tǒng)和上層海洋觀測(cè)子系統(tǒng)，如圖1 所示。大氣觀測(cè)子系統(tǒng)配備了2 m 層位的溫度傳感器、濕度傳感器和大氣壓力傳感器；海冰觀測(cè)子系統(tǒng)配備了積雪深度傳感器、海冰厚度傳感器、海冰溫度鏈傳感器和海冰光輻射傳感器；上層海洋觀測(cè)子系統(tǒng)配備了5 個(gè)層位溫鹽傳感器、1 個(gè)層位溫鹽深傳感器、2 個(gè)層位的葉綠素傳感器和2個(gè)層位的溶解氧傳感器。

圖1 海-冰-氣無(wú)人冰站系統(tǒng)圖Fig.1 Schematic of ocean-ice-atmosphere observation system of unmanned ice station (UNIS)

三個(gè)觀測(cè)子系統(tǒng)被搭載在無(wú)人冰站主浮標(biāo)和副浮標(biāo)兩個(gè)結(jié)構(gòu)本體上，主浮標(biāo)搭載大氣觀測(cè)子系統(tǒng)和海冰觀測(cè)子系統(tǒng)，副浮標(biāo)搭載上層海洋觀測(cè)子系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。主副浮標(biāo)的主體構(gòu)件為全密封的鋁合金電子艙，電子艙內(nèi)搭載了電池組、控制器和通訊模塊，內(nèi)部電子器件與外部傳感器通過(guò)水密接插件連接，保證在北極凍雨潮濕環(huán)境下主控制器的干燥和可靠性。極區(qū)冰表環(huán)境溫度和冰內(nèi)溫度具有巨大差異[12]，北極冬季差異量可以達(dá)到10 ℃以上，冰內(nèi)溫度要大大高于冰表裸露的環(huán)境溫度，因此將電池組、控制器和通訊模塊全部設(shè)計(jì)安放在電子艙冰表面高度以下的艙體區(qū)域，避免環(huán)境溫度過(guò)低損耗電池組供電效能和供電能力，也避免低溫對(duì)系統(tǒng)控制電路可靠性造成影響。主副浮標(biāo)的電子艙上端安裝有氣象/通訊支架，支架為八爪魚(yú)結(jié)構(gòu)，支架上的氣象傳感器、GPS 傳感器和銥星天線通過(guò)空心支架內(nèi)部管線與無(wú)人冰站標(biāo)體主體控制艙連接，此封閉式設(shè)計(jì)可有效避免傳感器和天線線路暴露在外面，避免其受到北極熊、凍雨等物理破壞。

圖2 海-冰-氣無(wú)人冰站主浮標(biāo)（左）和副浮標(biāo)（右）結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of UNIS main buoy(left)and sub buoy(right)

主副浮標(biāo)的電子艙和氣象支架均采用6061-T6 航空用鋁合金材料，并進(jìn)行鍍鋅陰極保護(hù)處理。6061-T6鋁合金材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)（見(jiàn)表1），并能有效適用于-40 ℃的工作環(huán)境，結(jié)構(gòu)可靠性有高保障，同時(shí)輕便的重量也符合北極野外海冰冰面作業(yè)的客觀惡劣環(huán)境，提高安裝作業(yè)方便程度[13]。主副浮標(biāo)同時(shí)都安裝了一體式浮力材料，浮力材料選用交聯(lián)聚合物材料并外涂環(huán)保聚脲，具有良好的浮力表現(xiàn)[14]。浮力材料能使冰浮標(biāo)應(yīng)對(duì)冰面可能出現(xiàn)的融池現(xiàn)象，保證融池環(huán)境下整體的觀測(cè)能力，同時(shí)配合重塊能有效使無(wú)人冰站系統(tǒng)在冰完全融化后的海洋工況下，在北冰洋中繼續(xù)以普通海洋浮標(biāo)的形式繼續(xù)存活，并繼續(xù)進(jìn)行觀測(cè)作業(yè)。

表1 6061-T6鋁合金和交聯(lián)聚合物材料特性表Tab.1 Material properties of Aluminum 6061-T6 and cross-linked polymer

2 無(wú)人冰站穩(wěn)性計(jì)算

根據(jù)工況需求，當(dāng)B 型冰站布放的北極浮冰融化時(shí)，冰站需要能對(duì)自身提供足夠的浮力，使得B型無(wú)人冰站能在冰化后作為普通海洋浮標(biāo)繼續(xù)工作，因此需要計(jì)算B 型無(wú)人冰站的重心和浮心位置。為便于計(jì)算，以無(wú)人冰站主副浮標(biāo)標(biāo)體電子艙底部圓心為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，其中O-Y軸垂直向上，O-X軸與靜水面平行，如圖3所示。

圖3 無(wú)人冰站主浮標(biāo)（左）和副浮標(biāo)（右）的穩(wěn)性示意圖Fig.3 Stability diagram of main buoy(left)and sub buoy(right)of UNIS

通過(guò)對(duì)無(wú)人冰站主浮標(biāo)和副浮標(biāo)的零部件進(jìn)行重量計(jì)算，得出主浮標(biāo)的總重約為118 kg，副浮標(biāo)的總重為129 kg。通過(guò)計(jì)算得到主浮標(biāo)的重心位置在0.15 m 處，設(shè)計(jì)浮力材料即聚脲浮力塊安裝在0.87 m 處。浮力塊可提供100 kg 的浮力，下筒體也能提供60 kg 的浮力，超出所需浮力42 kg，可以為主浮標(biāo)提供浮力保障。副浮標(biāo)重心位置在0.10 m 處，設(shè)計(jì)浮力材料即聚脲浮力塊安裝在0.5 m 處。浮力塊可提供100 kg 的浮力，下筒體也能提供42 kg 的浮力，超出所需浮力30 kg，可以為副浮標(biāo)提供浮力保障。

浮體在外力作用下偏離其平衡位置會(huì)傾斜，當(dāng)外力消失后，具有自行恢復(fù)到原來(lái)平衡位置的能力為浮體的穩(wěn)性。初穩(wěn)性是指浮體在角度小于10°～15°橫搖范圍內(nèi)的穩(wěn)性問(wèn)題，是衡量浮體穩(wěn)性的重要指標(biāo)，一般而言，初穩(wěn)性高是衡量浮標(biāo)初穩(wěn)性的主要指標(biāo)，即

3 無(wú)人冰站結(jié)構(gòu)特性計(jì)算與仿真

3.1 靜冰環(huán)境工況下的無(wú)人冰站抗風(fēng)能力計(jì)算與仿真

低溫和大風(fēng)是極區(qū)環(huán)境的主要挑戰(zhàn)，無(wú)人冰站在正常靜冰環(huán)境工況下，處于無(wú)人值守狀態(tài)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性至關(guān)重要。因此，通過(guò)采用ABAQUS有限元仿真軟件，計(jì)算分析了無(wú)人冰站標(biāo)體結(jié)構(gòu)在極區(qū)大風(fēng)環(huán)境下的抗風(fēng)能力。

在常規(guī)靜冰作業(yè)工況下，無(wú)人冰站凍在海冰上，抗風(fēng)能力主要體現(xiàn)在標(biāo)體頂部氣象/通訊支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上，系統(tǒng)主浮標(biāo)氣象通信支架結(jié)構(gòu)較副浮標(biāo)的要更大更復(fù)雜，因此采用主浮標(biāo)的氣象支架作為抗風(fēng)能力的仿真對(duì)象，并對(duì)支架在ABAQUS 中進(jìn)行了模型建模，如圖4 所示。采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格并建立了網(wǎng)格模型，總網(wǎng)格數(shù)為167 630 個(gè)，經(jīng)過(guò)計(jì)算相對(duì)誤差為0.56%，證明此網(wǎng)格模型具備良好的網(wǎng)格無(wú)關(guān)性。

圖4 無(wú)人冰站主浮標(biāo)氣象支架網(wǎng)格圖Fig.4 Grid map of weather/communication tower of UNIS main buoy

計(jì)算風(fēng)壓p時(shí)，以根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)高度和形狀選定的基本風(fēng)壓值p0為基礎(chǔ)，然后對(duì)風(fēng)壓沿高度的變化和受風(fēng)構(gòu)件形狀做修正。基本風(fēng)壓p0可由下式確定：

式中，g為重力加速度，取g=9.8 m/s2；γ為空氣重量密度，取γ=12.01 N/m3；v為設(shè)計(jì)風(fēng)速，單位m/s。于是上式可寫(xiě)成

在北極極端氣候下，風(fēng)速最高可以達(dá)到12級(jí)，12級(jí)的風(fēng)速區(qū)間為32.7～36.9 m/s，取12級(jí)風(fēng)速最大值36.9 m/s代入公式，可得基本風(fēng)壓為794.45 N/m2。在ABAQUS中，沿x軸正方向施加基本風(fēng)壓載荷，如圖5所示。經(jīng)過(guò)ABAQUS有限元仿真，獲得氣象支架應(yīng)力云圖，如圖6所示。

圖5 無(wú)人冰站主浮標(biāo)氣象支架基本風(fēng)壓載荷示意圖Fig.5 Basic wind pressure load to UNIS in ABAQUS

通過(guò)應(yīng)力云圖可以得知，無(wú)人冰站主浮標(biāo)氣象/通訊支架受風(fēng)壓影響后主要受力集中在氣象支架主支架上，最大應(yīng)力在主支架和主支架支撐架相連接的上端部，根據(jù)ABAQUS 有限元仿真計(jì)算，在風(fēng)速36.9 m/s，基本風(fēng)壓794.45 N/m2的條件下，無(wú)人冰站氣象支架的最大應(yīng)力Rmax= 121.74 MPa，Mises 最大應(yīng)力數(shù)值小于6061-T6 鋁合金的管材抗拉強(qiáng)度Rm= 260 MPa，小于規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2= 240 MPa，證明了無(wú)人冰站主浮標(biāo)主體結(jié)構(gòu)能承受12 級(jí)風(fēng)力的環(huán)境情況，具備相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠性。

在同樣的網(wǎng)格模型和邊界條件設(shè)定下，計(jì)算了1～11 級(jí)風(fēng)速的基本風(fēng)壓，通過(guò)ABAQUS 有限元仿真計(jì)算了各級(jí)風(fēng)速下的無(wú)人冰站氣象支架的Mises 最大應(yīng)力值，獲得無(wú)人冰站的Mises最大應(yīng)力曲線，如圖7所示。

圖7 無(wú)人冰站結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力與風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.7 Maximum stress under boundary conditions of different wind speeds

3.2 開(kāi)闊海域工況下的無(wú)人冰站抗風(fēng)能力計(jì)算與仿真

當(dāng)無(wú)人冰站所布放的浮冰融化后，無(wú)人冰站將作為普通海洋浮標(biāo)在北冰洋開(kāi)闊水域進(jìn)行工作，需具備一定的抵抗風(fēng)力傾覆能力。系統(tǒng)主浮標(biāo)露出海面的結(jié)構(gòu)部分較副浮標(biāo)更高更大，因此選擇無(wú)人冰站主浮標(biāo)作為分析對(duì)象，研究現(xiàn)有設(shè)計(jì)下主標(biāo)體在開(kāi)闊水域的抗風(fēng)能力。當(dāng)無(wú)人冰站在開(kāi)闊海域工況作業(yè)條件下，經(jīng)過(guò)計(jì)算其浮力材料塊露出水面97 mm，在ABAQUS 中對(duì)無(wú)人冰站進(jìn)行了模型建模，采用了非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格并建立了網(wǎng)格模型，總網(wǎng)格數(shù)為242 931個(gè)，經(jīng)過(guò)計(jì)算相對(duì)誤差為0.08%，證明此網(wǎng)格模型具備良好的網(wǎng)格無(wú)關(guān)性。

以7 級(jí)風(fēng)速為仿真風(fēng)速條件，風(fēng)速13.9 m/s 條件下，基本風(fēng)壓載荷為103.6 N/m2，在ABAQUS 中，沿x軸正方向施加基本風(fēng)壓載荷，施加方式為線性施壓，1 s時(shí)間風(fēng)載荷從0 N/m2達(dá)到103.6 N/m2，通過(guò)ABAQUS有限元仿真得出此時(shí)無(wú)人冰站主浮標(biāo)的風(fēng)載荷力矩M1=196.12 N·m，力矩圖和應(yīng)力圖如圖9所示。

圖8 無(wú)人冰站主浮標(biāo)開(kāi)闊水域水面結(jié)構(gòu)網(wǎng)格圖（左）和風(fēng)壓載荷示意圖（右）Fig.8 Grid map of UNIS structure above ocean surface(left)and wind pressure load diagram(right)

圖9 無(wú)人冰站力矩圖（左）和應(yīng)力圖（右）Fig.9 Torque diagram(left)and stress diagram(right)of UNIS

浮體在外力作用下的橫傾力矩公式為

從表2中我們可以看出，浮標(biāo)在傾角為15°時(shí)的復(fù)原力矩M0= 216.93 N·m，M1＜M0，風(fēng)力為7級(jí)時(shí)的風(fēng)載荷力矩小于主標(biāo)體傾角15°時(shí)的復(fù)原力矩，因此可以驗(yàn)證主標(biāo)體在不大于15°的情況下，能抵抗水面上7級(jí)風(fēng)力的載荷，并再恢復(fù)正浮狀態(tài)。

表2 浮標(biāo)復(fù)原力矩Tab.2 UNIS restoring moment

4 無(wú)人冰站系統(tǒng)的極區(qū)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在海-冰-氣無(wú)人冰站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)并集成了無(wú)人冰站樣機(jī)三套：第一套無(wú)人冰站樣機(jī)通過(guò)中國(guó)第九次北極科學(xué)考察航次，在2018年8月18日于北緯84.096 86°，西經(jīng)167.133 94°的北冰洋中央?yún)^(qū)浮冰冰面成功布放，系統(tǒng)在北極無(wú)人值守的海冰上連續(xù)生存了25 個(gè)月；第二套無(wú)人冰站樣機(jī)通過(guò)MOSAiC 國(guó)際合作航次于2019 年10 月10 日在北緯85.182°，東經(jīng)134.533°的北冰洋中央?yún)^(qū)浮冰冰面成功布放，系統(tǒng)連續(xù)生存了10個(gè)月；第三套無(wú)人冰站樣機(jī)通過(guò)中國(guó)第十一次北極科學(xué)考察航次，在2020 年8 月19 日于北緯86.026 03°，西經(jīng)160.512 319°的北冰洋中央?yún)^(qū)浮冰冰面成功布放，系統(tǒng)正常生存至今。三套樣機(jī)的北極現(xiàn)場(chǎng)布放照片如圖10～11 所示，三套樣機(jī)的GPS 軌跡漂移圖如圖12 所示，圖中標(biāo)識(shí)了九北和MOSAiC 航次布放的兩套無(wú)人冰站工作期間的全部漂移軌跡，十一北布放的無(wú)人冰站漂移軌跡截止到2020年10月20日。

圖10 九北布放的無(wú)人冰站樣機(jī)（左）和MOSAiC航次中布放的無(wú)人冰站樣機(jī)（右）Fig.10 UNIS prototypes in CHINARE 9th(left)and MOSAiC(right)

圖11 十一北布放的無(wú)人冰站主浮標(biāo)照片（左）和2020年8月31日無(wú)人攝像頭拍攝到的無(wú)人冰站工作照片（右）Fig.11 UNIS prototypes in CHINARE 10th(left)and photo of UNIS buoy taken by camera on August 31,2020(right)

圖12 九北、MOSAiC和十一北航次布放的無(wú)人冰站漂移軌跡圖Fig.12 Drift track of UNIS deployed in CHINARE 9th,MOSAiC,and CHINARE 11th

三套樣機(jī)圓滿完成了各自航次既定的海-冰-氣三界面無(wú)人值守觀測(cè)任務(wù)，獲得了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。圖13中的三張圖分別展示了九北、MOSAiC 和十一北航次布放的無(wú)人冰站冰面氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)。從圖中可以看到，九北航次布放的無(wú)人冰站所觀測(cè)到最低大氣溫度為-37.8 ℃（2019 年2 月14 日），MOSAiC 觀測(cè)到的最低氣溫為-39.8 ℃（2019年3月24日），十一北觀測(cè)到的最低氣溫為-28.1 ℃（2020年10月27日），三個(gè)航次大部分時(shí)間的冰表面溫度都在-35 ℃～0 ℃的區(qū)間內(nèi)，氣溫和環(huán)境條件較為惡劣，但無(wú)人冰站的觀測(cè)能力和生存能力從側(cè)面證明了海-冰-氣無(wú)人冰站系統(tǒng)在極區(qū)環(huán)境下具備適用性和可靠性。

圖13 觀測(cè)到的冰表面氣溫?cái)?shù)據(jù)圖Fig.13 Ice surface temperature data observed

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)連續(xù)三年三個(gè)航次的現(xiàn)場(chǎng)布放和應(yīng)用，證明了海-冰-氣無(wú)人冰站系統(tǒng)具備了極區(qū)海洋、海冰、大氣三個(gè)層位無(wú)人值守連續(xù)觀測(cè)能力，并在北極惡劣環(huán)境下具備適用性和可靠性。未來(lái)預(yù)期對(duì)無(wú)人冰站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電氣進(jìn)行一體化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)模塊設(shè)計(jì)和快速連接技術(shù)等優(yōu)化工作，提高平臺(tái)部件的通用能力、集成能力，提高極區(qū)有限的現(xiàn)場(chǎng)支撐條件下觀測(cè)參數(shù)靈活調(diào)整及備品備件冗余性能力，從而提高現(xiàn)場(chǎng)的安裝效率。同時(shí)在研發(fā)中加強(qiáng)傳感器等部件的國(guó)產(chǎn)化適配推進(jìn)，降低無(wú)人冰站系統(tǒng)的制作成本，推動(dòng)海-冰-氣無(wú)人冰站系統(tǒng)的定型與量產(chǎn)，預(yù)期可為北冰洋觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供高可靠性和適用性的觀測(cè)設(shè)備支持。