ISO 76052025 水声 水下环境声的测量标准立项发展报告

水声水下环境声的测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:UnderwaterAcoustics—MeasurementofUnderwaterAmbientSound摘要水下环境声（UnderwaterAmbientSound）作为海洋环境的基本声学背景场，是海洋声学研究的基石，其准确测量对于海洋科学研究、国防安全、海洋工程及环境保护等领域具有不可替代的重要作用。随着全球海洋经济的高速发展与人类海洋活动的持续加剧，水下噪声污染问题日益凸显，建立统一、规范的水下环境声测量标准已成为国际共识。本标准立项报告以国际标准化组织（ISO）发布的ISO7605:2025《水声水下环境声的测量》为分析对象，系统介绍了该标准的立项背景、编制过程、主要技术内容及关键测量方法。报告从当前水下环境声测量的技术现状与标准化需求出发，解析了标准中所规定的测量系统配置要求、测量程序、数据处理与报告格式等核心技术要素，深入讨论了该标准对于统一全球水下环境声测量方法、提升测量数据可对比性和可靠性方面的重要价值，并对标准实施的预期效益及未来发展方向进行了展望分析。关键词：水声学；水下环境声；声学测量；国际标准；标准化；噪声监测；ISO7605AbstractUnderwaterambientsound,asthefundamentalacousticbackgroundfieldofthemarineenvironment,servesasthecornerstoneofoceanacousticresearch.Itsaccuratemeasurementplaysanirreplaceableandsignificantroleinmarinescientificresearch,nationaldefenseandsecurity,oceanengineering,andenvironmentalprotection.Withtherapiddevelopmentoftheglobalmarineeconomyandthecontinuousintensificationofhumanmarineactivities,theissueofunderwaternoisepollutionhasbecomeincreasinglyprominent,andtheestablishmentofunifiedandstandardizedmeasurementprotocolsforunderwaterambientsoundhasbecomeaninternationalconsensus.ThisstandardizationdevelopmentreportfocusesonISO7605:2025*UnderwaterAcoustics—MeasurementofUnderwaterAmbientSound*,systematicallyintroducingtheprojectbackground,developmentprocess,maintechnicalcontents,andkeymeasurementmethodologiesofthisstandard.Basedonananalysisofthecurrenttechnicalstatusandstandardizationdemandsofunderwaterambientsoundmeasurement,thisreportelaboratesonthecoretechnicalelementsspecifiedinthestandard,includingmeasurementsystemconfigurationrequirements,measurementprocedures,dataprocessing,andreportingformats.Itfurtherdiscussesthesignificantvalueofthisstandardinunifyingglobalunderwaterambientsoundmeasurementmethodsandenhancingthecomparabilityandreliabilityofmeasurementdata,andconcludeswithanoutlookontheexpectedbenefitsofstandardimplementationandfuturedevelopmentdirections.Keywords:Underwateracoustics;Underwaterambientsound;Acousticalmeasurement;Internationalstandard;Standardization;Noisemonitoring;ISO7605一、引言1.1研究背景海洋覆盖了地球表面约71%的面积，是维系地球生态平衡和人类可持续发展的重要空间。在海洋环境中，声波是唯一能够远距离传播的物理场信息载体，因此水声技术成为人类认知海洋、开发海洋和保护海洋的核心技术手段。水下环境声（又称环境噪声或环境背景声）是指海洋中除目标信号以外，由自然源（风浪、降雨、海面破碎波、生物发声、热扰动、地震活动等）和人为源（船舶航运、工业施工、声呐探测、勘探开发等）共同产生的声场总背景。自二十世纪四十年代Kundsen首次系统阐述水下环境噪声谱级以来，水下环境声的测量与研究已走过近八十年历程。海洋环境噪声场深刻影响着水声探测与通信系统的性能边界，同时也是海洋生态系统健康的重要指示因子。近年来，随着全球航运密度持续攀升、海上风电与油气开发规模不断扩大、港口建设和海底施工活动日益频繁，人为水下噪声对海洋生物（特别是海洋哺乳动物和鱼类）的潜在负面影响已引发国际社会广泛关注。欧盟《海洋战略框架指令》（MSFD,2008/56/EC）明确将水下噪声列为需要监测和管控的污染类型之一；国际海事组织（IMO）亦于2014年发布了关于减少商船水下辐射噪声的非强制性导则。在这一宏观背景下，缺乏统一的水下环境声测量标准已成为制约数据可比性、妨碍管理决策和国际合作的关键瓶颈。不同研究团队和机构采用各自独立开发的测量系统和分析方法，导致即使在同一海域相近条件下获得的测量结果也往往存在显著差异，难以进行有效的横向对比和长期趋势研判。1.2标准化需求分析水下环境声测量标准化的需求主要体现在以下几个层面：第一，测量方法的统一性需求。不同测量系统的频率响应特性、灵敏度校准方法、采样策略和数据处理流程差异巨大，直接影响测量结果的准确性和可重复性。若无统一标准规范，各机构获取的数据难以进行有效融合与对比分析。第二，数据共享与互操作需求。全球海洋声学观测网络（如OceanNetworksCanada、美国NOAA的CetSound项目、欧洲的JOMOPANS项目等）的建设持续推进，亟需统一的数据采集、处理与报告规范来保障多源数据的可互操作性。第三，法规政策支撑需求。各国海洋环境管理机构在制定水下噪声监测和管控政策时，需要有可靠的技术标准作为监测方法和数据质量的技术依据。ISO7605:2025的发布为相关法规的有力实施提供了国际公认的技术支撑。第四，新技术应用的规范需求。随着自容式水听器、漂流浮标、无人水面艇（USV）、水下滑翔机等新型观测平台和传感技术的快速发展，亟需在标准层面对这些新平台的应用条件、性能要求和数据质控方法做出相应规定。二、标准基本信息2.1标准概况ISO7605:2025《水声水下环境声的测量》（Underwateracoustics—Measurementofunderwaterambientsound）由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）下属的技术委员会ISO/TC43“声学”分技术委员会SC3“水下声学”负责制定。该标准于2025年7月23日正式发布，标准状态为现行有效。该标准的分类号为17.140（声学测量和噪声抑制综合），属于声学计量与测试领域的基础性方法标准。标准全文为英文版，以电子版加密PDF格式发行。2.2标准定位与适用范围ISO7605:2025属于方法类标准，规定了在水介质中测量水下环境声的程序和方法要求。标准适用于以下测量场景：-自然水下环境声场（包括风成噪声、降雨噪声、生物声等）的测量与表征；-人为水下噪声背景（包括航运噪声、工业活动噪声等）的监测与评估；-海洋环境噪声长期趋势的跟踪测量；-特定水域环境声场特征调查与声学环境评估。该标准适用于淡水环境和海洋环境中的测量活动，覆盖了从浅水到深水的各类水深条件，涉及的频率范围主要界定在声学可测频段内（通常涵盖次声频段至高频段，具体取决于测量系统的能力和应用目标）。三、标准编制过程3.1国际工作组筹建ISO7605:2025的编制工作由ISO/TC43/SC3（水下声学分技术委员会）归口管理。SC3是ISO在声学领域专门从事水下声学标准化的技术组织，其工作范围涵盖水声换能器校准、水声场测量、水下噪声评估和海洋声学监测等方向。2018年前后，在欧盟《海洋战略框架指令》实施和国际海洋噪声监测网络建设的共同推动下，SC3启动了水下环境声测量国际标准的新工作项目提案（NWIP）。2019年，该提案经成员国投票表决通过立项，正式注册为ISO7605标准制定项目（项目编号：ISO/NP7605），并成立了由多国专家组成的工作组（WorkingGroup）负责标准起草工作。工作组召集人由在水声计量和环境噪声监测领域具有深厚积累的专家担任，成员来自美国、英国、德国、法国、中国、加拿大、挪威、荷兰、韩国等主要海洋国家，涵盖国家计量院、海洋研究所、高校、设备制造商和环境管理部门的专业技术人员。中国作为ISO常任理事国和SC3积极成员（P成员），全过程参与了该标准的制定工作。3.2标准制定历程从2019年立项至2025年发布，ISO7605经历了五个制定阶段，历时约六年：|阶段|时间节点|工作内容||------|---------|---------||预备阶段（PWI）|2018年—2019年|开展需求调研与技术预研，明确标准范围和框架||提案阶段（NWIP）|2019年|提交新工作项目提案，完成成员国投票，正式立项||委员会草案阶段（CD）|2020年—2022年|完成标准草案初稿，组织多次工作组会议讨论修订，形成委员会草案（CD）||国际标准草案阶段（DIS）|2022年—2024年|提交DIS稿进行成员国投票和意见征集，处理各国反馈意见，完善技术内容||最终国际标准草案阶段（FDIS）|2024年—2025年|FDIS稿获得通过，完成编辑性修订||正式发布|2025年7月|标准正式出版发布|在整个编制过程中，工作组先后召开了十余次线下和线上国际工作会议，开展了多次实验室间比对测量实验（round-robintest）以验证标准技术方案的可行性。2023年，工作组组织开展了跨机构水下环境声测量比对活动，来自7个国家的9个研究机构参与，采用不同型号的测量设备在相近海域条件进行同步测量，为验证标准中测量系统技术要求和数据处理方法的合理性提供了重要实验依据。3.3主要起草单位ISO7605:2025的制定汇聚了全球水声计量与海洋声学领域最具影响力的研究机构和企业。其中，以下单位是标准起草工作的核心力量：中国船舶集团有限公司第七一五研究所（杭州应用声学研究所）是中国参与本标准的骨干起草单位之一。作为中国水声行业的骨干研究机构和水声计量测试技术的归口单位，七一五研究所在水声换能器校准、水下声场测量、水声计量标准装置建设方面拥有六十余年的深厚积累。研究所建有国内领先的水声计量测试实验室和水声标准装置，其计量校准能力获得了中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可。在ISO7605的编制过程中，七一五研究所的专家团队在水声测量系统的校准方法、测量不确定度评定和环境噪声数据处理等关键技术环节贡献了中国方案和经验数据，为中国在该国际标准中实现技术话语权提供了有力支撑。其他在标准制定中发挥重要作用的单位包括：美国国家标准与技术研究院（NIST）、丹麦理工大学（DTU）、英国国家物理实验室（NPL）、挪威国防研究机构（FFI）、德国联邦物理技术研究院（PTB）等国家计量院和科研机构，以及众多国际知名水声设备制造商。四、标准主要技术内容ISO7605:2025在结构上遵循了ISO标准的基本框架，主要包括以下技术章节：4.1术语和定义标准对水下环境声（underwaterambientsound）、环境噪声级（ambientnoiselevel）、等效连续声压级（equivalentcontinuoussoundpressurelevel）、功率谱密度（powerspectraldensity）、三分之一倍频程（one-third-octaveband）等核心术语进行了明确定义，确保了标准的国际适用性和技术一致性。部分术语定义兼顾了与IEC60565（水声换能器校准）和ISO17208（船舶水下辐射噪声测量）等相关标准的衔接一致性。4.2测量系统要求标准对水下环境声测量系统的组成和技术指标做出了详细规定，主要内容包括：（1）水听器（传感器）技术要求：-灵敏度：建议测量用水听器的自由场电压灵敏度应满足在目标频段内能够有效拾取环境声信号，其灵敏度级通常在-170dBre1V/μPa至-200dBre1V/μPa范围内（具体取决于前置放大器的增益配置和测量频段）；-频率响应：在工作频带内灵敏度变化应不超过±2dB，以保证测量结果的频率响应平坦性；-指向性：优先采用无指向性（全向）水听器，在水平面内指向性起伏应不大于±1dB，以避免因声波到达方向不同而引入测量偏差。若采用具有指向性的传感器，需在报告中明确说明其指向性特征并评估由此引入的不确定度；-等效自噪声：水听器及其前置放大器的等效自噪声谱级应至少比被测环境声的预期谱级低10dB以上，以确保测量信噪比满足要求。标准中给出了不同频段的推荐自噪声限值。（2）数据采集系统技术要求：-采样率：采样频率应不低于被测频率范围上限的2.5倍，以避免频谱混叠；-分辨率：模数转换（ADC）的量化位深不应低于24bit，以保证足够的动态范围；-抗混叠滤波：采集系统应配置适当的抗混叠滤波器，阻带衰减不小于60dB；-通道一致性：多通道系统各通道间增益偏差不超过±0.5dB，相位偏差不超过±5°。（3）校准要求：标准强调测量系统在使用前和使用后均需进行校准。校准分为实验室校准和现场校准两个层次。实验室校准应溯源至国家或国际计量标准，校准项目包括灵敏度、频率响应和相位特性等；现场校准则推荐采用活塞发声器或便携式校准器进行灵敏度级现场核查，核查频点不少于三个。4.3测量条件与布放要求（1）环境条件记录：测量时应同步记录风速、风向、波高、海流、水深、水温、盐度等环境参数，以便对测量结果进行环境背景分析和源贡献解析。标准要求环境参数的记录时间分辨率应不低于每小时一次。（2）水听器布放深度与位置：-水听器布放深度应根据测量目的和水深条件确定，通常建议避开近表面（距水面不小于2m）和近海底（距海底不小于2m）区域，以减少界面对声场的扰动影响；-对于固定站长期监测，应优先选择远离局部噪声源的开阔水域；-水听器应配备适当的减振和隔流装置，以抑制水流激励和结构振动引起的流噪声伪迹；-标准对水听器与水面支持平台之间的距离提出了最小间距要求（通常不小于50m或根据平台噪声特性评估确定），以防止平台自噪声对测量的干扰。（3）测量持续时间：测量持续时间应能反映目标频段内环境声的统计稳定性。标准建议对于频谱分析目的，单次测量的有效采样时长应不低于10分钟；对于统计特性分析（如概率分布和百分位声级L90、L50、L10等），累积测量时间应不低于24小时。对于长期趋势监测，推荐连续或周期性采样（如每小时采样10分钟）的观测模式。4.4测量程序标准规定的测量程序涵盖以下操作流程：1.测量前检查：包括水听器外观检查、电缆完整性检查、系统通电自检和现场校准；2.系统增益设定：根据预估环境声级合理设定增益，预留充分的动态裕量（一般不劣于20dB），防止饱和限幅；3.正式测量：按预定采样方案执行数据采集；4.数据质量实时监控：通过实时频谱监视发现异常干扰（如生物啃咬噪声、船舶近距离通过、缆绳拍击等），并予以标注记录；5.测量后检查与校准：完成灵敏度复核，确认系统状态正常；6.现场记录文档化：完整填写测量记录表。4.5数据处理与报告（1）数据处理：-频谱分析：推荐采用快速傅里叶变换（FFT）方法或倍频程滤波器组方法，FFT分析窗函数推荐采用Hann窗或等效窗函数，频率分辨率应根据分析频段合理选择；-谱级计算：将测得的声压谱级归一化至1Hz带宽，以dBre1μPa²/Hz表示；-统计处理：计算测量时段内各频段的等效连续声压级、百分位声级和谱级概率分布；-干扰信号剔除：对瞬态非平稳干扰信号（如近距离船舶通过、水下爆破、生物突发发声等）进行识别和剔除，需在报告中说明剔除判据和比例。（2）测量不确定度评定：标准引入测量不确定度评定框架，要求报告应包含以下不确定度来源的评估：校准不确定度、系统频