【文章內(nèi)容簡介】 代海上霸主。繼葡萄牙與西班牙之后出現(xiàn)的海上霸主乃是僅僅身處于彈丸之地的荷蘭，但是陸地面積的狹小并沒有成為荷蘭成為世界強國的阻礙，因為他們擁有著強大的海洋力量。在一開始荷蘭僅是因為其海 上運貨能力高超，以“海上馬車夫”而聞名，真正使得荷蘭走向海洋強國乃至世界霸主的轉(zhuǎn)折點是在荷蘭繞過好望角發(fā)現(xiàn)了馬六甲海峽之后。通過控制這一海峽并成立東印度公司運轉(zhuǎn)東方的商業(yè)，荷蘭積累了大量的經(jīng)濟(jì)資本，最終成為了一代霸主。 在其之后的“日不落帝國”英國更是憑借著對全球海域的了解而成為了一代海上霸主。對海岸線信息的了解是人類對于海洋信息最初步的獲取，可即便只是最基礎(chǔ)的對海岸線的信息的了解，也會對人類的歷史產(chǎn)生如此重大的影響，海洋信息的重要性從中得到了充分的體現(xiàn)。 對于海洋的戰(zhàn)略信息的了解 人類 對海洋更深的了解開始于海上的戰(zhàn)爭，特別是在第二次世界大戰(zhàn)之中，世界的各類水域地圖被不斷地補全，同時由于潛艇等水下武器的產(chǎn)生，人類第一次開始使用聲學(xué)方式對水下進(jìn)行觀測。同時，雷達(dá)的發(fā)展讓人類慢慢開始有了對海上交通信息獲取與掌控的概念，在戰(zhàn)爭的后期，隨著人造衛(wèi)星的升空，人類第一次直觀地獲取了全球海域的視野，至此人類基本完成了對于海域形狀的觀察，并初步地?fù)碛辛藢λ滦畔⒌牧私狻? 當(dāng)今海洋信息的獲取 當(dāng)今海洋信息的獲取方式眾多，目前主 要流行的方式是建立海底觀測網(wǎng)絡(luò)。海底觀測網(wǎng)絡(luò)的前身是美軍為對抗?jié)撏⒌乃侣晫W(xué)監(jiān)測系統(tǒng)，而 1978 年日本首次在御前崎建造了一個由海底電纜構(gòu)成的海底實時觀測系統(tǒng)用于檢測地震以及由此引發(fā)的海嘯，而隨著后來越來越多國家加入其中，現(xiàn)今，海底觀測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了一個海陸空天潛一體的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。 圖 1 如圖 1 所示，為維多利亞海底觀測網(wǎng)絡(luò)試驗系統(tǒng)（ VENUS）的示意圖，我們可以看到，深空的衛(wèi)星，地面的基站，海平面上的海監(jiān)船與海面基站，海水淺層的探測器以及海底的接駁盒傳感器共同成了一個復(fù)雜的海洋觀測網(wǎng)絡(luò)。同樣的觀測網(wǎng) 絡(luò)還有加拿大的 NEPTUNE 系統(tǒng)，美國的 GEOMAR 系統(tǒng)，日本的 ARENA 系統(tǒng)等。這些海底觀測系統(tǒng)使得人類對于近海信息的獲取更加的獲取與全面。 海洋信息獲取裝備 水下平臺：水下平臺可以針對水下的個體目標(biāo)以及海水的各項參數(shù)進(jìn)行觀測。水下平臺一般都裝備有避碰、導(dǎo)航、多部主動探測、被動探測和通信聲吶、光學(xué)潛望鏡，以發(fā)現(xiàn)水下目標(biāo)和水面目標(biāo)，了解現(xiàn)場的航渡和作戰(zhàn)態(tài)勢，保證航行安全，防范魚雷攻擊和引導(dǎo)攻擊敵方水下目標(biāo)。水平臺在水面航行狀態(tài)，也使用裝配的雷達(dá)探索水面和空中目標(biāo)。由于水聲傳輸特性受海洋的溫度 、鹽度、深度、密度、磁場、流場、不同海域、不同季節(jié)及平臺自身噪聲背景等因素影響波動較大，對目標(biāo)探測和偵察的距離相差也較大，直接影響水下平臺防衛(wèi)、攻擊能力的發(fā)揮，影響執(zhí)行其他任務(wù)的效果。 空中平臺與衛(wèi)星：空中平臺與衛(wèi)星主要用于檢測海面上的船只以及作為信息傳遞的中轉(zhuǎn)站，主要作軍事用途。為配合海上作戰(zhàn)，擴(kuò)大信息感知視野，艦載直升機(jī)、艦載預(yù)警機(jī)、艦載無人偵察機(jī)、從陸地起飛在近海上空的偵察機(jī)、偵察氣球氣艇等，根據(jù)不同使命和能力帶有預(yù)警雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、激光雷達(dá)、紅外和無線遙感探測裝備等，對?？找苿幽繕?biāo)、海面 移動目標(biāo)、淺水潛航的潛艇潛器進(jìn)行探測識別，形成較大海域的海空、海面、海下淺層的目標(biāo)態(tài)勢圖。從覆蓋半徑來看，比艦載探測感知設(shè)備要大得多，但識別精度、感知參數(shù)受探測設(shè)備技術(shù)水平影響非常敏感，經(jīng)費投入也較大，一般是大型艦艇編隊或大型戰(zhàn)略行動才有能力組織配備。其感知信息的安全和共享是需要快速、寬帶網(wǎng)絡(luò)來保證的。 [1]水下機(jī)器人：在當(dāng)今人工智能的時代，面對深海我們?nèi)祟愖陨黼y以到達(dá)的地方，使用水下機(jī)器人成為了一種新的選擇。 水下機(jī)器人在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用領(lǐng)域：如海洋研究 (科學(xué)考察等 )、海洋開發(fā)和水下工程等。在海洋 開發(fā)過程中 ,智能水下機(jī)器人將在海洋環(huán)境的探測與建模、海洋目標(biāo)的水下探測與識別、定位與傳輸?shù)确矫娴难芯恐邪l(fā)揮重要作用。此外，還能以水面艦船或潛艇為基地作為無人武器系統(tǒng)重要組成部分的智能水下機(jī)器人 ,在數(shù)十或數(shù)百里的水下空間自主完成環(huán)境探測、目標(biāo)識別、情報收集和數(shù)據(jù)通訊。 [3]正因為水下機(jī)器人體現(xiàn)出其實用性，水下機(jī)器的市場日漸繁榮。到目前為止 ,全世界大約共建造 5756 臺各種水下機(jī)器人 ,其中 914 臺作業(yè)級水下機(jī)器人、 2656 臺觀察型機(jī)器人、 134 臺 AUV。13 臺重型、 58 臺埋纜、 135臺輕型、 113 臺用于調(diào)查的水下 機(jī)器人 。1733 臺為軍事服務(wù)的各類水下機(jī)器人預(yù) 2021 年其市場將達(dá) 億美元。目前 6000m 深潛器 ,目前僅有美國、法國、日本、俄羅斯、中國等國家才能研制。 美國海軍正在研發(fā)一系列的水下機(jī)器人 ,組建世界第一支水下無人艦隊。根據(jù)美國海軍的《無人駕駛水下運載工具總體規(guī)劃》 ,美國海軍應(yīng)該研制和部署 4種不同級別的水下機(jī)器人 ,以適應(yīng)不同的作戰(zhàn)要求。預(yù)計到 2020 年前后 ,美軍將擁有 1000 套這種水下機(jī)器人。 [4] 海洋信息的處理 Mapreduce 技術(shù) MapＲ educe 技術(shù)是一種大規(guī)模并行編程技術(shù)，其能夠與現(xiàn)有的空間索引查詢結(jié)合，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行邏輯分類利用并行的空間查詢方法來提高整個船舶地理信息數(shù)據(jù)查詢的效率。如現(xiàn)在已有學(xué)者提出將不同類型的空間索引信息分布在分布式的計算機(jī)中，并利 MapＲ educe 技術(shù)對用戶的查詢進(jìn)行并行化邏輯處理，以實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的并行處理。其最早是由 Google公司研究提出的一種面向大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的并行計算模型和方法。 基于云計算的空間索引算法 云計算結(jié)構(gòu)主要通過虛擬化計算將大量的計算資源及存儲資源進(jìn)行統(tǒng)一管理的體系結(jié)構(gòu)。并且用戶提交的任務(wù)統(tǒng)一由資源調(diào)度中心進(jìn)行合理的分配資源調(diào)度中心需要對計算節(jié)點的運行狀態(tài)進(jìn)行實時的監(jiān)控。移動云計算結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)與云計算，在進(jìn)行船舶地理信息查詢系統(tǒng)中，將移動云平臺在對用戶提供服務(wù)的層面劃分為“用戶端”、“信息端”及“云端” 。而移動云平臺的平臺架構(gòu)從技術(shù)處理上可以劃分為任務(wù)消息接收層、物理層、任務(wù)分配層、計算及存儲虛擬層。移動云平臺結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 客戶端 :指用戶進(jìn)行傳播地理信息查詢的客戶端軟件，可以支持不同操作系統(tǒng)。 信息端 :在移動云計算平臺中主要指接入云端的移動互聯(lián)網(wǎng)作為客戶端向云端請求消息的接收端及云端返回給客戶端的信息數(shù)據(jù)的發(fā)送端。 云端 :云端又分為任務(wù)管理中心、虛擬計算節(jié)點及存儲端。任務(wù)管理中心不僅管理著用戶任務(wù)的調(diào)度分配，同時需要監(jiān)控整個平臺的運行狀態(tài)，如計算節(jié)點是否正在使用、是否脫機(jī)及內(nèi)存是否正常等。 [2] 圖 我國對于海洋信息的處理 ２０世紀(jì)８０年代以前，我國海洋信息化工作主要以對歷史海 洋調(diào)查和考察數(shù)據(jù)的搶救性保存為主，實現(xiàn)文檔化資料管理；“九五”期間，依托各類商業(yè)化軟件，逐步開展專題數(shù)據(jù)庫的建設(shè)工作，實現(xiàn)海量海洋數(shù)據(jù)的檢索和使用；“十五”至“十一五”期間，以專題數(shù)據(jù)庫為支撐，著手建立海洋信息系統(tǒng)，實現(xiàn)軟硬件設(shè)備的升級換代。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國海洋信息化成果已初步顯現(xiàn) 數(shù)字海洋：“數(shù)字地球”概念的提出在全球范圍內(nèi)引起強烈反響。我國海洋工作者將其與海洋領(lǐng)域的工作和實踐相結(jié)合，于１９９９年提出“數(shù)字海洋”概念以及相關(guān)建設(shè)構(gòu)想，并與2021年正式啟動我國數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架構(gòu)建項目，成 為我國海洋信息化領(lǐng)域首個全國范圍內(nèi)的專項工程。2021年數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架建設(shè)圓滿結(jié)束，取得一系列豐碩成果，同時也還存在如缺乏實時、持續(xù)、立體的數(shù)據(jù)獲取手段，系統(tǒng)之間信息交換和協(xié)同能力較差，較注重近海而缺乏遠(yuǎn)海信息等一系列問題。數(shù)字海洋的核心是將大量復(fù)雜多變的海洋信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，成為可計算、可存儲的對象。海洋環(huán)境信息中，溫度、鹽度、濕度等都是隨著時間、空間變化而連續(xù)變化的，只有通過數(shù)字化技術(shù)對這些連續(xù)變量進(jìn)行采樣、量化、編碼，才能形成可被存儲、運算 、處理的數(shù)值。因此可以認(rèn)為，數(shù)字海洋是海洋信息化發(fā)展的基礎(chǔ)。 透明海洋：在“數(shù)字海洋”的基礎(chǔ)上，海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室的吳立新院士于近年提出“透明海洋”的工程構(gòu)想?！巴该骱Ｑ蟆贬槍ξ覈虾?、西太平洋和東印度洋，實時或準(zhǔn)實時獲取和評估不同空間尺度海洋環(huán)境信息，研究多尺度變化及氣候資源效應(yīng)機(jī)理，進(jìn)一步預(yù)測未來特定一段時間內(nèi)海洋環(huán)境、氣候及資源的時空變化，實現(xiàn)海洋狀態(tài)透明、過程透明、變化透明，使其成為“透明海洋”。“透明海洋”是在海洋信息數(shù)字化的基礎(chǔ)上，向海洋環(huán)境信息應(yīng)用邁出的重要一步，將大幅提升我國認(rèn) 知海洋的能力。然而認(rèn)知海洋只是基礎(chǔ)，經(jīng)略海洋才是目標(biāo)，如何充分利用信息提升經(jīng)略海洋的能力才是未來發(fā)展的關(guān)鍵。 [1] 海洋信息化缺乏頂層體系性設(shè)計：目前我國仍較重視個別領(lǐng)域的建設(shè)，缺乏全局整體性發(fā)展規(guī)劃，從而形成能力短板，嚴(yán)重制約海洋信息化建設(shè)的整體效果； 海洋信息獲取能力亟待提升：我國自主獲取的海洋信息在范圍、內(nèi)容和質(zhì)量等方面還存在明顯不足； 海洋信息缺乏有效共享互隔絕：由于信息系統(tǒng)分頭建設(shè)，涉海數(shù)據(jù)分別掌握在各業(yè)務(wù)主管部門和 相關(guān)科研機(jī)構(gòu)手中，彼此之間相再加上政策、技術(shù)、安全等方面的考慮，形成多個數(shù)據(jù)孤島，使海洋數(shù)據(jù)的管理和共享出現(xiàn)各自為政的局面； 海洋信息業(yè)務(wù)化應(yīng)用水平低：受數(shù)據(jù)質(zhì)量、歷史積累以及最為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)挖掘能力等方面的限制，目前我國海洋信息對經(jīng)濟(jì)、管控、軍事和開發(fā)等領(lǐng)域的決策支撐保障水平仍然較低，信息在實際業(yè)務(wù)中的應(yīng)用范圍、應(yīng)用深度都亟待提升； 海洋核心技術(shù)裝備力量薄弱：僅 8%的國產(chǎn)核心裝備達(dá)到國際先進(jìn)水平、 22%的國產(chǎn)核心裝備與國際先進(jìn)水平差距為 5 年、其余國產(chǎn)裝備差距在 5~20 年。尤其在信息感知裝備（ 如水下觀測設(shè)備、岸基雷達(dá)設(shè)備等）方面，缺乏自主研制和生產(chǎn)能力，核心技術(shù)、關(guān)鍵零部件和整機(jī)裝備大部分依賴進(jìn)口和國外配套，對未來我國海洋信息化發(fā)展造成不利影響。 發(fā)展建議：第一步主要解決現(xiàn)存問題，夯實完善海洋信息體系。通過海洋物聯(lián)網(wǎng)、海上寬帶通信、海洋工程裝備等方面的發(fā)展，打造覆蓋全球的海洋信息基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。通過海洋大數(shù)據(jù)、云平臺等方面的建設(shè)，提升我國海洋信息開放共享、分析處理、價值挖掘等方面的能力。通過為各涉海領(lǐng)域提供具有準(zhǔn)確預(yù)測能力的信息應(yīng)用服務(wù)開發(fā)平臺和環(huán)境，鼓勵海洋信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成涉海領(lǐng)域 全面覆蓋的信息服務(wù)體系。 第二步主要提升信息體系能力，構(gòu)建智慧海洋。順應(yīng)海洋信息化發(fā)展的必然趨勢，著力推動大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的深入應(yīng)用，加強海洋數(shù)據(jù)分析挖掘能力，完善信息交互傳輸網(wǎng)絡(luò)，提升虛擬信息空間運行真實程度，真正實現(xiàn)“虛實融合”“智能自治”的智慧海洋。 [1]參考文獻(xiàn) [1]程駿超，何中文．我國海洋信息化發(fā)展現(xiàn)狀分析及展望［ A］．海洋開發(fā)與管理， 2021（ 2）： 4650． [2]羅印，徐文平．基于云計算的未來海洋信息系統(tǒng)分析［ A］．艦船科學(xué)技術(shù)， 2021， 38(4):157－ 159．