调研报告：1 海洋信息的昨天，今天和明天
目录
1.获取海洋信息的意义 ...........................................................................................................2
2.历史上世界对于海洋信息的获取 .......................................................................................2 2.1对海岸线的了解 ............................................................................................................2 2.2对于海洋的战略信息的了解 ........................................................................................3
3.当今的海洋信息 ...................................................................................................................3 3.1当今海洋信息的获取 ....................................................................................................3 3.1.1海底观测网络 ........................................................................................................3 3.1.2海洋信息获取装备 ................................................................................................4 3.2海洋信息的处理 ............................................................................................................4 3.2.1海洋信息的处理的技术 ........................................................................................4 3.2.2我国对于海洋信息的处理 ....................................................................................5
4.我国海洋信息获取所面对的困难与可能的解决方案 .......................................................6
参考文献 ...................................................................................................................................7
1.获取海洋信息的意义
在19世纪时，美国军事理论家马汉建立了海权论，他指出海洋关系到国家的全和发展，强国地位的更替,实际上是海权的易手，且进一步指出欲发展海洋必须发展强大的海军以控制海洋，基于强大的军事力量的保护才能对利用海洋发展商业贸易以及海洋资源利用等一系列经济行为，以使国家强大。无论是军事行动还是经济行为，脱离了对海域的了解，对海洋水文信息，海底地质构造的了解，都是难以开展的，只有当我们对海洋的各项信息有足够的了解时，我们才能开展一系列的活动，否则就如同失去双眼与他人交战，或者如盲人摸象般在海洋中搜取资源，都没有获得成功的可能。由此可见，对于海洋信息的获取，是一个国家拥有制海权的基础，更进一步而言是一个国家强大的必要条件，获取海洋信息的重要性由此可见一斑。
2.历史上世界对于海洋信息的获取
2.1对海岸线的了解
人类第一次真正意义上的获取海洋信息，大概要数对海岸线的了解。我国早在15世纪明朝之时，便组织过由郑和率领的舰队七次出海远行的行动，绘制了当时世界上最早的海图集，最远抵达了非洲东部，极大地扩充了当时明朝对海岸线信息的了解。而海岸线信息的影响在欧洲的航海大发现中有着更深的体现。
16世纪时葡萄牙迫于西班牙在陆地上的贸易封锁，在亨利王子的带领下，葡萄牙开始掀起了轰轰烈烈的大航海运动，通过海上的航行他们了解了葡萄牙周围的海岸地貌，从而绘制出了葡萄牙与印度一带以及葡萄牙与非洲之间的海上航线，从海上打开了市场。通过从东方交易而回的香料、象牙和黄金以及从非洲交易而回的黑奴等资源，葡萄牙的经济迅速崛起发展成一代世界强国。而麦哲伦舰队的环球航行所带来的世界海洋地理消息同样使得西班牙在海洋活动中收益良多成为一代海上霸主。继葡萄牙与西班牙之后出现的海上霸主乃是仅仅身处于弹丸之地的荷兰，但是陆地面积的狭小并没有成为荷兰成为世界强国的阻碍，因为他们拥有着强大的海洋力量。在一开始荷兰仅是因为其海上运货能力高超，以“海上马车夫”而闻名，真正使得荷兰走向海洋强国乃至世界霸主的转折点是在荷兰绕过好望角发现了马六甲海峡之后。通过控制这一海峡并成立东印度公司运转东方的商业，荷兰积累了大量的经济资本，最终成为了一代霸主。
在其之后的“日不落帝国”英国更是凭借着对全球海域的了解而成为了一代海上霸主。对海岸线信息的了解是人类对于海洋信息最初步的获取，可即便只是最基础的对海岸线的信息的了解，也会对人类的历史产生如此重大的影响，海洋信息的重要性从中得到了充分的体现。 2.2对于海洋的战略信息的了解
人类对海洋更深的了解开始于海上的战争，特别是在第二次世界大战之中，世界的各类水域地图被不断地补全，同时由于潜艇等水下武器的产生，人类第一次开始使用声学方式对水下进行观测。同时，雷达的发展让人类慢慢开始有了对海上交通信息获取与掌控的概念，在战争的后期，随着人造卫星的升空，人类第一次直观地获取了全球海域的视野，至此人类基本完成了对于海域形状的观察，并初步地拥有了对水下信息的了解。
3.当今的海洋信息
3.1当今海洋信息的获取
3.1.1海底观测网络
当今海洋信息的获取方式众多，目前主要流行的方式是建立海底观测网络。海底观测网络的前身是美军为对抗潜艇所建立的水下声学监测系统，而1978年日本首次在御前崎建造了一个由海底电缆构成的海底实时观测系统用于检测地震以及由此引发的海啸，而随着后来越来越多国家加入其中，现今，海底观测网络已经成为了一个海陆空天潜一体的复杂网络。
图1 如图1所示，为维多利亚海底观测网络试验系统（VENUS）的示意图，我们可以看到，深空的卫星，地面的基站，海平面上的海监船与海面基站，海水浅层的探测器以及海底的接驳盒传感器共同成了一个复杂的海洋观测网络。同样的观测网络还有加拿大的NEPTUNE系统，美国的GEOMAR系统，日本的ARENA系统等。这些海底观测系统使得人类对于近海信息的获取更加的获取与全面。 3.1.2海洋信息获取装备
水下平台：水下平台可以针对水下的个体目标以及海水的各项参数进行观测。水下平台一般都装备有避碰、导航、多部主动探测、被动探测和通信声呐、光学潜望镜，以发现水下目标和水面目标，了解现场的航渡和作战态势，保证航行安全，防范鱼雷攻击和引导攻击敌方水下目标。水平台在水面航行状态，也使用装配的雷达探索水面和空中目标。由于水声传输特性受海洋的温度、盐度、深度、密度、磁场、流场、不同海域、不同季节及平台自身噪声背景等因素影响波动较大，对目标探测和侦察的距离相差也较大，直接影响水下平台防卫、攻击能力的发挥，影响执行其他任务的效果。
空中平台与卫星：空中平台与卫星主要用于检测海面上的船只以及作为信息传递的中转站，主要作军事用途。为配合海上作战，扩大信息感知视野，舰载直升机、舰载预警机、舰载无人侦察机、从陆地起飞在近海上空的侦察机、侦察气球气艇等，根据不同使命和能力带有预警雷达、合成孔径雷达、激光雷达、红外和无线遥感探测装备等，对海空移动目标、海面移动目标、浅水潜航的潜艇潜器进行探测识别，形成较大海域的海空、海面、海下浅层的目标态势图。从覆盖半径来看，比舰载探测感知设备要大得多，但识别精度、感知参数受探测设备技术水平影响非常敏感，经费投入也较大，一般是大型舰艇编队或大型战略行动才有能力组织配备。其感知信息的安全和共享是需要快速、宽带网络来保证的。[1] 水下机器人：在当今人工智能的时代，面对深海我们人类自身难以到达的地方，使用水下机器人成为了一种新的选择。
水下机器人在世界范围内的应用领域：如海洋研究(科学考察等)、海洋开发和水下工程等。在海洋开发过程中 ,智能水下机器人将在海洋环境的探测与建模、海洋目标的水下探测与识别、定位与传输等方面的研究中发挥重要作用。此外，还能以水面舰船或潜艇为基地作为无人武器系统重要组成部分的智能水下机器人, 在数十或数百里的水下空间自主完成环境探测、目标识别、情报收集和数据通讯。[3] 正因为水下机器人体现出其实用性，水下机器的市场日渐繁荣。到目前为止,全世界大约共建造5756台各种水下机器人,其中914台作业级水下机器人、2656台观察型机器人、134台AUV;13台重型、58台埋缆、135台轻型、113台用于调查的水下机器人;1733台为军事服务的各类水下机器人预2008年其市场将达7.5亿美元。目前6 000 m深潜器 ,目前仅有美国、法国、日本、俄罗斯、中国等国家才能研制。
美国海军正在研发一系列的水下机器人, 组建世界第一支水下无人舰队。根据美国海军的《无人驾驶水下运载工具总体规划》, 美国海军应该研制和部署 4种不同级别的水下机器人, 以适应不同的作战要求。预计到2020年前后, 美军将拥有 1 000套这种水下机器人。[4] 3.2海洋信息的处理
3.2.1海洋信息的处理的技术
Mapreduce技术
MapＲeduce技术是一种大规模并行编程技术，其能够与现有的空间索引查询结合，对数据库进行逻辑分类利用并行的空间查询方法来提高整个船舶地理信息数据查询的效率。如现在已有学者提出将不同类型的空间索引信息分布在分布式的计算机中，并利MapＲeduce技术对用户的查询进行并行化逻辑处理，以实现海量数据的并行处理。其最早是由Google公司研究提出的一种面向大规模数据处理的并行计算模型和方法。
基于云计算的空间索引算法
云计算结构主要通过虚拟化计算将大量的计算资源及存储资源进行统一管理的体系结构。并且用户提交的任务统一由资源调度中心进行合理的分配资源调度中心需要对计算节点的运行状态进行实时的监控。移动云计算结合移动互联网与云计算，在进行船舶地理信息查询系统中，将移动云平台在对用户提供服务的层面划分为“用户端”、“信息端”及“云端”;而移动云平台的平台架构从技术处理上可以划分为任务消息接收层、物理层、任务分配层、计算及存储虚拟层。移动云平台结构如图2所示。
客户端: 指用户进行传播地理信息查询的客户端软件，可以支持不同操作系统。
信息端: 在移动云计算平台中主要指接入云端的移动互联网作为客户端向云端请求消息的接收端及云端返回给客户端的信息数据的发送端。
云端: 云端又分为任务管理中心、虚拟计算节点及存储端。任务管理中心不仅管理着用户任务的调度分配，同时需要监控整个平台的运行状态，如计算节点是否正在使用、是否脱机及内存是否正常等。[2]
图2 3.2.2我国对于海洋信息的处理
２０世纪８０年代以前，我国海洋信息化工作主要以对历史海洋调查和考察数据的抢救性保存为主，实现文档化资料管理；“九五”期间，依托各类商业化软件，逐步开展专题数据库的建设工作，实现海量海洋数据的检索和使用；“十五”至“十一五”期间，以专题数据库为支撑，着手建立海洋信息系统，实现软硬件设备的升级换代。经过几十年的发展，我国海洋信息化成果已初步显现
数字海洋：“数字地球”概念的提出在全球范围内引起强烈反响。我国海洋工作者将其与海洋领域的工作和实践相结合，于１９９９年提出“数字海洋”概念以及相关建设构想，并与２００３年正式启动我国数字海洋信息基础框架构建项目，成为我国海洋信息化领域首个全国范围内的专项工程。２０１１年数字海洋信息基础框架建设圆满结束，取得一系列丰硕成果，同时也还存在如缺乏实时、持续、立体的数据获取手段，系统之间信息交换和协同能力较差，较注重近海而缺乏远海信息等一系列问题。数字海洋的核心是将大量复杂多变的海洋信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，成为可计算、可存储的对象。海洋环境信息中，温度、盐度、湿度等都是随着时间、空间变化而连续变化的，只有通过数字化技术对这些连续变量进行采样、量化、编码，才能形成可被存储、运算、处理的数值。因此可以认为，数字海洋是海洋信息化发展的基础。
透明海洋：在“数字海洋”的基础上，海洋科学与技术国家实验室的吴立新院士于近年提出“透明海洋”的工程构想。“透明海洋”针对我国南海、西太平洋和东印度洋，实时或准实时获取和评估不同空间尺度海洋环境信息，研究多尺度变化及气候资源效应机理，进一步预测未来特定一段时间内海洋环境、气候及资源的时空变化，实现海洋状态透明、过程透明、变化透明，使其成为“透明海洋”。“透明海洋”是在海洋信息数字化的基础上，向海洋环境信息应用迈出的重要一步，将大幅提升我国认知海洋的能力。然而认知海洋只是基础，经略海洋才是目标，如何充分利用信息提升经略海洋的能力才是未来发展的关键。[1]
4.我国海洋信息获取所面对的困难与可能的解决方案
海洋信息化缺乏顶层体系性设计：目前我国仍较重视个别领域的建设，缺乏全局整体性发展规划，从而形成能力短板，严重制约海洋信息化建设的整体效果；
海洋信息获取能力亟待提升：我国自主获取的海洋信息在范围、内容和质量等方面还存在明显不足；
海洋信息缺乏有效共享互隔绝：由于信息系统分头建设，涉海数据分别掌握在各业务主管部门和相关科研机构手中，彼此之间相再加上政策、技术、安全等方面的考虑，形成多个数据孤岛，使海洋数据的管理和共享出现各自为政的局面；
海洋信息业务化应用水平低：受数据质量、历史积累以及最为关键的数据挖掘能力等方面的限制，目前我国海洋信息对经济、管控、军事和开发等领域的决策支撑保障水平仍然较低，信息在实际业务中的应用范围、应用深度都亟待提升；
海洋核心技术装备力量薄弱：仅8%的国产核心装备达到国际先进水平、22%的国产核心装备与国际先进水平差距为5年、其余国产装备差距在5~20年。尤其在信息感知装备（如水下观测设备、岸基雷达设备等）方面，缺乏自主研制和生产能力，核心技术、关键零部件和整机装备大部分依赖进口和国外配套，对未来我国海洋信息化发展造成不利影响。
发展建议：第一步主要解决现存问题，夯实完善海洋信息体系。通过海洋物联网、海上宽带通信、海洋工程装备等方面的发展，打造覆盖全球的海洋信息基础设施网络。通过海洋大数据、云平台等方面的建设，提升我国海洋信息开放共享、分析处理、价值挖掘等方面的能力。通过为各涉海领域提供具有准确预测能力的信息应用服务开发平台和环境，鼓励海洋信息服务产业发展，形成涉海领域全面覆盖的信息服务体系。
第二步主要提升信息体系能力，构建智慧海洋。顺应海洋信息化发展的必然趋势，着力推动大数据、云计算技术的深入应用，加强海洋数据分析挖掘能力，完善信息交互传输网络，提升虚拟信息空间运行真实程度，真正实现“虚实融合”“智能自治”的智慧海洋。[1] 参考文献
[1]程骏超，何中文．我国海洋信息化发展现状分析及展望［A］．海洋开发与管理，2017（2）：46-50． [2]罗印，徐文平．基于云计算的未来海洋信息系统分析［A］．舰船科学技术，2016，38(4):157－159．
[3]徐玉如,庞永杰 ,甘永,孙玉山智能水下机器人技术展望智能系统学报第 1 卷第 1 期2006 年 3 月
[4]水下机器人的发展、军事应用及启示张文瑶 , 裘达夫 , 胡晓棠中国修船第19卷期2006年12月
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