“雪龍2”號(hào)科考作業(yè)協(xié)同管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、“雪龍2”號(hào)科考作業(yè)協(xié)同管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提要 “科考作業(yè)協(xié)同管理平臺(tái)”以國(guó)家極地戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，以“雪龍2”號(hào)極地科考破冰船為對(duì)象，按 照科考破冰船的航行與科考作業(yè)要求，針對(duì)“科考協(xié)同作業(yè)”問題進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新與應(yīng)用研究，切實(shí)提高我國(guó) 極地科考能力水平。通過分析科考航次計(jì)劃執(zhí)行與管理活動(dòng)，提煉核心管理要素和業(yè)務(wù)流程，在充分調(diào)查與 梳理中國(guó)極地研究中心“業(yè)務(wù)化調(diào)查”歷史文件的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一建模語言UML (Unified Modeling Language)總結(jié)和分析極地科考業(yè)務(wù)，提出解決科考業(yè)務(wù)核心需求“協(xié)同作業(yè)”的業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上提出管理平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)，最終為實(shí)現(xiàn)極地科考破冰船科考

2、任務(wù)的全過程管理奠定良好的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞科考破冰船科考業(yè)務(wù)架構(gòu)科考協(xié)同作業(yè)0引言“雪龍2”號(hào)極地科學(xué)考察船是中國(guó)第一艘 自主建造的極地科學(xué)考察破冰船，是全球第一艘 采用船艄、船艉雙向破冰技術(shù)的極地科考破冰船。 2018年9月10日，“雪龍2”號(hào)極地考察船下水, 標(biāo)志著我國(guó)極地考察現(xiàn)場(chǎng)保障和支撐能力取得新 的突破?！把?”號(hào)現(xiàn)已完成建造，并順利完成 第36次南極考察任務(wù)?！把?”號(hào)綜合信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以船岸一體 化應(yīng)用業(yè)務(wù)為核心，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一 管理，建立高度融合、互聯(lián)互通的船舶信息網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)。系統(tǒng)滿足船舶管理、極區(qū)航行、大洋調(diào)查 等業(yè)務(wù)信息化需求。船端系統(tǒng)整合船舶信息資源，建成符合極

3、地 考察應(yīng)用特點(diǎn)和發(fā)展要求的現(xiàn)代化科考船綜合信 息支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化科學(xué)考察船的綜合信息 管理，滿足新建破冰船極區(qū)通信管理、科考數(shù)據(jù) 管理、科考作業(yè)管理、船舶綜合管理等多業(yè)務(wù)信 息化需求。陸地端的系統(tǒng)建設(shè)兼顧“雪龍”號(hào)船舶的信 息接入、岸端中心對(duì)多船管理等需求，推動(dòng)了 極地考察船信息化的發(fā)展，增強(qiáng)極地考察船業(yè) 務(wù)能力和支撐保障能力，為智能3極地考察船的 建設(shè)奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)極地考察事業(yè)的 發(fā)展?！翱瓶甲鳂I(yè)協(xié)同管理平臺(tái)”作為極地業(yè)務(wù)化 工作體系，依托“雪龍2”號(hào)船舶基礎(chǔ)管理平臺(tái), 必須同時(shí)滿足極地中心陸地端和船舶端對(duì)于科考 計(jì)劃和科考航次計(jì)劃的業(yè)務(wù)化任務(wù)全過程管理的 核心需求，即從“岸端

4、”科考計(jì)劃的制定，“船端” 航次計(jì)劃與任務(wù)執(zhí)行過程、任務(wù)協(xié)同與調(diào)度管理、 任務(wù)的跟蹤與監(jiān)控以及科考探測(cè)數(shù)據(jù)、科考樣品、 實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)的管理，再到“岸端獲得“船端” 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、過程執(zhí)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及統(tǒng)一匯交的科考作業(yè)成果物，一個(gè)科考航次的調(diào)查成果物包 括：文檔報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)班報(bào)、船舶報(bào)、航跡圖、測(cè) 線站位表、設(shè)備調(diào)查數(shù)據(jù)資料、現(xiàn)場(chǎng)樣品資料與 匯交單、各類登記表等，為各極地科考和研究業(yè) 務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持和平臺(tái)服務(wù)支撐。1管理平臺(tái)的需求分析與設(shè)計(jì)管理平臺(tái)的需求分析1與設(shè)計(jì)工作應(yīng)針對(duì)科 考船在大洋和極地水域科考調(diào)查和科考作業(yè)的特 點(diǎn)，結(jié)合高緯度與冰區(qū)航行的特殊性，開展對(duì)科 考航次的計(jì)劃執(zhí)行與管理

5、、科考作業(yè)監(jiān)控與管理、 科考作業(yè)調(diào)度與指揮、科考數(shù)據(jù)管理等方面的業(yè) 務(wù)流程分析。研究適應(yīng)極地科考船調(diào)查作業(yè)與管 理信息化建設(shè)的業(yè)務(wù)架構(gòu)與技術(shù)架構(gòu)，為構(gòu)建數(shù) 字化、一體化、專業(yè)化、規(guī)范化的科考作業(yè)協(xié)同 管理系統(tǒng)奠定可持續(xù)升級(jí)和擴(kuò)展的基礎(chǔ)。業(yè)務(wù)上應(yīng)兼顧綜合科學(xué)調(diào)查船各學(xué)科交叉作 業(yè)的特點(diǎn)，統(tǒng)籌各學(xué)科的作業(yè)流程與相關(guān)設(shè)備。按照航次科考活動(dòng)的管理者對(duì)組織和實(shí)施的管理 要求，實(shí)現(xiàn)科考作業(yè)任務(wù)的“可視化”管理，使管 理者能夠?qū)崟r(shí)掌握作業(yè)進(jìn)度，整體把控作業(yè)情 況。在科考作業(yè)中，需對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一指揮、協(xié) 同管理，包括船岸協(xié)同指揮與作業(yè)任務(wù)的跟蹤與 監(jiān)控。開展對(duì)重大科考作業(yè)所涉及的要素和流程 展開研究，設(shè)計(jì)并實(shí)

6、現(xiàn)基于電子海圖、視景仿真 的綜合科考協(xié)同管理系統(tǒng)。在執(zhí)行科考任務(wù)的過 程中，分布在船舶各作業(yè)區(qū)的操作人員與監(jiān)控管 理人員需要密切配合、協(xié)調(diào)一致，實(shí)現(xiàn)科考航次 計(jì)劃根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件的及時(shí)調(diào)整。在整個(gè)需求整理的過程中需從3個(gè)維度，即 設(shè)備資源、信息資源、業(yè)務(wù)需求開展分析，確定 不同作業(yè)任務(wù)所要求的設(shè)備資源與信息資源，并 使用三維坐標(biāo)系進(jìn)行直觀的展示，采用此種方式 有利于業(yè)務(wù)分析的形象化表達(dá)。圖1所示為 CTD（溫鹽深儀）作業(yè)過程中所涉及的設(shè)備資源與 信息資源的相互關(guān)系。本圖僅為示意圖，用于說 明作業(yè)業(yè)務(wù)分析需要從3個(gè)維度進(jìn)行思考。/_ 2圖1開展業(yè)務(wù)分析的3個(gè)維度(示意圖)Fig.1. Three d

7、imensions of business analysis (schematic diagram)經(jīng)緯度信息時(shí)間信息新建極地科考破冰船科考業(yè)務(wù)的核心需求在 于“協(xié)同作業(yè)”,具體可分為“船岸協(xié)同”與“在 船協(xié)同”,未來隨著“雪龍”系列船舶數(shù)量逐步 形成規(guī)模，還將產(chǎn)生“船船協(xié)同”的業(yè)務(wù)需求。 結(jié)合“雪龍2”號(hào)船的實(shí)際定位，本文僅從“船岸 協(xié)同”與“在船協(xié)同”的角度展開論述。業(yè)務(wù)流程包括2個(gè)部分，一是科考業(yè)務(wù)總體流程，二是 調(diào)查作業(yè)業(yè)務(wù)流程。1.1科考業(yè)務(wù)總體流程在充分調(diào)查“雪龍”船歷次南北極航次歷史 記錄4-9的基礎(chǔ)上，“船岸協(xié)同”可歸納為從科考 計(jì)劃的制定到航次報(bào)告完成的整個(gè)業(yè)務(wù)過程，具 體包

8、含“初始化階段”、“計(jì)劃階段”、“協(xié)同作業(yè) 階段”、“統(tǒng)一匯交成果物階段”四個(gè)階段，可體 現(xiàn)為“科考業(yè)務(wù)總體流程”。結(jié)合上述的分析內(nèi)容，首先建立科考業(yè)務(wù)總 體流程，并進(jìn)一步明確總體流程與各業(yè)務(wù)操作的 關(guān)系,見圖2?？瓶荚O(shè)備科考項(xiàng)目 單一業(yè)務(wù)內(nèi)容的時(shí)間關(guān)系業(yè)務(wù)內(nèi)容之間的關(guān)系V單一業(yè)務(wù)的向前發(fā)展綠色字體動(dòng)作與影響I不同階段的分割線一 船舶部CTD絞車及行車操作L 一L船腫部水文生物絞車操作船幌部采樣作業(yè)IL圖2科考業(yè)務(wù)總體流程與協(xié)同作業(yè)階段不同作業(yè)之間的關(guān)系Fig.2. The relationship between the overall business process and the di

9、fferent operation in the collaborative operation phase“初始化階段”具體表現(xiàn)為岸端航次計(jì)劃的 制定到船端確定實(shí)施計(jì)劃的過程，主要包括科考 航線的確定、科考項(xiàng)目的劃分、人員的安排、設(shè) 備的使用等?！坝?jì)劃階段”具體表現(xiàn)為計(jì)劃漸進(jìn)明細(xì)的過 程。依據(jù)極地考察的總體目標(biāo)與重點(diǎn)海域的業(yè)務(wù) 化調(diào)查內(nèi)容與調(diào)查方法4-9,細(xì)化為各考察項(xiàng)目 子課題4-9的專項(xiàng)調(diào)查任務(wù)，實(shí)現(xiàn)總體方案所確 定的目標(biāo)。計(jì)劃階段包括調(diào)查內(nèi)容、站位布設(shè)與 調(diào)查方法這3部分的提交、審核、確定9?！霸诖瑓f(xié)同”以作業(yè)任務(wù)的形式開展，主要 集中于總體流程下的“協(xié)同作業(yè)階段”完成，可 歸納為不同

10、學(xué)科作業(yè)計(jì)劃的執(zhí)行與管理，各類設(shè) 備資源的分配與協(xié)同使用以及數(shù)據(jù)成果物的共享 等業(yè)務(wù)內(nèi)容。在“中國(guó)第四次北極科學(xué)考察” 4 中，整個(gè)航次包含10種不同作業(yè)部位和作業(yè)種類 的作業(yè)內(nèi)容，下文將以CTD作業(yè)4為例對(duì)作業(yè)業(yè) 務(wù)展開分析。“統(tǒng)一匯交成果物階段”匯交范圍和內(nèi)容涵 蓋航次調(diào)查資料、航次調(diào)查、室內(nèi)分析處理資料 和航次調(diào)查成果。成果物主要包括航次設(shè)計(jì)、導(dǎo) 航定位、走航及航渡觀測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)班報(bào)和記錄 等原始資料及處理結(jié)果、經(jīng)整編后的航跡數(shù)據(jù)、 現(xiàn)場(chǎng)工作總結(jié)及技術(shù)總結(jié)等10,最終形成航次 報(bào)告。整個(gè)流程中，不同階段彼此間存在著必然的聯(lián)系，比如“協(xié)同作業(yè)階段”中，實(shí)施計(jì)劃可根據(jù) 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件進(jìn)行調(diào)整，

11、對(duì)“計(jì)劃階段”確定的 人員、設(shè)備的使用產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)調(diào)查資源利用 的最大化。1.2調(diào)查作業(yè)業(yè)務(wù)流程業(yè)務(wù)流程本文以CTD作業(yè)4為例，針對(duì)作業(yè)任務(wù)中 “協(xié)同作業(yè)”相關(guān)的業(yè)務(wù)需求展開歸納與分析。CTD作業(yè)業(yè)務(wù)包含功能性業(yè)務(wù)與業(yè)務(wù)支撐 數(shù)據(jù)流，需滿足CTD現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的功能需求、船岸 作業(yè)監(jiān)督、協(xié)同管理的需要。CTD作業(yè)業(yè)務(wù)分為 三個(gè)階段：CTD作業(yè)計(jì)劃階段、CTD協(xié)同作業(yè)階 段、CTD成果物匯總審核階段。各個(gè)階段在岸端 提供對(duì)應(yīng)監(jiān)視、同步功能，岸端系統(tǒng)使用者可以 實(shí)時(shí)了解船端CTD的作業(yè)情況。CTD作業(yè)作為科考航次11作業(yè)的典型關(guān)鍵 部分，需要以航次計(jì)劃、站位11 布設(shè)計(jì)劃作為前 提，其中CTD作業(yè)計(jì)劃

12、、CTD作業(yè)協(xié)同、CTD 作業(yè)成果物部分使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、實(shí)時(shí)視頻監(jiān) 控的方法提供船岸協(xié)同功能。圖3所示為CTD作 業(yè)業(yè)務(wù)流程圖，包括“船岸協(xié)同作業(yè)”與“在船 協(xié)同作業(yè)”。岸端現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)施計(jì)劃作業(yè)任務(wù)監(jiān)督成果物集中管理船舶甲板工作區(qū)絞車操作間作業(yè)實(shí)刊屈據(jù)物理實(shí)驗(yàn)室船舶月池作業(yè)區(qū)C TD 作 業(yè) 協(xié) 同駕控臺(tái)支撐設(shè) 備數(shù)據(jù)CTD作業(yè)成果物船端圖3 CTD作業(yè)業(yè)務(wù)流程圖Fig.3. CTD operation business flow chart數(shù)據(jù)流向物理實(shí)驗(yàn)室作為CTD作業(yè)指揮中心，接入氣 象、海況、海冰等極區(qū)環(huán)境預(yù)報(bào)和現(xiàn)報(bào)，接入船 載航行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、CTD作業(yè)支撐設(shè)備數(shù)據(jù)（科考 用定位數(shù)據(jù)、

13、姿態(tài)數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、絞車數(shù)據(jù)）。 在物理實(shí)驗(yàn)室中提供集成數(shù)據(jù)環(huán)境，為作業(yè)指揮 提供便利。向現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)位置提供作業(yè)相關(guān)性數(shù)據(jù)，向絞 車間提供專業(yè)水深數(shù)據(jù)，防止CTD架觸底；向作 業(yè)甲板提供CTD絞車運(yùn)行數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)流向圖見 圖4。調(diào)查作業(yè)的管理范圍航次11中所有的CTD作業(yè)全部結(jié)束后，通 過進(jìn)行CTD作業(yè)的數(shù)據(jù)成果物、作業(yè)記錄的表單 提取，可以為航次報(bào)告中涉及CTD部分的相關(guān)內(nèi) 容提供支撐，航次報(bào)告內(nèi)容會(huì)涵蓋CTD實(shí)施計(jì)劃、CTD作業(yè)記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等多類 別、多種數(shù)據(jù)格式的信息。CTD作業(yè)的整個(gè)管理范圍包含：CTD作業(yè)計(jì) 劃、CTD作業(yè)體系與規(guī)范、CTD作業(yè)協(xié)同、CTD 作業(yè)班組、CTD

14、作業(yè)成果物。對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行類 圖（圖5）分析，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)建立良好的基礎(chǔ)。圖4 CTD作業(yè)數(shù)據(jù)流向圖Fig.4. CTD operation data flow diagramCTD作業(yè)記錄+編號(hào)+視頻信號(hào)位置+視成流+作業(yè)位置+ CTD作業(yè)提醒+ CTD作業(yè)記錄+ CTD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)+支撐設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)+作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視顧+環(huán)境數(shù)據(jù)信息+莎位編號(hào) +設(shè)備名稱 +氣象信息 +海冰信息+起始時(shí)間 +結(jié)束時(shí)間 +米水記錄 +簡(jiǎn)要記錄+詛錄人+校對(duì)人 +記隸時(shí)間+編號(hào)+摩備駕稱+設(shè)備狀態(tài)+設(shè)備數(shù)據(jù)+設(shè)備情況+設(shè)備校訂狀態(tài)+編號(hào)+供備名稱+設(shè)備狀態(tài)+設(shè)備數(shù)據(jù)+設(shè)備情況+設(shè)備校訂狀態(tài)+編號(hào) +環(huán)境信息名稱+環(huán)境數(shù)

15、據(jù)+安布人+發(fā)布時(shí)間+編號(hào)+提醒信息+通知信息+埴寫人+填寫時(shí)間CTD作業(yè)協(xié)同作業(yè)位置包括： 物理實(shí)驗(yàn)室、船舶甲板 作業(yè)區(qū)、月池作業(yè)區(qū)、 絞車操作間、駕駛臺(tái)CTD作業(yè)提醒CTD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐設(shè)臂時(shí)數(shù)作業(yè)現(xiàn)參時(shí)數(shù)環(huán)境數(shù)據(jù)信息天氣預(yù)報(bào)、現(xiàn) 報(bào)、海冰、海況圖5 CTD作業(yè)協(xié)同類圖(示例)Fig.5. CTD operation collaboration class diagram (example)審批流程在實(shí)際作業(yè)過程中，僅提取CTD作業(yè)計(jì)劃申請(qǐng) 審核流程與CTD成果提交審核流程。其中CTD協(xié)同 作業(yè)階段由于作業(yè)過程的復(fù)雜性、緊急性等業(yè)務(wù)特點(diǎn), 以作業(yè)提醒、作業(yè)監(jiān)視作為系統(tǒng)功能，不宜使用復(fù)雜 的業(yè)

16、務(wù)流程進(jìn)行管理。如果在協(xié)同作業(yè)階段存在關(guān)鍵 節(jié)點(diǎn)需要使用審批流程管理，可以適當(dāng)增加。作業(yè)計(jì)劃申請(qǐng)審核流程作業(yè)班長(zhǎng)制定了 CTD作業(yè)計(jì)劃后，將CTD 作業(yè)計(jì)劃提交審核，由首席助理根據(jù)實(shí)際情況判 斷是否可以按照計(jì)劃進(jìn)行CTD作業(yè)。將審核結(jié)果 反饋至作業(yè)班長(zhǎng)，完成審核流程。成果物提交審核流程CTD作業(yè)完成后，由CTD數(shù)據(jù)終端人員提 交CTD作業(yè)記錄、CTD溫深鹽數(shù)據(jù)，甲板操作員 提交水樣信息，由作業(yè)隊(duì)長(zhǎng)判斷數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完 整性。如果成果物異常，可能需要檢查故障、重 新制定作業(yè)計(jì)劃。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)合“雪龍2”號(hào)綜合網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)已建設(shè) 的硬件資源，CTD作業(yè)時(shí)需要信號(hào)源提供數(shù)據(jù)支 撐，數(shù)據(jù)主要包括：數(shù)據(jù)流、

17、信息流、視頻流等。 在CTD協(xié)同作業(yè)時(shí)，需依賴船載通導(dǎo)信號(hào)數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)包括經(jīng)緯度、時(shí)間、船艄向、航速、風(fēng)速等, 還需要監(jiān)控萬米測(cè)深儀、高精度GPS、光纖羅經(jīng)、 CTD絞車等設(shè)備提供高精度經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù) 據(jù)、水深數(shù)據(jù)、絞車數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)監(jiān)控的同時(shí)系 統(tǒng)提供作業(yè)位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻信息。從而為 CTD作業(yè)提供穩(wěn)定高效的支撐數(shù)據(jù)。CTD數(shù)據(jù)成 果物的記錄一部分來自SBE911（物理海洋多參數(shù) 理化數(shù)據(jù)采集與探測(cè)系統(tǒng)）與LADCP（聲學(xué)多普勒 海流剖面儀）設(shè)備，另一部分需要記錄高精度經(jīng) 緯度數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)作為支撐數(shù)據(jù)。CTD作業(yè)相關(guān)信號(hào)源（表1）CTD作業(yè)相關(guān)的設(shè)備、儀器、信號(hào)源共16 種，

18、預(yù)計(jì)有20個(gè)信號(hào)源接入。設(shè)備數(shù)據(jù)存在主備關(guān)系（表2）,關(guān)鍵設(shè)備數(shù) 據(jù)需要提供備份數(shù)據(jù)源，如UTC信息源（NTP, Network Time Provider網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)源）、定位及 姿態(tài)數(shù)據(jù)源（POS-MV,船載定位、定姿系統(tǒng)）、水 深數(shù)據(jù)源（萬米測(cè)深儀）需要提供一個(gè)以上備份數(shù) 據(jù)源，以免數(shù)據(jù)缺失。表1 CTD作業(yè)相關(guān)的設(shè)備、儀器、信號(hào)源Table 1. CTD operation related equipment and signal source序號(hào)設(shè)備儀器信號(hào)源名稱型號(hào)數(shù)量1物理海洋多參數(shù)理化數(shù)據(jù)采集與探測(cè)系統(tǒng)SBE91112聲學(xué)多普勒海流剖面儀LADCP13走航式聲學(xué)多普勒海流ADC

19、P(38K/300K)24CTD絞車15全海深測(cè)深儀（萬米測(cè)深儀）EA64016DGPS（差分全球定位系統(tǒng)）DGPS-LD717光纖羅經(jīng)（VERIPOS）18POS-MV（船載定位、定姿系統(tǒng)）19船基自動(dòng)氣象站110DGPS（差分全球定位系統(tǒng)）DGPS-LD5311電羅經(jīng)112風(fēng)速風(fēng)向儀113計(jì)程儀114測(cè)深儀115視頻監(jiān)控系統(tǒng)116天氣預(yù)報(bào)、現(xiàn)報(bào)1表2信號(hào)源主備關(guān)系Table 2. The relationship of primary and secondary signal source信號(hào)源（主）信號(hào)源（備1）信號(hào)源（備2）信號(hào)源（備3）NTPPOS-MV通用定位POS-MV專業(yè)姿態(tài)萬

20、米測(cè)深儀POS-MV通用定位 高精度GPS+電羅經(jīng) 光纖羅經(jīng) 船載測(cè)深儀高精度GPS船載GPS+電羅經(jīng)船載GPSCTD作業(yè)依賴參數(shù)需要從各個(gè)信號(hào)源接入信號(hào)48項(xiàng)，數(shù)據(jù)在系 統(tǒng)中定義唯一標(biāo)識(shí)符、描述信息。在系統(tǒng)中需要 定義數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)單位, 用于數(shù)據(jù)接入、處理、存儲(chǔ)、顯示，設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù) 展示精度可以低于存儲(chǔ)精度。CTD作業(yè)數(shù)據(jù)接入對(duì)于CTD業(yè)務(wù)來說,設(shè)備之間提供數(shù)據(jù)可能 出現(xiàn)冗余，需要按照業(yè)務(wù)規(guī)則確定具體的信號(hào)源, 即當(dāng)數(shù)據(jù)可以由多個(gè)設(shè)備輸出時(shí)，數(shù)據(jù)需要根據(jù) 設(shè)備主備關(guān)系獲取；數(shù)據(jù)源由系統(tǒng)日志記錄；系 統(tǒng)可以按照CTD業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。CTD作業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)CTD業(yè)務(wù)中接入的各類

21、數(shù)據(jù)，一部分用于監(jiān) 控顯示，其他部分需要進(jìn)行存儲(chǔ)便于查詢。CTD作 業(yè)中用于存儲(chǔ)、查詢的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)包含時(shí)空數(shù)據(jù)。樣品數(shù)據(jù)在第36次南極考察過程中，細(xì)化分析航次現(xiàn) 場(chǎng)調(diào)查資料中的樣品管理規(guī)范10,將CTD采水 任務(wù)分解為采水計(jì)劃與掃描入庫(kù)兩部分（圖6）, 通過業(yè)務(wù)化系統(tǒng)與智能手持終端設(shè)備完成水樣錄 入與管理過程。圖6采樣計(jì)劃與掃描入庫(kù)流程Fig.6. Sampling plan and scanning warehousing process2業(yè)務(wù)架構(gòu)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)需要從技術(shù)層面得到支撐，系統(tǒng) 建設(shè)采用面向服務(wù)技術(shù)架構(gòu)12作為整個(gè)技術(shù)架 構(gòu)的骨干支撐，快速、有效解決業(yè)務(wù)協(xié)同、資源 共享以及

22、應(yīng)用支撐的架構(gòu)問題。技術(shù)架構(gòu)（圖7）根據(jù)建設(shè)內(nèi)容可以分為數(shù)據(jù)、 服務(wù)、應(yīng)用3個(gè)核心結(jié)構(gòu)，主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的采 集、存儲(chǔ)、加工與服務(wù),業(yè)務(wù)功能構(gòu)件的封裝與實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)應(yīng)用的功能集成與整合。2.1數(shù)據(jù)（D）數(shù)據(jù)層是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源中心，涵蓋管 理平臺(tái)中所有相關(guān)的結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包 括與數(shù)據(jù)直接相關(guān)的所有操作，是數(shù)據(jù)從進(jìn)入系 統(tǒng)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的追蹤記錄集合與操作記錄集合。 它是數(shù)據(jù)資源的存儲(chǔ)和積累，為系統(tǒng)應(yīng)用提供標(biāo) 準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)并提供備份、存儲(chǔ)功能。SpringMVC SpringBoot應(yīng)用(A)公共服務(wù)組件基礎(chǔ)業(yè)務(wù)構(gòu)件Business FunctionSpringBoot集中認(rèn)證服務(wù)(CAS

23、:Central AuthenticationService)統(tǒng)一用戶管理（LDAP:Light Directory Access Portocol輕量級(jí)目錄訪問協(xié)議）統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的數(shù)據(jù)交互API數(shù)據(jù)服務(wù)數(shù)據(jù)(D)套接字超文本傳輸協(xié)議遠(yuǎn)程調(diào)用服務(wù) （Socket）(Http)(WebService)分布式文件系統(tǒng)（HDFS）數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問接口驅(qū)動(dòng)持久化框架圖7系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig.7. The technical framework of system連接池緩存通過服務(wù)封裝數(shù)據(jù)的配置接口、操作接口以及 管理接口，既可滿足安全和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的約定，

24、又可 滿足服務(wù)路由和數(shù)據(jù)權(quán)限等信息管理的要求。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用 ORM （Object Relational Mapping, 對(duì)象關(guān)系映射）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)，采用 HDFS（Hadoop Distributed File System 分布式文件系統(tǒng)）分布式文件系統(tǒng)為非結(jié)構(gòu)化 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了高效的解決方案。數(shù)據(jù)服務(wù)基于統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的交互接口, 提供多樣性的服務(wù)形式和多種標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)，基 于 Socket 的 JSON（JavaScript Object Notation）格式, 基于HTTP（超文本傳輸協(xié)議）的RESTFUL （面向資 源的設(shè)計(jì)風(fēng)格）格式，基于WebServi

25、ce（遠(yuǎn)程調(diào)用 服務(wù)）的 xml（eXtensible Markup Language）格式， 同時(shí)也提供原始數(shù)據(jù)服務(wù)。2.2服務(wù)（S）服務(wù)層構(gòu)建于數(shù)據(jù)層之上，是整個(gè)系統(tǒng)體系 架構(gòu)的核心，并提供大量公共服務(wù)和基于業(yè)務(wù)構(gòu) 件的服務(wù)，提供服務(wù)的運(yùn)行、管理環(huán)境，最大限度 提高業(yè)務(wù)開發(fā)效率，降低工程實(shí)施、維護(hù)的成本 和風(fēng)險(xiǎn)。服務(wù)層采用支撐體系結(jié)構(gòu)的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和 規(guī)范，以幫助建立高性能、高可靠性、高擴(kuò)展性 的應(yīng)用系統(tǒng)，滿足客戶快速發(fā)展的業(yè)務(wù)需求?；A(chǔ)業(yè)務(wù)構(gòu)件采用分布式服務(wù)架構(gòu)13,基于 微服務(wù)框架SpringCloud14設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模塊化、高 性能、可伸縮的分布式服務(wù)體系。公共服務(wù)組件提供高效的系統(tǒng)中間件

26、，對(duì)數(shù) 據(jù)、服務(wù)等進(jìn)行有效的解耦。服務(wù)層提供由同一用戶管理+集中認(rèn)證服務(wù) 實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一用戶管理體系，支持單點(diǎn)登錄業(yè)務(wù)整 合，有效解決“一次登錄，多處使用”。2.3應(yīng)用（A）業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供所有的信息應(yīng)用和系統(tǒng)管 理的業(yè)務(wù)邏輯，分解業(yè)務(wù)請(qǐng)求，通過支撐服務(wù)層 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將返回信息組成所需的格式 提供給客戶端。與傳統(tǒng)體系架構(gòu)下的業(yè)務(wù)層不同, 面向服務(wù)架構(gòu)的業(yè)務(wù)層基于服務(wù)構(gòu)建，從而可 以使業(yè)務(wù)能夠更快地組裝，達(dá)到服務(wù)的改變不 會(huì)影響已經(jīng)使用中的業(yè)務(wù)應(yīng)用，使形成的應(yīng)用 更加穩(wěn)定。應(yīng)用層包含Web系統(tǒng)與應(yīng)用軟件，設(shè)計(jì)基于 Springboot微服務(wù)框架實(shí)現(xiàn)，可集成多種組件， 無需依賴Servlet容器，

27、與分布式服務(wù)天然集成， 并可獨(dú)立運(yùn)行、部署。2.4展現(xiàn)（P）展現(xiàn)層15設(shè)計(jì)為前后端分離架構(gòu)16,基于 HTML5、Javascript等前端技術(shù)實(shí)現(xiàn)，自由集成多 種流行的前端插件，融合GIS（地理信息系統(tǒng)），實(shí) 現(xiàn)資源、數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一展示。展現(xiàn)層設(shè)計(jì)支持多終端，在PC（個(gè)人電腦） 機(jī)、移動(dòng)設(shè)備（Android系統(tǒng)、iOS系統(tǒng)）等終端進(jìn) 行信息顯示與人機(jī)交互。3應(yīng)用實(shí)踐根據(jù)業(yè)務(wù)分析與架構(gòu)研究的成果，研發(fā)科考 作業(yè)協(xié)同管理平臺(tái)。管理平臺(tái)可根據(jù)海洋調(diào)查規(guī) 范（GB12763.1-10 2007）中定義的科學(xué)調(diào)查航次、調(diào) 查海域、調(diào)查站位、走航測(cè)線、調(diào)查測(cè)線等概念，結(jié) 合極地科考實(shí)際應(yīng)用業(yè)務(wù)，提供方便

28、、可視化、可 擴(kuò)展的科考業(yè)務(wù)流程，并在此過程中規(guī)范各類作 業(yè)規(guī)范和作業(yè)流程，統(tǒng)一整理并輸出各類業(yè)務(wù)記 錄模板。2019年10月15日一2020年4月23日，雪 龍2”號(hào)參與執(zhí)行中國(guó)第36次南極考察任務(wù)，并 在南大洋宇航員海進(jìn)行了為期約37天的科考調(diào) 查作業(yè)。在此期間極地科考破冰船科考協(xié)同管理 平臺(tái)在協(xié)調(diào)作業(yè)管理中發(fā)揮了重要作用，受到實(shí) 驗(yàn)室管理人員（用戶，平臺(tái)的操作管理人員）和科 考隊(duì)員（服務(wù)對(duì)象，平臺(tái)使用具體受益人員）的廣 泛好評(píng)，并得到新聞媒體的關(guān)注17o“雪龍2號(hào)第36次南極科學(xué)考察中，在船應(yīng) 用的科考協(xié)同管理平臺(tái)為1.0版本。主界面為經(jīng) 典地圖類網(wǎng)頁(yè)排版，主體為左右結(jié)構(gòu)（圖8a）,左

29、側(cè)區(qū)域較大，為主要展示區(qū)域，該區(qū)域主要展示 海圖地圖、站位站點(diǎn)信息、冰圖等信息。通過該 區(qū)域右下角的“航跡查詢”、“航行計(jì)劃”、“冰區(qū) 圖層”、“臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)”等快捷菜單，可方便顯示對(duì) 應(yīng)信息。同時(shí)還可以通過點(diǎn)擊地圖、“海圖、 “衛(wèi)星圖”實(shí)現(xiàn)顯示區(qū)域地圖的便捷切換；右 側(cè)區(qū)域較小，主要為信息查看區(qū)域，該區(qū)域頂 部主要顯示航行（圖8b）、機(jī)艙、氣象（圖8c）、 水文（圖8d）等與科考調(diào)查相關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)，中部 主要展示航次基本情況，底部主要展示站位及站 點(diǎn)編號(hào)等信息。實(shí)驗(yàn)室管理人員可以分權(quán)限通過賬號(hào)和密 碼登錄進(jìn)入平臺(tái)后臺(tái)，對(duì)航次基本信息、站位站 點(diǎn)信息、水深水文定位等輸入?yún)?shù)的輸入源選擇 等內(nèi)容進(jìn)行

30、編輯處理。平臺(tái)系統(tǒng)在船上局域網(wǎng)內(nèi) 運(yùn)行，接入局域網(wǎng)內(nèi)任何一臺(tái)電腦均可打開查 看，科考隊(duì)員就近在實(shí)驗(yàn)室、居住艙室均可方便 進(jìn)入該平臺(tái)，進(jìn)行作業(yè)站位信息、作業(yè)內(nèi)容、作 業(yè)時(shí)長(zhǎng)、航行等待時(shí)長(zhǎng)、水文基礎(chǔ)信息等的查詢 和記錄。實(shí)驗(yàn)室管理人員通過固定格式的Excel表格, 將站位名、位置、站位作業(yè)內(nèi)容、各項(xiàng)目進(jìn)行時(shí)長(zhǎng) 等進(jìn)行編輯，導(dǎo)入系統(tǒng)平臺(tái)后，科考隊(duì)員可在各終 端便捷查看。若調(diào)查計(jì)劃有調(diào)整，如作業(yè)站點(diǎn)先后 順序發(fā)生變化，管理人員可編輯頁(yè)面進(jìn)行各站點(diǎn)的 上下移動(dòng)調(diào)整；科考隊(duì)員通過主頁(yè)右上角可以直觀 查詢到距下一站點(diǎn)的距離、預(yù)計(jì)航行時(shí)間和到達(dá)時(shí) 間，以便合理安排作息時(shí)間和采樣準(zhǔn)備工作；點(diǎn)開 站位編號(hào), 可以

31、查詢到該站點(diǎn)具體的調(diào)查作業(yè)項(xiàng)目, 以及每個(gè)項(xiàng)目的持續(xù)時(shí)間。圖8協(xié)同管理平臺(tái)主界面顯示Fig.8. Main interface display of collaborative management platform除上述查詢功能外，平臺(tái)還具有以往航 跡線查詢的功能，科考隊(duì)員可以對(duì)船舶經(jīng)過 的航線進(jìn)行查看，航跡線由航跡點(diǎn)組成，每 個(gè)點(diǎn)均包含:UTC時(shí)間、GPS位置、水深、海 水溫度、海水鹽度等參數(shù)。這對(duì)進(jìn)行一些走航 測(cè)量的項(xiàng)日或錯(cuò)過某些站點(diǎn)信息記錄的隊(duì)員 來說非常實(shí)用。同時(shí)系統(tǒng)平臺(tái)具有臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)查 詢更新系統(tǒng)，可從NOAA官網(wǎng)定期抓取“雪龍 2”號(hào)附近海域的氣旋信息（圖9）,確保航行和 調(diào)查作業(yè)安全，并為現(xiàn)場(chǎng)航行決策人員和首 席科學(xué)家提供航線調(diào)整、調(diào)查作業(yè)計(jì)劃調(diào)整的 參考。此外，平臺(tái)還具備在原有海圖或衛(wèi)星底 圖上疊加最近日期冰情圖的功能，原有作業(yè) 站點(diǎn)也將在冰圖上得以顯示，首席科學(xué)家可 以對(duì)原計(jì)劃的調(diào)查作業(yè)站點(diǎn)是否受到海冰影 響進(jìn)行評(píng)估，從而確定是否調(diào)整計(jì)劃，有效 提高作業(yè)效率并節(jié)約船時(shí)。通過一個(gè)南極航次的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用檢驗(yàn)，極 地科考破冰船科考協(xié)同管理平臺(tái)能較好地適應(yīng) “雪龍2號(hào)極地科考作業(yè)模式，為首席科學(xué)家、 科考作業(yè)隊(duì)員、航行人員和實(shí)驗(yàn)