海洋信息調(diào)研報(bào)告

1、調(diào)研報(bào)告：1海洋信息的昨天，今天和明天目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 獲取海洋信息的意義2 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 歷史上世界對于海洋信息的獲取2 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 2.1對海岸線的了解2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.2對于海洋的戰(zhàn)略信息的了解3 HYPERLINK l bookmark25 o Current Documen

2、t 當(dāng)今的海洋信息3 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 3.1當(dāng)今海洋信息的獲取3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.1.1海底觀測網(wǎng)絡(luò)3 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 3.1.2海洋信息獲取裝備.4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3.2海洋信息的處理43.2.1海洋信息的處理的技術(shù).4 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.2.2我國

3、對于海洋信息的處理5 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 我國海洋信息獲取所面對的困難與可能的解決方案6 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 參考文獻(xiàn)7獲取海洋信息的意義在19世紀(jì)時(shí)，美國軍事理論家馬漢建立了海權(quán)論，他指出海洋關(guān)系到國家 的全和發(fā)展，強(qiáng)國地位的更替，實(shí)際上是海權(quán)的易手，且進(jìn)一步指出欲發(fā)展海洋 必須發(fā)展強(qiáng)大的海軍以控制海洋，基于強(qiáng)大的軍事力量的保護(hù)才能對利用海洋發(fā) 展商業(yè)貿(mào)易以及海洋資源利用等一系列經(jīng)濟(jì)行為，以使國家強(qiáng)大。無論是軍事行 動(dòng)還是經(jīng)濟(jì)行為，脫離了對海域的了解，對海洋水文信息

4、，海底地質(zhì)構(gòu)造的了解， 都是難以開展的，只有當(dāng)我們對海洋的各項(xiàng)信息有足夠的了解時(shí)，我們才能開展 一系列的活動(dòng)，否則就如同失去雙眼與他人交戰(zhàn)，或者如盲人摸象般在海洋中搜 取資源，都沒有獲得成功的可能。由此可見，對于海洋信息的獲取，是一個(gè)國家 擁有制海權(quán)的基礎(chǔ)，更進(jìn)一步而言是一個(gè)國家強(qiáng)大的必要條件，獲取海洋信息的 重要性由此可見一斑。歷史上世界對于海洋信息的獲取2.1對海岸線的了解人類第一次真正意義上的獲取海洋信息，大概要數(shù)對海岸線的了解。我國早在15世紀(jì) 明朝之時(shí)，便組織過由鄭和率領(lǐng)的艦隊(duì)七次出海遠(yuǎn)行的行動(dòng)，繪制了當(dāng)時(shí)世界上最早的海圖 集，最遠(yuǎn)抵達(dá)了非洲東部，極大地?cái)U(kuò)充了當(dāng)時(shí)明朝對海岸線信息的了

5、解。而海岸線信息的影 響在歐洲的航海大發(fā)現(xiàn)中有著更深的體現(xiàn)。16世紀(jì)時(shí)葡萄牙迫于西班牙在陸地上的貿(mào)易封鎖，在亨利王子的帶領(lǐng)下，葡萄牙開始 掀起了轟轟烈烈的大航海運(yùn)動(dòng)，通過海上的航行他們了解了葡萄牙周圍的海岸地貌，從而繪 制出了葡萄牙與印度一帶以及葡萄牙與非洲之間的海上航線，從海上打開了市場。通過從東 方交易而回的香料、象牙和黃金以及從非洲交易而回的黑奴等資源，葡萄牙的經(jīng)濟(jì)迅速崛起 發(fā)展成一代世界強(qiáng)國。而麥哲倫艦隊(duì)的環(huán)球航行所帶來的世界海洋地理消息同樣使得西班牙 在海洋活動(dòng)中收益良多成為一代海上霸主。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

6、蘭成為世界強(qiáng)國的阻礙，因?yàn)樗?們擁有著強(qiáng)大的海洋力量。在一開始荷蘭僅是因?yàn)槠浜Ｉ线\(yùn)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(qiáng)國乃至世界霸主的轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(yùn)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(huì)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)。2.2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

7、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(bǔ)全，同時(shí)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(shí)，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?。?dāng)今的海洋信息3.1當(dāng)今海洋信息的獲取3.1.1海底觀測網(wǎng)絡(luò)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(gè)由海底電纜構(gòu)

8、成的海底實(shí)時(shí)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(gè)海陸空天潛一體的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。Geospatial Observing SystemsVENUS Phse II 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(gè)由海底電纜構(gòu)成的海底實(shí)時(shí)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(gè)海陸空天潛一體的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。Geospatial Observing Sys

9、temsVENUS Phse II - Expansion企內(nèi) 點(diǎn)好men括噂星站tiPhflis? L圖1如圖1所示，為維多利亞海底觀測網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)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(gè)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。3.1.2海洋信息獲取裝備水下平臺(tái)：水下平臺(tái)可以針對水下的個(gè)體目標(biāo)以及海水的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行觀測。水下平臺(tái) 一般都裝備有避碰、導(dǎo)航、多

10、部主動(dòng)探測、被動(dòng)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(tái)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(tái)自身噪 聲背景等因素影響波動(dòng)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(tái)防衛(wèi)、 攻擊能力的發(fā)揮，影響執(zhí)行其他任務(wù)的效果?？罩衅脚_(tái)與衛(wèi)星:空中平臺(tái)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)、

11、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?dòng)目標(biāo)、海 面移動(dòng)目標(biāo)、淺水潛航的潛艇潛器進(jìn)行探測識(shí)別，形成較大海域的?？?、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(shí)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(fèi)投入也較大，一般是大型艦艇編隊(duì)或大型戰(zhàn)略行動(dòng)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(shí)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)

12、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(shí)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(shí)別、情報(bào)收集和數(shù)據(jù)通訊。3正因?yàn)樗聶C(jī)器人體現(xiàn)出其實(shí)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(tái)各種水下機(jī)器人，其中914臺(tái)作業(yè)級水下機(jī)器人、2656臺(tái)觀察型機(jī)器人、 134臺(tái)AUV;13臺(tái)重型、58臺(tái)埋纜、135臺(tái)輕型、113臺(tái)用于調(diào)查的水下機(jī)器人;1733臺(tái)為軍

13、 事服務(wù)的各類水下機(jī)器人預(yù)2008年其市場將達(dá)7.5億美元。目前6 000 m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(duì)。根據(jù)美國海軍 的無人駕駛水下運(yùn)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(jì)到2020年前后，美軍將擁有1 000套這種水下機(jī)器人。3.2海洋信息的處理3.2.1海洋信息的處理的技術(shù)Mapreduce 技術(shù)MapReduce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(gè)船舶地理信

14、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(jì)算機(jī)中，并利MapReduce 技術(shù)對用戶的查詢進(jìn)行并行化邏輯處理，以實(shí)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(jì)算模型和方法。基于云計(jì)算的空間索引算法云計(jì)算結(jié)構(gòu)主要通過虛擬化計(jì)算將大量的計(jì)算資源及存儲(chǔ)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(jì)算節(jié)點(diǎn) 的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。移動(dòng)云計(jì)算結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算，在進(jìn)行船舶地理信息查 詢系統(tǒng)中，將移動(dòng)云平臺(tái)在對用戶提供服務(wù)的層面劃分為“用戶端”、“信息端”及“云端”

15、； 而移動(dòng)云平臺(tái)的平臺(tái)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(jì)算及存儲(chǔ)虛擬層。移動(dòng)云平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示?？蛻舳耍褐赣脩暨M(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(dòng)云計(jì)算平臺(tái)中主要指接入云端的移動(dòng)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(jì)算節(jié)點(diǎn)及存儲(chǔ)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(shí)需要監(jiān)控整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)，如計(jì)算節(jié)點(diǎn)是否正在使用、是否脫圖23.2.2我國對于海洋信息的處理2 0世紀(jì)8 0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

16、性保存為主，實(shí)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(shí)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(shí)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(qiáng)烈反響。我國海洋工作者將其 與海洋領(lǐng)域的工作和實(shí)踐相結(jié)合，于1 9 9 9年提出“數(shù)字海洋”概念以及相關(guān)建設(shè)構(gòu)想， 并與2 0 0 3年正式啟動(dòng)我國數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架構(gòu)建項(xiàng)目，成為我國海洋信息化領(lǐng)域首 個(gè)全國范圍內(nèi)的專項(xiàng)工程。2 0 11年數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架建設(shè)圓滿結(jié)束，取

17、得一系列豐 碩成果，同時(shí)也還存在如缺乏實(shí)時(shí)、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(jì)算、可存儲(chǔ)的對象。海洋環(huán)境信息中，溫度、鹽度、濕度等都是隨著時(shí)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(chǔ)、運(yùn)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(shí)驗(yàn)室的吳立新院士于近年 提出“透明海洋”的工程構(gòu)想?！?/p>

18、透明海洋”針對我國南海、西太平洋和東印度洋，實(shí)時(shí)或 準(zhǔn)實(shí)時(shí)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(shí)間內(nèi)海洋環(huán)境、氣候及資源的時(shí)空變化，實(shí)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我國海洋信息獲取所面對的困難與可能的解決方案海洋信息化缺乏頂層體系性設(shè)計(jì)：目前我國仍較重視個(gè)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

19、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(gè)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(shí)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、2