大連“智慧海洋”示范工程啟動

李 利，周 延，管 宇，李震宇，付 淼

(大連測控技術(shù)研究所，遼寧 大連 116013)

0 引 言

眾所周知海洋具有“大”“分”“散”“變”的特點，信息管控就成了最基礎(chǔ)、最重要、最有效、成本最低的手段。大連“智慧海洋”示范工程將現(xiàn)代化智能技術(shù)、信息處理技術(shù)與海洋裝備、海洋活動相結(jié)合，以完善的海洋信息采集與傳輸體系為基礎(chǔ)，運用工業(yè)大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)海洋資源共享、海洋活動協(xié)同，挖掘新需求，創(chuàng)造新價值，達到智慧海洋的目的。“智慧海洋”是海洋工業(yè)化與海洋信息化的深度融合，也是全面提升海洋管理能力、海洋安全能力、海洋開發(fā)利用能力的整體解決方案[1]。

1 示范工程概況

大連“智慧海洋”示范工程，充分利用了沿海的便利條件，初步實現(xiàn)了局域性海域的“智能化”、“數(shù)字化”和“透明化”。大連“智慧海洋”示范工程分為以下4個部分：海洋信息感知、海洋信息傳輸、海洋信息融合和海洋安全防護。

經(jīng)過前期的建設(shè)，實現(xiàn)了近30套設(shè)備的試驗室聯(lián)調(diào)與海上測試，目前，各感知系統(tǒng)已調(diào)試正常，并具備了初步展示能力。

2 海洋信息感知

海洋信息感知，是對海洋認識與開發(fā)的基礎(chǔ)，隨著傳感器技術(shù)與信息處理技術(shù)的發(fā)展，對海洋信息的感知手段也越來越豐富。大連“智慧海洋”示范工程可感知的海洋環(huán)境信息參數(shù)包含：水文、氣象、水質(zhì)、聲場、電場、磁場、重力場、水壓場、海底地貌以及海洋動力等環(huán)境參數(shù)，涵蓋了水聲信號采集及信號處理、水聲通信技術(shù)、無線通信技術(shù)、高頻地波雷達等多種技術(shù)領(lǐng)域。

海洋信息參數(shù)的感知主要面向長期的數(shù)據(jù)積累、融合觀測與集成分析。多種設(shè)備與測量平臺相結(jié)合可應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如收集海洋基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)備可應(yīng)用于海洋測繪、海洋地質(zhì)調(diào)查、海洋工程勘探、海洋資源開發(fā)、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋水質(zhì)監(jiān)測、海珍品養(yǎng)殖等領(lǐng)域；相關(guān)機動式設(shè)備還可拓展到水聲偵測、水雷探測、警戒安防等海洋國防安全領(lǐng)域；水面與水下的多種無人平臺更可兼容多種任務(wù)模塊，完成執(zhí)法取證、態(tài)勢監(jiān)控、海域巡邏、沉船沉物搜尋、水下考古等任務(wù)。

3 海洋信息傳輸

大連“智慧海洋”示范工程構(gòu)建了一體化的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，各海洋信息感知設(shè)備可以與數(shù)據(jù)中心進行高效的數(shù)據(jù)通信，可以通過有線方式傳輸數(shù)據(jù)，如電纜、網(wǎng)線、光纖等；也可以通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)，如：水聲通信、微波通信、通用分組無線服務(wù)技術(shù)(General Packet Radio Service,GPRS)、碼分多址 (Code Division Multiple Access,CDMA)、北斗衛(wèi)星通信等，其中GPRS與CDMA屬于移動通信技術(shù)，與手機相類似，可以更為方便靈活地傳輸數(shù)據(jù)，水聲通信及微波通信具備網(wǎng)絡(luò)自初始化、移動節(jié)點隨機接入、動態(tài)路由重組和路由自修復(fù)、多跳通信、網(wǎng)絡(luò)長時間可靠運行等能力。空中無線通信方式(微波通信、GPRS、CDMA、北斗衛(wèi)星通信)的引入更拓展了各種設(shè)備的測量區(qū)域和活動范圍。水上、水面與水下數(shù)據(jù)通信協(xié)同工作，形成了各類設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng)。經(jīng)多種方式傳輸?shù)母黝愒O(shè)備數(shù)據(jù)，最終傳輸至示范工程數(shù)據(jù)中心，各類數(shù)據(jù)一方面進行實時顯示，另一方面，可存儲于后臺數(shù)據(jù)庫，形成長時間的數(shù)據(jù)積累，為后期數(shù)據(jù)融合分析做儲備。

4 海洋信息融合

針對各類設(shè)備所測得的海洋參數(shù)與分析數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，得到長時間的數(shù)據(jù)積累，基于大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析與融合處理，最終形成面向不同應(yīng)用方向的數(shù)據(jù)鏈。大數(shù)據(jù)分析融合的系統(tǒng)框圖如圖1所示。海洋信息融合有著廣泛的應(yīng)用方向，如海洋環(huán)境監(jiān)測、目標識別、安防警戒、漁船管控、海上執(zhí)法取證、執(zhí)法安全等。

圖1 大數(shù)據(jù)分析融合系統(tǒng)框圖Fig.1 The block diagram of big data analysis and fusion system

基于示范工程現(xiàn)有的通信網(wǎng)，進一步利用北斗衛(wèi)星通信、光纖通信、微波通信和水聲通信等設(shè)施與技術(shù)，對數(shù)據(jù)中心、測量船與水面及水下測量設(shè)施等進行互聯(lián)互通，構(gòu)建了各類設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng)。通過衛(wèi)星遙感、雷達、視頻監(jiān)控，以及聲、電、磁等多種監(jiān)測手段，實現(xiàn)了全方位、立體化、持續(xù)性監(jiān)測，形成了對異常情況能及時預(yù)警、安全防護的體系。建立了試驗綜合管理系統(tǒng)、大屏幕綜合顯示系統(tǒng)，實現(xiàn)了試驗方案設(shè)計、申請、實施、記錄、數(shù)據(jù)整理等綜合管理。

5 海洋安全防護

大連“智慧海洋”示范工程構(gòu)建了由遠及近的海洋安全防護體系：海洋環(huán)境聲學(xué)、電磁場監(jiān)測系統(tǒng)等同時兼具對入侵目標的監(jiān)測預(yù)警功能，可實現(xiàn)較遠距離的探測與報警；水下防蛙人聲吶探測系統(tǒng)可對入侵到防護區(qū)域內(nèi)的UUV、蛙人運載器及蛙人等目標實施實時探測、跟蹤，并在控制中心進行報警，配合水下強聲驅(qū)逐設(shè)備，形成中程防護；在距離較近時采用阻攔網(wǎng)，形成物理隔離與防護。對水上作業(yè)人員配備搜救定位系統(tǒng)，使水上作業(yè)人員意外落水或發(fā)生海難時能夠及時報警并獲得救助，滿足快速、高效的海上應(yīng)急搜救處置的需求。

海洋安全防護體系可應(yīng)用于港口要地、海上重要設(shè)施、重要海島及出海口、重要沿海城市等的安防工作。結(jié)合各類海洋信息感知設(shè)備，形成了機動式與固式相結(jié)合、遠中近分層級、空天地海潛一體化的防護指控體系。

6 現(xiàn)階段成果與應(yīng)用前景展望

大連“智慧海洋”示范工程，自建設(shè)以來已經(jīng)取得了初步成果，完成了包括海洋水質(zhì)監(jiān)測、海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、海洋電磁場監(jiān)測、水下強聲驅(qū)系統(tǒng)、水下通信組網(wǎng)、重力儀、無人艇、海洋環(huán)境觀測無纜水下機器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)等近30套涉海儀器與設(shè)備的聯(lián)調(diào)與試驗，70多種參數(shù)的數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)了長時間、大量的海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累，針對海上重要設(shè)施的海生物附著，建立了生物防護工程，生物防護工程與安防體系相結(jié)合，形成了對海上重要設(shè)施的安防。大連“智慧海洋”示范工程的安防體系與生物防護工程已經(jīng)應(yīng)用在了重要碼頭、海港與海上重要設(shè)施的安全防護中。

大連“智慧海洋”示范工程有著廣闊的應(yīng)用前景：建設(shè)集數(shù)字化海洋與透明化海洋為一體的區(qū)域性海洋研究基地，重點是深化示范工程的建設(shè)工作，形成全天侯、無人值守、智能化的運營能力；建設(shè)涉海儀器、設(shè)備聯(lián)調(diào)、試驗、測試、評估等性能檢驗中心；依托現(xiàn)有技術(shù)成果和相應(yīng)保障能力，建設(shè)國家級深海裝備運行、維護、保障、服務(wù)基地；最后，積極推廣“智慧海洋”示范工程在漁船管控、海上執(zhí)法取證、執(zhí)法安全等方向上的應(yīng)用，尋求更多的項目合作。