北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)運(yùn)行

劉增宏，王德亮， 盧少磊， 諶啟偉， 曹敏杰， 李 莉， 許建平

（1.衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2.自然資源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；3.中國(guó)船舶重工集團(tuán)有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

國(guó)際 Argo計(jì)劃自 2000年啟動(dòng)實(shí)施以來(lái)，30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在全球海洋中陸續(xù)投放了超過(guò)14 000個(gè)自動(dòng)剖面浮標(biāo)。目前在海上正常工作的浮標(biāo)總數(shù)約3 900個(gè)，已經(jīng)成為全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)的重要支柱，正源源不斷地為國(guó)際社會(huì)提供全球海洋 0～2 000 m深度范圍內(nèi)的海洋溫度和鹽度資料。迄今所獲剖面資料總數(shù)已達(dá)180萬(wàn)條，并正以每年約14萬(wàn)條剖面的速度增加[1-3]。Argo已經(jīng)成為從海盆尺度到全球尺度物理海洋學(xué)研究的主要數(shù)據(jù)源，而且已在海洋和大氣科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究及其業(yè)務(wù)化預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中得到廣泛應(yīng)用[4-6]。在未來(lái) 2年內(nèi)將最終建成由4 000個(gè)剖面浮標(biāo)組成的“全球Argo”實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)，每年補(bǔ)充布放的浮標(biāo)約需1 000個(gè)左右[7]。截止 2017年底，我國(guó)累計(jì)在太平洋和印度洋等海域布放了400多個(gè)Argo剖面浮標(biāo)，仍有100多個(gè)在海上正常工作，已成為國(guó)際 Argo計(jì)劃的重要成員國(guó)。

然而，我國(guó)Argo計(jì)劃布放的剖面浮標(biāo)主要為美國(guó)Teledyne Webb公司研制的APEX型，以及法國(guó) NKE公司研制的PROVOR 型和ARVOR型剖面浮標(biāo)。在這些型號(hào)的剖面浮標(biāo)中，APEX型浮標(biāo)的開(kāi)發(fā)時(shí)間最早，技術(shù)性能最穩(wěn)定，特別受到各Argo成員國(guó)的青睞，目前約占全球Argo觀測(cè)網(wǎng)中浮標(biāo)總數(shù)的57%。我國(guó)雖自“十五”計(jì)劃開(kāi)始，就已著手國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作，先后研制出了多種型號(hào)的自持式剖面浮標(biāo)，并采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）定位和數(shù)據(jù)傳輸，已經(jīng)具備批量生產(chǎn)的能力，但在 2015年 10月以前，在全球Argo實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)中卻還難見(jiàn)其身影[8]。究其原因，除了國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)提供的觀測(cè)信息、數(shù)據(jù)格式和采樣參數(shù)等與國(guó)際Argo資料管理小組的規(guī)定不符，以及剖面浮標(biāo)在海上長(zhǎng)期測(cè)量的可靠、穩(wěn)定性和觀測(cè)資料的精度還有待改進(jìn)和提高外，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位、通訊的國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)，缺乏如國(guó)際上Argos和Iridium衛(wèi)星地面接收服務(wù)中心那樣的為全球 Argo實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)提供剖面浮標(biāo)觀測(cè)信息統(tǒng)一接收服務(wù)的國(guó)家平臺(tái)。僅僅依靠浮標(biāo)生產(chǎn)商提供間接的、不具備專(zhuān)業(yè)性的觀測(cè)信息接收服務(wù)，影響了國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)進(jìn)入全球海洋觀測(cè)網(wǎng)的進(jìn)程。

為此，有必要建立中國(guó)北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心，統(tǒng)一為北斗剖面浮標(biāo)用戶提供觀測(cè)信息接收、解碼和質(zhì)量控制等專(zhuān)業(yè)服務(wù)，開(kāi)發(fā)和研制北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)接收，以及數(shù)據(jù)解碼、校正、質(zhì)量控制及數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)，使之具備自動(dòng)、批量、業(yè)務(wù)化接收浮標(biāo)數(shù)據(jù)，以及業(yè)務(wù)化處理和分發(fā)浮標(biāo)數(shù)據(jù)的能力，從而幫助國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)走出國(guó)門(mén)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，早日成為全球Argo大家庭中的重要一員。同時(shí)，還可為我國(guó)深遠(yuǎn)海資源開(kāi)發(fā)、海洋運(yùn)輸、遠(yuǎn)洋漁業(yè)和海上軍事活動(dòng)等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與信息服務(wù)，對(duì)捍衛(wèi)國(guó)家安全和維護(hù)海洋權(quán)益都有著重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。

1 總體方案設(shè)計(jì)

北斗剖面浮標(biāo)泛指利用我國(guó)自主研制的BDS，進(jìn)行位置定位和觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N類(lèi)型（如HM2000、COPEX型）自動(dòng)剖面浮標(biāo)的統(tǒng)稱(chēng)。北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)就是為這類(lèi)使用BDS定位和通訊的自動(dòng)剖面浮標(biāo)提供浮標(biāo)信息及其測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一接收、解碼、處理和質(zhì)量控制等服務(wù)的綜合管理平臺(tái)，也是中國(guó)北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心的重要基礎(chǔ)設(shè)施。可為國(guó)內(nèi)外北斗剖面浮標(biāo)用戶提供業(yè)務(wù)化信息服務(wù)，并可拓展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)領(lǐng)域，加速?lài)?guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)產(chǎn)品化，使得我國(guó)主導(dǎo)建設(shè)南海 Argo區(qū)域海洋觀測(cè)網(wǎng)有了足夠的技術(shù)保障和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，也可為我國(guó)倡議建設(shè)“覆蓋‘海上絲綢之路'的區(qū)域Argo實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)”打下基礎(chǔ)，增進(jìn)與“海上絲綢之路”沿線國(guó)家的交流與合作，擴(kuò)大我國(guó)在國(guó)際合作計(jì)劃中的顯示度。

BDS是繼美國(guó)的GPS和俄羅斯的GLONASS全球定位系統(tǒng)之后第3個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，全部建成后可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類(lèi)用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具有短報(bào)文通信能力。目前已經(jīng)具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力（圖1），定位精度優(yōu)于20 m，授時(shí)精度優(yōu)于100 ns。2012年12月，北斗系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件正式版的公開(kāi)發(fā)布，開(kāi)創(chuàng)了北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對(duì)亞太地區(qū)提供無(wú)源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)的先河[9]。而且，在提供無(wú)源定位導(dǎo)航和授時(shí)等服務(wù)時(shí)，用戶數(shù)量沒(méi)有限制，還能與GPS兼容，特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理和無(wú)依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。

圖1 北斗系統(tǒng)覆蓋區(qū)域Fig.1 Coverage area of BDS

與北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)配套建設(shè)的“北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心（中國(guó)杭州）”，其常規(guī)服務(wù)功能（如接收、分發(fā)來(lái)自浮標(biāo)的信息和剖面數(shù)據(jù)）將與國(guó)際上已有的“ARGOS衛(wèi)星地面接收中心（法國(guó)圖盧茲）”和“IRIDIUM衛(wèi)星地面接收中心（美國(guó)馬里蘭）”相同，且部分服務(wù)功能（如對(duì)浮標(biāo)信息/數(shù)據(jù)解碼、校正和質(zhì)量控制等）應(yīng)優(yōu)于ARGOS和IRIDIUM衛(wèi)星地面接收中心。建成后可成為第3個(gè)為全球 Argo實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)提供剖面浮標(biāo)運(yùn)行及其觀測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)的國(guó)家平臺(tái)（圖2）[10]。

圖2 國(guó)際上3個(gè)為全球Argo實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)提供浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)的國(guó)家平臺(tái)位置Fig.2 Locations of 3 platforms that providing data services for global Argo real-time ocean observing network

北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)自動(dòng)接收/監(jiān)視子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)解碼、處理與分發(fā)共享子系統(tǒng)組成（圖3）。方案設(shè)計(jì)中，利用了剖面浮標(biāo)研制單位已經(jīng)掌握的北斗用戶機(jī)通用技術(shù)，以及用戶機(jī)擁有的基帶數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理等功能[11]；同時(shí)針對(duì)浮標(biāo)分布式海洋調(diào)查測(cè)量的具體應(yīng)用需求所研制的應(yīng)用軟件，對(duì)接收的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和優(yōu)化處理等。

圖3 北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.3 Architecture of BEIDOU profiling float data services

本系統(tǒng)研制主要圍繞國(guó)產(chǎn)北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)信息、數(shù)據(jù)接收、參數(shù)設(shè)置、解碼，以及數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、校正、存檔建庫(kù)和共享服務(wù)等內(nèi)容展開(kāi)。包括如下3個(gè)方面：

1）研制北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)接收/監(jiān)視子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、批量、業(yè)務(wù)化接收浮標(biāo)數(shù)據(jù)的目標(biāo)；

2）研制北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)解碼處理與分發(fā)共享子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、批量、業(yè)務(wù)化處理和分發(fā)浮標(biāo)數(shù)據(jù)的目標(biāo)；

3）籌建“北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心”，實(shí)現(xiàn)能接受?chē)?guó)內(nèi)外北斗剖面浮標(biāo)用戶的委托，業(yè)務(wù)化接收浮標(biāo)資料，并進(jìn)行必要的質(zhì)量控制，快捷地為國(guó)內(nèi)外用戶提供高精度的北斗剖面浮標(biāo)資料及其相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)的建設(shè)目標(biāo)。

2 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)研制需要解決如下2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

1）國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)觀測(cè)信息和數(shù)據(jù)的自動(dòng)、批量和業(yè)務(wù)化接收技術(shù)。國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)采用北斗通信系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)信息和數(shù)據(jù)的傳輸及指令提交，其定位則使用北斗和 GPS雙重模式，需要通過(guò)專(zhuān)用設(shè)備（北斗指揮機(jī)和收發(fā)天線）接收信息、數(shù)據(jù)和發(fā)送指令，從而實(shí)現(xiàn)北斗剖面浮標(biāo)信息和數(shù)據(jù)的自動(dòng)、批量和業(yè)務(wù)化接收功能，滿足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的需求。

2）國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)觀測(cè)資料自動(dòng)處理及其交換共享技術(shù)。各種型號(hào)的國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)編碼格式各不相同，且與國(guó)外浮標(biāo)也完全不同，需要針對(duì)各型浮標(biāo)編寫(xiě)信息解碼、數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)一格式寫(xiě)入軟件等，實(shí)現(xiàn)北斗剖面浮標(biāo)信息和數(shù)據(jù)的自動(dòng)解碼、校正處理、質(zhì)量控制和交換共享等功能，滿足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的需求。

針對(duì)上述2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，主要從北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)接收/監(jiān)視子系統(tǒng)和北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)解碼、校正、質(zhì)量控制及共享服務(wù)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和技術(shù)路線入手。

2.1 數(shù)據(jù)接收/監(jiān)視子系統(tǒng)

北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收/監(jiān)視子系統(tǒng)主要由北斗指揮單元、大屏拼接單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/處理單元等組成。

1）硬件單元。

首先需要建立北斗地面接收站，主要設(shè)備包括北斗指揮機(jī)專(zhuān)用天線、北斗指揮機(jī)主機(jī)、工控機(jī)、大屏拼接墻（46寸屏，2列2行拼接墻）、大屏拼接器、VGA矩陣和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制器等，具備管理并接收5 000個(gè)浮標(biāo)的能力，硬盤(pán)容量不小于20 T。

北斗指揮單元是數(shù)據(jù)接收/監(jiān)視子系統(tǒng)的核心，配備有北斗指揮機(jī)、工控機(jī)及GSM模塊等硬件設(shè)備。北斗指揮單元通過(guò)與浮標(biāo)進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)對(duì)浮標(biāo)狀態(tài)（包括電池電壓、傳感器數(shù)據(jù)、沉浮調(diào)節(jié)裝置和北斗通信終端等）的監(jiān)測(cè)和工作參數(shù)的設(shè)定。工控機(jī)上配套安裝有浮標(biāo)態(tài)勢(shì)顯控軟件，該軟件采用交互式圖形操作界面設(shè)計(jì)，使檢測(cè)和設(shè)定工作簡(jiǎn)單快捷，并可通過(guò)GSM模塊發(fā)送手機(jī)短信方式提供浮標(biāo)新剖面實(shí)時(shí)提醒功能。

2）軟件單元。

設(shè)計(jì)的北斗剖面浮標(biāo)接收數(shù)據(jù)與參數(shù)操作流程如圖4所示。

根據(jù)上述浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收流程，以及北斗剖面浮標(biāo)的工作流程和國(guó)際Argo資料管理小組要求提供的浮標(biāo)觀測(cè)信息，基于 C#編寫(xiě)了“HM 系列剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收/監(jiān)視系統(tǒng)”運(yùn)行軟件和“北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)”軟件等，實(shí)現(xiàn)北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)的自動(dòng)接收（包括利用北斗衛(wèi)星向浮標(biāo)發(fā)送指令）及數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

該子系統(tǒng)的主要功能包括：

① 自動(dòng)接收及數(shù)據(jù)解碼功能：能自動(dòng)接收多種型號(hào)（COPEX、HM系列）的北斗剖面浮標(biāo)信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼；

② 實(shí)時(shí)海圖態(tài)勢(shì)顯示功能：接收并實(shí)時(shí)顯示海上工作浮標(biāo)的漂移軌跡；

③ 實(shí)時(shí)圖形界面顯示功能：以圖形和數(shù)據(jù)方式直觀顯示接收到的觀測(cè)參數(shù)（如溫度、鹽度、深度等）數(shù)據(jù)；

④ 無(wú)人值守功能：系統(tǒng)工作過(guò)程全由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，無(wú)需人員值守，浮標(biāo)浮出水面上傳數(shù)據(jù)時(shí)，能夠自動(dòng)提醒相關(guān)操作技術(shù)人員；

⑤ 雙向通信功能：設(shè)定或更改浮標(biāo)工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制浮標(biāo)工作狀態(tài)功能。

2.2 數(shù)據(jù)解碼、處理和分發(fā)共享子系統(tǒng)

基于Linux操作系統(tǒng)和MATLAB、Linux腳本，編寫(xiě)針對(duì)北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)的信息提取、校正、質(zhì)量控制及共享服務(wù)子系統(tǒng)（圖5）軟件。

所有由“北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)接收/監(jiān)視子系統(tǒng)”接收到的觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)信息提取（包括浮標(biāo)技術(shù)信息和觀測(cè)數(shù)據(jù)）后，按照國(guó)際Argo資料管理組規(guī)定的程序[12]對(duì)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，并對(duì)溫、鹽度觀測(cè)剖面和衛(wèi)星定位等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量控制，主要包括定位信息、漂移速度、溫鹽度全局范圍、壓力單調(diào)增長(zhǎng)、毛刺、梯度、密度倒轉(zhuǎn)、最大壓力等14步測(cè)試。

圖4 浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收流程Fig.4 Flow of float data receiving

通過(guò)上述14個(gè)步驟的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制后，基本上能夠保證原始資料的質(zhì)量，并按照國(guó)際Argo計(jì)劃規(guī)定的統(tǒng)一格式寫(xiě)入并存儲(chǔ)。最后，所有資料進(jìn)入基于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和 Web GIS技術(shù)開(kāi)發(fā)的“北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)”（圖6），為用戶提供所有北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)的信息查詢、顯示和下載等共享服務(wù)，以及將經(jīng)篩選的剖面數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送至2個(gè)全球Argo資料中心（位于法國(guó)和美國(guó)）；同時(shí)以BUFR報(bào)文格式[13]通過(guò)國(guó)家氣象局設(shè)在北京的全球通信系統(tǒng)（GTS）節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)布到GTS，供各國(guó)氣象部門(mén)使用（參考http://ds.data.jma.go.jp/gmd/argo/data/bfrdata/repBeijing.html）。

圖5 北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)解碼、處理和分發(fā)共享子系統(tǒng)Fig.5 Data decoding，processing and distributing sub-system for BEIDOU profiling float

該子系統(tǒng)的主要功能包括：

1）具備管理并接收大批量浮標(biāo)的能力，并能準(zhǔn)實(shí)時(shí)（24 h內(nèi)）地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和GTS進(jìn)行資料交換共享等；

2）自動(dòng)接收經(jīng)壓力校正和延時(shí)質(zhì)量控制后的浮標(biāo)數(shù)據(jù)并進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，為用戶提供所有北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)的信息查詢、顯示和下載等共享服務(wù)；

3）可以按浮標(biāo)用戶的要求，將經(jīng)篩選的剖面數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送至2個(gè)全球Argo資料中心（位于法國(guó)和美國(guó)）；同時(shí)以BUFR報(bào)文格式通過(guò)國(guó)家氣象局設(shè)在北京的 GTS節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)布到GTS，供各國(guó)氣象部門(mén)使用。

2.3 數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)試運(yùn)行

2015年10月，北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)開(kāi)始在中國(guó)Argo實(shí)時(shí)資料中心部署，完成北斗衛(wèi)星接收設(shè)備安裝調(diào)試、剖面浮標(biāo)觀測(cè)資料接收與解碼軟件聯(lián)機(jī)測(cè)試，并開(kāi)始接收我國(guó)首批來(lái)自西北太平洋海域的HM2000型剖面浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)。部分剖面資料通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)（WWW、FTP）和GTS實(shí)現(xiàn)了與國(guó)際Argo和世界氣象組織（WMO）成員國(guó)交換共享的目標(biāo)[14]。

HM2000型剖面浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)的接收和監(jiān)視系統(tǒng)由中船重工第七一〇研究所研制，主要包含以下幾種功能：浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、信息解譯、浮標(biāo)參數(shù)設(shè)置、態(tài)勢(shì)觀察和剖面數(shù)據(jù)文件存檔等，具體使用和操作說(shuō)明請(qǐng)參考 HM2000浮標(biāo)用戶手冊(cè)V1.2[11]。

在 HM 系列北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收/監(jiān)視系統(tǒng)試運(yùn)行過(guò)程中，也遇到了如北斗指揮機(jī)數(shù)據(jù)接收不穩(wěn)定、浮標(biāo)的剖面文件無(wú)法及時(shí)生成、浮標(biāo)運(yùn)行各階段的時(shí)間信息缺失、個(gè)別浮標(biāo)觀測(cè)信息偶爾出現(xiàn)異常和浮標(biāo)觀測(cè)信息和數(shù)據(jù)文件無(wú)法自動(dòng)發(fā)送等問(wèn)題，進(jìn)行了逐一剖析，并及時(shí)得到了圓滿解決。

圖6 北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)Fig.6 BEIDOU profiling float data sharing service system

3 數(shù)據(jù)服務(wù)中心及業(yè)務(wù)運(yùn)行

北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的順利研制及其試運(yùn)行的圓滿成功，為建立北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也就很快在中國(guó)Argo實(shí)時(shí)資料中心正式落成。

為了實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一為北斗剖面浮標(biāo)用戶提供觀測(cè)信息接收、解碼和質(zhì)量控制等專(zhuān)業(yè)服務(wù)，幫助國(guó)產(chǎn)剖面浮標(biāo)走出國(guó)門(mén)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)”的建設(shè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)并明確了9大服務(wù)功能及其服務(wù)宗旨，得到了國(guó)內(nèi)北斗剖面浮標(biāo)用戶的響應(yīng)和支持，使得該中心很快從試運(yùn)行階段進(jìn)入正常業(yè)務(wù)運(yùn)行。

3.1 服務(wù)中心的主要功能

服務(wù)中心的主要功能包括：

1）北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)信息的實(shí)時(shí)接收與監(jiān)控；

2）北斗剖面浮標(biāo)工作參數(shù)的更改與調(diào)整；

3）北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)信息的解碼和實(shí)時(shí)校正處理；

4）北斗剖面浮標(biāo)實(shí)時(shí)和延時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制；

5）北斗剖面浮標(biāo)元數(shù)據(jù)和剖面數(shù)據(jù)建庫(kù)、存檔；

6）北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)信息和剖面數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，通過(guò)GTS和互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)向WMO成員國(guó)和全球Argo資料中心上傳經(jīng)浮標(biāo)用戶同意共享的北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)資料；

7）對(duì)國(guó)內(nèi)外北斗（COPEX和HM2000系列）剖面浮標(biāo)用戶開(kāi)展數(shù)據(jù)接收和質(zhì)量控制方面的技術(shù)培訓(xùn)，以及提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)等；

8）協(xié)助編制北斗剖面浮標(biāo)用戶手冊(cè)，以及觀測(cè)資料接收、處理和共享服務(wù)手冊(cè)，為培養(yǎng)國(guó)內(nèi)外北斗剖面浮標(biāo)使用技術(shù)人員，以及觀測(cè)資料接收、處理和應(yīng)用人才提供培訓(xùn)教材；

9）協(xié)助北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)與維護(hù)、浮標(biāo)檢測(cè)與布放方案設(shè)計(jì)等。

3.2 服務(wù)中心宗旨

北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心（中國(guó)杭州）將秉承中國(guó) Argo實(shí)時(shí)資料中心的建設(shè)原則和服務(wù)宗旨，堅(jiān)定不移地為促進(jìn)中國(guó) Argo計(jì)劃的發(fā)展和Argo資料的共享，以及溝通與各Argo計(jì)劃成員國(guó)科學(xué)家之間的合作與交流提供更有效的服務(wù)。一如既往地為剖面浮標(biāo)研制單位及其廣大浮標(biāo)用戶提供力所能及的技術(shù)和咨詢服務(wù)，協(xié)助解決系列北斗剖面浮標(biāo)開(kāi)發(fā)、定型和商業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中遇到的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。提高剖面浮標(biāo)的長(zhǎng)期可靠性和穩(wěn)定性，以及觀測(cè)資料的質(zhì)量，滿足國(guó)際Argo資料管理小組對(duì)剖面浮標(biāo)輔助參數(shù)、數(shù)據(jù)格式和質(zhì)量控制的技術(shù)要求。協(xié)助編制北斗剖面浮標(biāo)用戶手冊(cè)，以及觀測(cè)資料接收、處理和共享服務(wù)手冊(cè)，為培養(yǎng)國(guó)內(nèi)外北斗剖面浮標(biāo)使用技術(shù)人員，以及觀測(cè)資料接收、處理和應(yīng)用人才提供培訓(xùn)教材。同時(shí)，對(duì)國(guó)內(nèi)外北斗剖面浮標(biāo)用戶提供數(shù)據(jù)接收、解碼、校正和質(zhì)量控制等方面的技術(shù)服務(wù)，進(jìn)一步推動(dòng)海洋觀測(cè)資料在更大范圍、更多領(lǐng)域內(nèi)的交換共享。

3.3 服務(wù)中心業(yè)務(wù)運(yùn)行

早在2015年10月，該中心就已接受中國(guó)科學(xué)院海洋研究所的委托，為該所承擔(dān)的“中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)”在西北太平洋西邊界流區(qū)布放的6個(gè)HM2000型剖面浮標(biāo)，全方位提供浮標(biāo)觀測(cè)資料的接收、解碼、質(zhì)量控制和交換共享服務(wù)等。2016年9月，該中心又為自然資源部第二海洋研究所承擔(dān)的國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專(zhuān)項(xiàng)“西太平洋Argo實(shí)時(shí)海洋調(diào)查”重點(diǎn)項(xiàng)目布放在我國(guó)南海海域的 10個(gè)HM2000型剖面浮標(biāo)，提供業(yè)務(wù)化接收、處理和分發(fā)等服務(wù)。圖7給出了上述15個(gè)北斗剖面浮標(biāo)的布放位置及其漂移軌跡，這些浮標(biāo)均通過(guò)國(guó)際Argo信息中心進(jìn)行注冊(cè)登記，正式納入全球Argo海洋觀測(cè)網(wǎng)的管理。

圖7 西北太平洋和南海HM2000型剖面浮標(biāo)漂移軌跡（止于2016年12月25日）Fig.7 Drifting trajectories of HM2000 floats in northwestern Pacific and South China Sea（end in 25 December 2016）

截至2016年12月25日，北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心（中國(guó)杭州）累計(jì)收集到了來(lái)自15個(gè)北斗剖面浮標(biāo)觀測(cè)的978條溫、鹽度剖面，其中308條按國(guó)際 Argo組織的相關(guān)規(guī)定，與其他 Argo和WMO成員國(guó)交換共享。

4 結(jié)束語(yǔ)

北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的研制和北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心（中國(guó)杭州）的落成，為北斗剖面浮標(biāo)走出國(guó)門(mén)、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，贏得了先機(jī)，更是實(shí)現(xiàn)了我國(guó)海洋觀測(cè)儀器設(shè)備用于國(guó)際大型海上合作調(diào)查計(jì)劃“零”的突破。北斗剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)中心（中國(guó)杭州）也已成為國(guó)際上3個(gè)有能力為全球Argo實(shí)時(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)提供剖面浮標(biāo)數(shù)據(jù)接收服務(wù)的國(guó)家平臺(tái)之一，從而為我國(guó)大規(guī)模布放北斗剖面浮標(biāo)，以及主導(dǎo)建設(shè)南海，乃至覆蓋“21世紀(jì)海上絲綢之路”Argo區(qū)域海洋觀測(cè)網(wǎng)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

然而，由于目前“北斗1代”或“北斗2代”的定位和通訊覆蓋區(qū)域還十分有限，即使在 2020年后可以實(shí)現(xiàn)全球定位，但能否實(shí)現(xiàn)全球通訊還尚無(wú)時(shí)間表，也許需要借助其他通訊衛(wèi)星的輔助，北斗剖面浮標(biāo)才能從局部海域進(jìn)入全球大洋。此外，由于受到“北斗1代”報(bào)文傳輸速率的限制，還不能滿足北斗剖面浮標(biāo)垂向高分辨率采樣和多參數(shù)傳感器觀測(cè)的需求，這些問(wèn)題的解決都還有待北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷改進(jìn)和完善。