計算機技術在海洋發展中的應用

李彬 張奇 武潤華 趙騰達

摘?要：現如今，隨著科技的發展和云時代的到來，人們愈發關注計算機技術和各種其他學科進行的融合。自古以來我國的海洋經濟就是我國的經濟支柱，所以如何系統地、深刻地了解海洋，如何高效地利用海洋的資源一直是我們無法避開的問題。其實在海洋領域，計算機技術與海洋技術的關系也十分密切，計算機技術作為一個現代化的研究工具使海洋技術的研究更加準確、智能。通過與計算機技術相結合，人們對海洋的認識將更加深刻。下文我就淺談一下計算機技術在海洋發展中的一些技術應用。

關鍵詞：計算機技術;傳感器技術;大數據;可視化;海洋監測

1?現代計算機技術

隨著時代的不斷發展，數據信息和對其高效處理的重要性在各個領域中日益凸顯，并得到人們的高度重視。比如，自動化與嵌入式技術在自動測量方面的應用，配合精確的傳感器和糾錯算法使測量精度大大提高，同時也減少了人工成本。計算機技術在海洋發展方向有著廣泛的應用，比如，大數據與海洋預報的相結合使人們對海洋的預測更加準確，防患于未然。

1.1?數據可視化技術

數據可視化在廣義上來講它涉及很多種學科，例如我們所熟知的信息技術，以及自然科學、圖形學、交互設計、數學、統計分析等。數據可視化細分可具體分為科學可視化、信息可視化和可視化分析，這三個領域通常被視為數據可視化技術的三個分支。

科學可視化，它融會了圖形學與計算機科學，隸屬于計算機科學的一個分支計算機圖形學[1]。科學可視化的作用就是用各種圖形化的方式來說明所獲得的數據，使研究人員能夠從中了解數據內涵、說明數據和收集數據的規律。

用來增強人類認知的抽象數據的交互式視覺被稱為信息可視化，數字和非數字數據都是人們所說的抽象數據，如矢量信息與文本信息。信息可視化與科學可視化存在數據方面有不同的地方，前者所處理的數據一般有天然的幾何結構，就比如磁感線等，而后者所處理的數據是抽象的。柱狀圖、趨勢圖、流程圖、樹狀圖等，這些圖標都屬于信息可視化，這些圖表都將抽象的概念轉化成為我們可理解的、簡明的信息。

可視分析學，它的主要任務簡單來說就是提供給人們一種舒服的易于接受的新界面形式，這樣就能讓人們通過這個界面進行分析和推理。它是跟著前兩者的成長而構成的新領域學科。它將這種交互式視覺表示和基礎分析的這一過程結合，能有效執行比較復雜高級的推理演算。

可視化實現流程：在技術上可視化是十分好理解的，就是將枯燥的數據映射到圖表上。例如我們接觸的柱狀圖、趨勢圖、流程圖等這些都是簡單的數據可視化。可視化實現流程一般是這樣的，是先對已有的數據進行加工和過濾，然后轉變成通過視覺動畫可以表達的形式，最后渲染成用戶可見的各種圖表等。

1.2?大數據技術

大數據的核心技術就data?acquisition、data?preprocessing、data?storage和data?analysis[2]這四個方面組成了我們所說的大數據技術，它們也是大數據技術的核心。大數據采集就是指在各種各樣的數據來源中的各種數據，這些數據有結構化的，也有非結構化的，都需要分類進行處理。大數據預處理是指在數據分析之前對原始數據進行“清洗、填充、平滑、合并、歸一化、一致性檢驗”等一系列操作，旨在提高數據質量，為以后的分析打下基礎。數據預處理就是在正式處理前對數據進行一個初步的篩選。大體要經過去掉異常數據，將數據集成，然后特征工程等一系列的操作。大數據存儲就是字面意思，對預處理的數據進行可靠存儲[3]。

（1）數據采集和傳輸層。

（2）數據存儲層。

（3）數據分析層。

（4）OLAP引擎。

（5）資源管理層。

（6）工作流調度器。

1.3?傳感器技術

傳感器（Sensor）是一種生活中非常常見的卻又很重要的器件，它是感受規定的被測量的各種指標并按一定規律將其轉換為電信號的精確裝置。現在傳感器技術被用在生活的方方面面，因為它不僅體積小而且測量準確。傳感技術和計算機技術還有通信技術，它們三個被稱為信息技術的三大支柱[4]。傳感器技術而且還能和很多其他計算機技術融會貫通，傳感器的應用范圍十分廣闊。

2?計算機在海洋發展中的應用

2.1?數據可視化在海洋發展中的應用

人類通過操縱視覺獲得的信息量，遠遠超越其他器官。人的眼睛有很強的模式識別能力，它就相當于一對傳輸量巨大的中央處理器。人類對圖像的敏感度大于文本，大量的視覺信息在人們的潛意識階段就已經被預處理完成，人的圖像處理能力大約是文本處理能力的6倍，所以說海洋數據的可視化十分重要。人的感知50%的功能是用于感知方面的處理，所以人類通過視覺來獲取外界信息比文本等其他形式獲取信息的方式更好。數據可視化正式運用了人類與生俱來的這一特點，來增強數據處理和組織效率。一些日常用到的基本統計方法，比如求平均值、求中位數等不符合人類的認知天性。可視化可以幫助我們深刻地理解數據，根據統計的方法來看數據的話一般很難看出規律，但是通過可視化技術展示出來，其中蘊含的規律就非常清楚了。可視化還能增強人的記憶力和對規律的敏感度，所謂的一個圖就抵得上千言萬語了。海洋數據對人類來說十分重要，可視化智慧大屏等都是迫切需要，一旦數據這些數據可視化，對于專家的研究乃至對未來趨勢的預測都具有重大意義。

2.2?大數據技術在海洋發展中的應用

隨著3S等技術的發展，我國日前已經形成了全方位的海洋監測網系統，包括空中檢測平臺、地面檢測平臺、海面檢測平臺、海底檢測平臺等。其中空中檢測平臺包括衛星遙感、航空氣象氣球等。地面和海面設置有臺站和浮標等裝置。檢測技術與計算機相結合，使得海洋數據量呈現指數級暴增。有這么數據就為大數據的分析奠定了基礎，大數據為海洋發展過程中帶來了諸多的優勢：它能增強海洋數據的計算能力，更快也更加省時省力;它增強了各種海洋數據融合處理檢索能力，大大地提高了數據處理類工作的效率;它也擴展了海洋數據分析的挖掘模型，依托于海量的數據使得模型更加精確;它增強了數據的多角度被人類認知能力，提高了數據的可讀程度;大數據還為海洋預測提供了數據方面支持，基于大數據的海洋預測越來越被廣泛應用。目前大數據技術在管理執法、船位監控、應急管理、災害預警、生態評估等方面得到廣泛應用。

2.3?傳感器技術在海洋發展中的應用

傳感器簡單來說就是將各種被測參數轉換為電信號的一種精密裝置，它被應用于各種檢測場景下。傳感器的應用范圍十分廣闊，在海洋技術中也有著廣泛的應用[5]。

各種水質傳感器在海洋檢測中應用廣泛，并且發揮著舉足輕重的作用。我們在科學研究中，需要檢測的各種水質參數是十分多的，數據量也十分龐大。若是只依托人工來舉行監測分析，必要耗損大量的人力物力。影響海水中水生生物的因素也很多，例如水的溫度、水中含氧量，以及水中其他各種微量元素的含量。隨著傳感器技術的發展，我們完全可以用傳感器來實現水質監控，我們可以利用溫度傳感器探頭來監控水的溫度，pH計探頭來監控水的pH值，溶解氧傳感器探頭來檢測水中氧氣的含量，只需要安裝各種傳感探頭就可以獲得數據。這樣需要的人力資源不僅小了，而且它的精密程度在一定程度上也有提升。傳感器技術也可以和其他技術相結合，自動化物聯網技術可以和傳感器技術深度融合形成全自動海洋水體檢測系統，加入大數據分析還能對未來的狀況進行一定程度的預測。而且在人類到達不了的遠海或者海洋深處進行監測，傳感器技術無疑是人類的得力工具。人們還能根據自己的想法和目標實現自主的系統設計，這樣能及時對突發狀況做出預警，有效減少人工成本，實現海洋水體檢測的全稱自動化。

隨著現代科計學技術的不斷發展，在海洋監測方面使用的專用傳感器越來越多，它們不僅精度非常的高，而且能抵抗它所在的不良環境。如今還有很多新型的傳感器，比如生物密度傳感器，利用這個傳感器能幫助我們輕松地獲取我們要觀測的數據。并且因為它的及時性人們能及時地發現，并且對其進行人工干預或調節。在當今時代的海洋監測中，我們用計算傳感器技術和其他技術的深度融合使得現代海洋監測更加自動化，也更加智能化。

3?計算機在海洋發展中應用的展望

黨的第十八次代表大會強調了海洋強大的重大部署，而且海洋經濟從古至今一直是我國的支柱產業。海洋數據對人類來說是十分重要的，一旦數據這些數據可視化，對于專家的研究乃至對未來趨勢的預測都具有重大意義。而且隨著人類探索的領域不斷擴大，在人類到達不了的遠海或者海洋深處進行監測無疑是面臨的重大挑戰，此時傳感器技術無疑是人類的得力工具。由于技術的增長，我們掌握的海洋數據也越來越多，這些數據都是指導我們認識海洋，保護海洋，改造海洋的重要依托。未來的海洋發展，不論是檢測還是治理方面與計算機的深度融合是必然趨勢，智能化、精確化也是對在檢測海洋中提出的必然需求。我相信不遠的未來，計算機技術一定會和海洋技術更加融合，進一步來說，計算機技術在這個歷史機遇的時刻將會與各個領域結合，并大放異彩。

參考文獻：

[1]張居峰.實體建模技術及其應用研究.西安電子科技大學，2014（11）.

[2]張書.基于Hadoop平臺的大數據預處理關鍵技術研究與實現.國防科學技術大學，2014（03）.

[3]譚琳.大數據技術初探.科技創新導報，2014（04）：54.

[4]于毅飛.計算機技術與信息技術聯用的分析和研究.科技創新與應用，2015（10）：87.

[5]王黔，舒華.傳感器技術在機電自動化控制中的應用.科技風，2018（26）：11.

作者簡介：李彬（1999—?），男，漢族，河北滄州人，在讀本科生，從事計算機科學與技術研究;張奇（2000—?），男，漢族，河北邯鄲人，在讀本科生，從事計算機科學與技術研究;武潤華（2000—?），男，漢族，河北邢臺人，在讀本科生，從事海洋科學研究;趙騰達（2000—?），男，漢族，河北衡水人，在讀本科生，從事計算機科學與技術研究。