李 利，周 延，管 宇，李震宇，付 淼

(大連測控技術研究所，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、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、信息處理技術與海洋裝備、海洋活動相結合，以完善的海洋信息采集與傳輸體系為基礎，運用工業(yè)大數據和互聯(lián)網大數據技術，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?！爸腔酆Ｑ蟆笔呛Ｑ蠊I(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。

經過前期的建設，實現(xiàn)了近30套設備的試驗室聯(lián)調與海上測試，目前，各感知系統(tǒng)已調試正常，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，隨著傳感器技術與信息處理技術的發(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)境信息參數包含：水文、氣象、水質、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，涵蓋了水聲信號采集及信號處理、水聲通信技術、無線通信技術、高頻地波雷達等多種技術領域。

海洋信息參數的感知主要面向長期的數據積累、融合觀測與集成分析。多種設備與測量平臺相結合可應用于很多領域，如收集海洋基礎參數的設備可應用于海洋測繪、海洋地質調查、海洋工程勘探、海洋資源開發(fā)、海洋防災減災、海洋水質監(jiān)測、海珍品養(yǎng)殖等領域；相關機動式設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域；水面與水下的多種無人平臺更可兼容多種任務模塊，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。

3 海洋信息傳輸

大連“智慧海洋”示范工程構建了一體化的數據傳輸網絡，各海洋信息感知設備可以與數據中心進行高效的數據通信，可以通過有線方式傳輸數據，如電纜、網線、光纖等；也可以通過無線方式傳輸數據，如：水聲通信、微波通信、通用分組無線服務技術(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，與手機相類似，可以更為方便靈活地傳輸數據，水聲通信及微波通信具備網絡自初始化、移動節(jié)點隨機接入、動態(tài)路由重組和路由自修復、多跳通信、網絡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備的測量區(qū)域和活動范圍。水上、水面與水下數據通信協(xié)同工作，形成了各類設施的物聯(lián)網。經多種方式傳輸的各類設備數據，最終傳輸至示范工程數據中心，各類數據一方面進行實時顯示，另一方面，可存儲于后臺數據庫，形成長時間的數據積累，為后期數據融合分析做儲備。

4 海洋信息融合

針對各類設備所測得的海洋參數與分析數據，建立相應的數據庫，得到長時間的數據積累，基于大量數據的統(tǒng)計分析與融合處理，最終形成面向不同應用方向的數據鏈。大數據分析融合的系統(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 大數據分析融合系統(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，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施與技術，對數據中心、測量船與水面及水下測量設施等進行互聯(lián)互通，構建了各類設施的物聯(lián)網。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)了試驗方案設計、申請、實施、記錄、數據整理等綜合管理。

5 海洋安全防護

大連“智慧海洋”示范工程構建了由遠及近的海洋安全防護體系：海洋環(huán)境聲學、電磁場監(jiān)測系統(tǒng)等同時兼具對入侵目標的監(jiān)測預警功能，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，配合水下強聲驅逐設備，形成中程防護；在距離較近時采用阻攔網，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、高效的海上應急搜救處置的需求。

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

6 現(xiàn)階段成果與應用前景展望

大連“智慧海洋”示范工程，自建設以來已經取得了初步成果，完成了包括海洋水質監(jiān)測、海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、海洋電磁場監(jiān)測、水下強聲驅系統(tǒng)、水下通信組網、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套涉海儀器與設備的聯(lián)調與試驗，70多種參數的數據融合，實現(xiàn)了長時間、大量的海洋基礎數據積累，針對海上重要設施的海生物附著，建立了生物防護工程，生物防護工程與安防體系相結合，形成了對海上重要設施的安防。大連“智慧海洋”示范工程的安防體系與生物防護工程已經應用在了重要碼頭、海港與海上重要設施的安全防護中。

大連“智慧海洋”示范工程有著廣闊的應用前景：建設集數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工作，形成全天侯、無人值守、智能化的運營能力；建設涉海儀器、設備聯(lián)調、試驗、測試、評估等性能檢驗中心；依托現(xiàn)有技術成果和相應保障能力，建設國家級深海裝備運行、維護、保障、服務基地；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用，尋求更多的項目合作。