数字海洋，海洋信息化的必经之路

新恒商标 · 发表于海洋技术发展 2022-11-17 07:16:32

我国海洋事业面临着前所未有的发展机遇

海洋信息化是国家信息化的重要组成部分，也是我国海洋事业发展的重要推动力，在海洋事业发展中起着战略性、支撑性和带动性的重要作用。国产航母的下水，代表我国海军的军事力量和装备更新速度加快，军队信息化将迎来新一轮的建设周期，“大航海”时代将使得海洋信息化领域迎来重大机遇。“海洋强国”是我国未来一个阶段的一项重要国家战略，海洋权益的维护需要打造一支具备打赢信息化战争能力的现代化海洋强军。

我国海洋信息化的发展阶段

1.第一阶段20世纪90年代之前

起步阶段：主要开展对海洋调查和考察数据的抢救性保存，海洋信息工作者记录了宝贵的第一批海洋资料；

2.第二阶段“八五”期间

基础阶段：在数据文档基础上依托商业化软件，开展专题数据库建设工作；

3.第三阶段“九五”期间

能力建设阶段：依托三期日元贷款项目的实施，以专题数据库为支持，建立了海洋信息系统及各子系统，实现了软硬件设备的升级换代；

4.第四阶段“十五”以来

应用开发阶段：海洋信息化成果初步显现。

海洋信息化的重要性

1.提高海洋开发刊用水平需要人量、长期、多学科的海洋信息；

2.政府决策与海洋管理需要创新、准确的海洋信息辅助；

3.海洋权益维护需要翔实的海洋信息和快速有效的信息处理能力；

4.国家安全和国防建设需要海洋环境信息系统的支撑。

数字海洋是什么？

航海图确保船舶的安全航行；测深图显示海底的地貌；卫星测量海洋表面的气温和天气……然而，这些数据都无法告诉我们海面和海底之间有些什么。

数字海洋，是指通过海洋调查、海洋监测监视、社会普查统计等数据获取手段，利用计算机把它们和相关的所有其它数据及其实用模型结合起来，在计算机网络系统里把真实的海洋重现出来，形成的一个总体系统。

数字海洋是立体化、网络化、持续性的全面观测海洋，并获取海量数据，构建虚拟海洋世界的工程。

图：我国数字海洋公众版iOcean

数字海洋是在全球信息化的大背景下，随着数字地球产生的，体现了社会对海洋信息化的强烈需求。

海洋信息化与数字海洋

信息化的首要问题是信息的数字化。这种数字化的结果使得在我们生活的物理世界之外，又产生了一个数字世界，或虚拟世界。以前数字化的形式主要以数据和文字为主，而目前图像、语音、视频等多媒体数字化成果越来越多，这些结果通过数据库、服务器、网络等构成一个海量的数字世界，成为我们现实生活在数字世界的映射。从这个角度，可以理解为信息化是将我们生活的物理世界通过同态映射变换为数字世界，同时利用逆映射将数字世界转换至物理世界，成为我们认识和改造物理世界的工具。

数字海洋涵盖了海洋信息的正、逆映射过程中从信息获取、处理、可视化到应用服务的整个过程的各个环节，以信息流为主线，起着衔接各个环节的桥梁作用。因此，也就涉及到数据处理、数据管理、数据模型、可视化表达、决策模型和系统集成等多种技术等集成，同时为人们认知海洋提供了工具和信息服务的手段。

相对于陆地，海洋覆盖面积更大、环境更加复杂，然而，现如今最前沿的海洋科学机构对海洋世界发生的事情也只了解很少一部分，我们对海洋世界的了解要达到我们对陆地了解一样的程度，可能需要几十甚至上百年的努力。然而，GIS和地理空间Web技术的最新发展为管理大量的海洋地理数据提供了一个框架，我们正在以前所未有的速度朝着这一目标前进。

一些地理空间信息技术发展

1.无人机测绘

无人机收集的数据持续不断地、实时地流入平台中。无人机与GIS技术的结合已经好几年了，通常用于灭火，监测环境变化和植被管理等应用。海洋行业也已经开始逐渐意识到无人机技术对沿海管理，水文测量，石油作业等的优点。无人机是一种收集航拍数据经济有效和安全的方式。当用户将无人机数据导入到GIS里时，无人机数据的价值将会大大增加。

通过将无人机数据与各种其他类型的数据相结合，用户可以提高他们对海岸和海上发生的情况的理解。平台存储的无人机数据，以后也可以使用。此外，利用无人机数据来创建海岸线，码头和管道的三维地理空间可视化，可以用来支持设施和资产的管理和分析。

无人机测绘适用于许多类型的事故，例如漏油和化学危害反应。在漏油之后，无人机捕获环境图像，然后利用GIS绘制出受影响的区域，并使用海洋学参数（风，潮流和潮汐数据）来计算泄漏物随时间的转移。紧急中心工作人员使用这些侦察地图来规划应急响应并部署资源，例如确定溢出物周围的繁殖位置。

图：沿海社区可以使用3D地图，为海平面上升做准备

2.服务器技术

现在地理空间的服务器技术让基础海事信息的访问更加便捷，利用GIS的各种工具，将这些信息添加和补充到海图上也很方便。Web程序提供带有导航信息的底图，与其他地理信息层进行交互，对分析任务和决策提供支持。海图服务直接读取国际水文组织（IHO）S-57信息（包括加密数据），传统上用于船上导航安全。通过将Web数据带入在线GIS环境中，用户可以快速创建海图，并用于管理海上交通，监测沿海保护区和进行其他海事活动。

用户还可以将其他在线数据（如NOAA电子航海图网站，NOAA ENC在线）纳入GIS，并与在线S-57数据相结合，然后在交互地图上制作和更新海洋情报，并将其用于沿海地区管理，海上能源作业，海洋规划等。

3.水深数据模型应用

IHO S-100通用海道数据模型的开发和产品生产已经比较成熟了，IHO S-102是国际海道组织基于S-100建立的关于水深表面数据产品的规范，相比之下，S-102产品编绘简单、更新便捷，能大大缩短新水深数据应用于船舶航行的周期。现在许多GIS系统已经支持S-102的产品和应用，用户可以进行数据管理，生成多个测深曲面，使用这些测深图进行安全导航，疏浚作业，沉降分析，海岸绘图，管道布线，军事行动支持等。

4.海洋底图服务

2011年Esri通过ArcGIS Online正式发布了世界第一份海洋底图。海洋底图旨在提供最好的权威海测数据的地图表达，包括海底要素名称、水体名称和特定区域的水深值。海洋底图是为了更好地支持各类型的海洋GIS应用，是建设海洋GIS的关键第一步。任何与海运、海洋科学、海洋保护、或者海洋管理等相关的个人或组织都可以有效利用海上边界、能源基础设施、航运活动、海底地质学、海洋表面和航海图等在内的叠加要素或者web服务，并使其与水深测量数据动态地结合起来。

通过海洋底图，海洋方面的专家，包括水文学家、港务局人员和海岸区域规划者在进行研究和创建自己的地图时，有了统一的信息来源。

图：OCEAN BASEMAP

5.多维分析能力

地理空间技术在多维建模中的进展推动了科学发现。科学家可以从三维模型数据中垂直取样，分析从海面到海底的情况，并根据深度研究该层内的数据，如温度，盐度，和其他化学、物理和生物学信息。此外，科学家还可以通过比较3D模型中的时间层，查看这些属性随时间的变化。

图：三维分析

海洋多维模型一直是许多与栖息地管理组织有关的机构研究的主题。研究人员使用这些模型来创建海洋生态单元（EMU），其中包含相关的海洋物理环境数据，包括水柱变量和海底地形特征。研究人员通过使用EMU分析位置属性并将其与物种分布数据进行比较，评估非生物环境与物种之间的关联程度。这意味着研究人员可以评估气候变化造成的影响，评估生态系统的商品和服务，规划保护项目，管理资源和进行各种科学研究。可以通过统计学k-means聚类算法对EMU进行分区，来进行深度分析。

图：海洋生态评估EMU

地球观测组织正在建立全球地球观测系统系统（GEOSS），这是一个全球地图服务。海洋生态单元将把具有时空属性的海洋数据带入GEOSS里。地球观测组织希望GEOSS能为海洋的规划和管理提供科学支持，并了解海洋生态系统是如何受到气候变化和其他扰动的影响的。

地理空间情报帮助海洋组织了解现在，预见未来。为了获得丰富的海事情报，需要有想象力的分析师，一个支持Web的地理空间平台，强大的分析工具和高质量的数据。

数字海洋是海洋信息化的必经之路

“数字海洋”技术体现了海洋科学技术、空间科学技术、信息科学技术等学科领域的交叉融合，数字海洋系统是海洋信息化的核心平台。通过数据的有效管理和整合，形成支撑科技发展和海洋管理的权威的、全面的、共享的、持续增长的海洋信息资源，在信息化中发挥核心基础信息支撑平台的作用；形成面向不同用户需求，并能解决重大海洋问题的权威数据集和基础系列产品；同时发展成为海洋科学研究和海洋管理提供基础数据和基本功能的有效支撑工具。

未来的海洋，是数字的海洋、是智慧的海洋。

数字海洋，海洋信息化的必经之路

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