基于水下环境测量系统的数字化试验海区建设构想

付德强 成芳 胡迺成

摘 要：依托我部水下环境测量系统，提出数字化试验海区建设构想。包括建设内容、建设方案等内容。这对于提高试验效率和决策水平具有重大意义。

关键词：海洋环境；数字化试验海区；水下环境测量系统

1 数字化试验海区建设内容

1.1 数字化试验海区的基本概念

所谓数字化试验海区，就是指信息化的试验海域，它包括了试验海区大部分要素的数字化、智能化、可视化的全过程，是依托各种测量设备，利用地理信息系统（GIS）、卫星遥感（RS）、全球定位系统（GPS）等技术与现代海洋技术相结合，把大量的、多分辨率的、动态的各类海洋信息资源进行整合、集成、分析处理、利用和有效管理，组合形成一个大系统，快速、完整、便捷地为决策者提供全面、多层次的试验海区海洋环境信息，为试验的组织实施和结果评定提供强有力的技术支撑。

1.2 数字化试验海区的建设内容

数字化试验海区的建设是一个复杂的系统工程，从我部试验任务对海洋环境的需求考虑，主要建设内容包括数字化试验海域海洋环境信息基础平台、数字化试验海域原型系统两大部分。

1.2.1 海洋环境信息基础平台

1.2.1.1 数字化试验海域标准规范的确立

海洋空间信息的来源多种多样，要把这些数据资料按统一的参考坐标系统、统一的结构组织到数据库中，应制定数据标准化处理、数据库建设、数据交换、产品制作等系列规程和规范，以确保有效地开发与利用信息资源和信息技术。

1.2.1.2 试验海区海洋环境信息的获取

实现数字化试验海域的基础和关键是数据。海洋数据反映了海洋基本特征和动态变化，是海洋自然特征的数字化表现形式。随着数据获取方法手段的更新，数据获取的时效性大大提高，数据更新周期已由过去的按年、多年，逐步发展为按日、时，甚至按分钟计量。海洋数据的快速获取和更新，将使海洋观测数据形成海量积累，并逐步实现海洋的数字化，同时也为海洋的数字化表达及利用数字化和虚拟现实的手段还原海洋的真实情境创造了条件，这对靶场更客观地认识了解海洋现象，探究发现海洋规律等具有重要的意义。

1.2.1.3 海洋环境信息数据仓库的建设

数据仓库系统是数字化试验海域信息基础平台的核心，通过数据仓库系统的建设和运行，实现海洋环境数据的统一高效管理，把分散的、多源的、海量的、内容多样的、标准不一的各类海洋数据进行处理，为数字化试验海域原型系统提供多源、多尺度的数据支撑。

数据仓库由海洋水文、海底底质、海洋基础地理数据库等几大类数据。具备数据查询检索、统计分析、数据抽取及更新等功能。

1.2.2 数字化试验海域原型系统

数字化试验海域原型系统是指在对大量海洋基础数据和产品进行整合的基础上，形成的一个信息集成与可视化显示基础平台。它集成了海洋环境信息基础平台的各种数据和海洋计算模式，并基于三维球体模型，利用三维可视化、动态仿真等技术，对这些海洋环境信息进行空间分析和动态、直观的可视化表达，并可以实现多类信息的综合查询。根据我部试验任务的特点，此原型系统包括基础信息模块和海洋环境模块等三大模块。

1.2.2.1 基础信息模块

可以实现试验海域海底地形的三维可视化表达与定位查询。从不同角度对几大试验海区的海底地形地貌进行海洋基础信息的全方位展示。

1.2.2.2 海洋环境模块

利用统计、再分析、预报等多种类型数据，以单点查询、过程曲线、颜色梯度填充、三维虚拟仿真等多种形式动态表达温度、盐度、密度、声速、流速流向、波浪等水文要素。

2 数字化试验海区建设方案

2.1 制定相关的标准规范

依据数字化试验海域建设的总体要求和顶层设计，开展数字化试验海域标准的总体设计，确定标准化目标、标准体系框架，编制数字化试验海域标准化工作指南。分析现有与数字化试验海域相关的行业标准、国家标准，研究确定拟采用的国际标准和国外相关标准，指定基础性、关键性标准。

2.2 建立数字化试验海域海洋信息获取与更新体系

信息获取与更新体系是数字化试验海域建设的重要基础和保持生命力的重要保障。目前，依托我部的水下环境测量系统（包括温盐深剖面仪、多普勒流速剖面仪、GPS罗经、侧扫声纳、单波束测深仪、风速风向仪、测波雷达等）已初步形成由海底到海面的海洋立体监测数据获取体系，形成了分布密度合理、监测要素齐全的数据采集体系，为实现海洋数据获取与更新的实时化、自动化提供了技术支撑。

事实上，海量的海洋信息是数字化试验海域建设的重要基础。目前靶场已投入部分资金购置了水下环境测量系统这套海洋环境调查设备，并结合试验任务和锚训进行不同时间和不同地点对进行了观测。但这些有限的数据量远远不能满足数字化试验海域建设低于海洋信息的大范围、高精度、时空连续的全面要求。后续应在全面收集、利用各类海洋调查资料的基础上，加大对海洋环境调查的投入力度，充分利用我部的水下环境测量系统进行海洋环境调查，为建立海洋数据仓库系统提供强有力的数据支撑。

2.3 研究数字化试验海域建设的关键技术

2.3.1 海洋信息处理技术

由于海洋是流动的水体，并且边界模糊，导致获取的海洋数据的误差和用来描述海洋自然要素属性或海洋物理性质的数据的复杂性。因此，有必要开展有关海洋数据的资料处理与质量控制技术、海洋特征的信息提取技术以及海洋重构与预测技术等。针对我部水下环境测量系统的设备组成，主要研究温盐深剖面仪、多普勒流速剖面仪、GPS罗经、侧扫声纳、单波束测深仪、风速风向仪、测波雷达的的信息处理技术。

2.3.2 海洋数据组织与管理技术

随着测量数据的爆炸性的增长和不断积累，在海量的数据面前，反而更不容易发现有用的信息和知识。为此，有必要充分利用信息技术的最新研究成果，对海洋数据的组织管理等进行深入的研究。

2.3.3 海洋信息可视化与虚拟现实技术

可视化技术涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，是研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。利用此项技术，可以使海洋自然属性与要素的表达更逼真，更有利于揭示隐藏在大量数据和信息背后的海洋现象和变化规律。

3 结束语

数字化试验海域建设是一项长期的具有战略性和前瞻性的系统工程，是当前乃至今后一段时期靶场信息化领域的重要工作。在今后工作中，要在吸收和借鉴国内外相关领域工作经验的基础上，结合靶场试验任务实际，尽快建立数字化试验海域基础平台，建立健全海洋信息更新能力和机制保障，建立权威的海洋信息基础平台，搭建逼真的原型系统，探索符合靶场实际的海洋信息化建设模式，使之在为试验组织实施和结果评定等方面发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]Walk J D，杨景飞.海洋的作用于海洋科学面临的挑战[J].海洋信息，1996（5）：32-34.

[2]李国庆，等.信息是海洋综合管理的基础[J].中国海洋综合管理研究，1998.

[3]白福义，罗晓玲.浅谈数字海洋技术支撑体系[J].气象水文海洋仪器，2008，3（1）： 7-11.

[4]何广顺，李四海.构建“数字海洋”空间信息数据库[J].海洋信息，2003（1）：1-4.

作者简介：付德强（1970-），男，本科，91439部队第460所工程师，辽宁喀左人，主要研究方向为水中兵器试验鉴定。