大连“智慧海洋”示范工程启动

李 利，周 延，管 宇，李震宇，付 淼

(大连测控技术研究所，辽宁 大连 116013)

0 引 言

众所周知海洋具有“大”“分”“散”“变”的特点，信息管控就成了最基础、最重要、最有效、成本最低的手段。大连“智慧海洋”示范工程将现代化智能技术、信息处理技术与海洋装备、海洋活动相结合，以完善的海洋信息采集与传输体系为基础，运用工业大数据和互联网大数据技术，实现海洋资源共享、海洋活动协同，挖掘新需求，创造新价值，达到智慧海洋的目的。“智慧海洋”是海洋工业化与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、海洋开发利用能力的整体解决方案[1]。

1 示范工程概况

大连“智慧海洋”示范工程，充分利用了沿海的便利条件，初步实现了局域性海域的“智能化”、“数字化”和“透明化”。大连“智慧海洋”示范工程分为以下4个部分：海洋信息感知、海洋信息传输、海洋信息融合和海洋安全防护。

经过前期的建设，实现了近30套设备的试验室联调与海上测试，目前，各感知系统已调试正常，并具备了初步展示能力。

2 海洋信息感知

海洋信息感知，是对海洋认识与开发的基础，随着传感器技术与信息处理技术的发展，对海洋信息的感知手段也越来越丰富。大连“智慧海洋”示范工程可感知的海洋环境信息参数包含：水文、气象、水质、声场、电场、磁场、重力场、水压场、海底地貌以及海洋动力等环境参数，涵盖了水声信号采集及信号处理、水声通信技术、无线通信技术、高频地波雷达等多种技术领域。

海洋信息参数的感知主要面向长期的数据积累、融合观测与集成分析。多种设备与测量平台相结合可应用于很多领域，如收集海洋基础参数的设备可应用于海洋测绘、海洋地质调查、海洋工程勘探、海洋资源开发、海洋防灾减灾、海洋水质监测、海珍品养殖等领域；相关机动式设备还可拓展到水声侦测、水雷探测、警戒安防等海洋国防安全领域；水面与水下的多种无人平台更可兼容多种任务模块，完成执法取证、态势监控、海域巡逻、沉船沉物搜寻、水下考古等任务。

3 海洋信息传输

大连“智慧海洋”示范工程构建了一体化的数据传输网络，各海洋信息感知设备可以与数据中心进行高效的数据通信，可以通过有线方式传输数据，如电缆、网线、光纤等；也可以通过无线方式传输数据，如：水声通信、微波通信、通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS)、码分多址 (Code Division Multiple Access,CDMA)、北斗卫星通信等，其中GPRS与CDMA属于移动通信技术，与手机相类似，可以更为方便灵活地传输数据，水声通信及微波通信具备网络自初始化、移动节点随机接入、动态路由重组和路由自修复、多跳通信、网络长时间可靠运行等能力。空中无线通信方式(微波通信、GPRS、CDMA、北斗卫星通信)的引入更拓展了各种设备的测量区域和活动范围。水上、水面与水下数据通信协同工作，形成了各类设施的物联网。经多种方式传输的各类设备数据，最终传输至示范工程数据中心，各类数据一方面进行实时显示，另一方面，可存储于后台数据库，形成长时间的数据积累，为后期数据融合分析做储备。

4 海洋信息融合

针对各类设备所测得的海洋参数与分析数据，建立相应的数据库，得到长时间的数据积累，基于大量数据的统计分析与融合处理，最终形成面向不同应用方向的数据链。大数据分析融合的系统框图如图1所示。海洋信息融合有着广泛的应用方向，如海洋环境监测、目标识别、安防警戒、渔船管控、海上执法取证、执法安全等。

图1 大数据分析融合系统框图Fig.1 The block diagram of big data analysis and fusion system

基于示范工程现有的通信网，进一步利用北斗卫星通信、光纤通信、微波通信和水声通信等设施与技术，对数据中心、测量船与水面及水下测量设施等进行互联互通，构建了各类设施的物联网。通过卫星遥感、雷达、视频监控，以及声、电、磁等多种监测手段，实现了全方位、立体化、持续性监测，形成了对异常情况能及时预警、安全防护的体系。建立了试验综合管理系统、大屏幕综合显示系统，实现了试验方案设计、申请、实施、记录、数据整理等综合管理。

5 海洋安全防护

大连“智慧海洋”示范工程构建了由远及近的海洋安全防护体系：海洋环境声学、电磁场监测系统等同时兼具对入侵目标的监测预警功能，可实现较远距离的探测与报警；水下防蛙人声呐探测系统可对入侵到防护区域内的UUV、蛙人运载器及蛙人等目标实施实时探测、跟踪，并在控制中心进行报警，配合水下强声驱逐设备，形成中程防护；在距离较近时采用阻拦网，形成物理隔离与防护。对水上作业人员配备搜救定位系统，使水上作业人员意外落水或发生海难时能够及时报警并获得救助，满足快速、高效的海上应急搜救处置的需求。

海洋安全防护体系可应用于港口要地、海上重要设施、重要海岛及出海口、重要沿海城市等的安防工作。结合各类海洋信息感知设备，形成了机动式与固式相结合、远中近分层级、空天地海潜一体化的防护指控体系。

6 现阶段成果与应用前景展望

大连“智慧海洋”示范工程，自建设以来已经取得了初步成果，完成了包括海洋水质监测、海洋环境监测系统、海洋电磁场监测、水下强声驱系统、水下通信组网、重力仪、无人艇、海洋环境观测无缆水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)等近30套涉海仪器与设备的联调与试验，70多种参数的数据融合，实现了长时间、大量的海洋基础数据积累，针对海上重要设施的海生物附着，建立了生物防护工程，生物防护工程与安防体系相结合，形成了对海上重要设施的安防。大连“智慧海洋”示范工程的安防体系与生物防护工程已经应用在了重要码头、海港与海上重要设施的安全防护中。

大连“智慧海洋”示范工程有着广阔的应用前景：建设集数字化海洋与透明化海洋为一体的区域性海洋研究基地，重点是深化示范工程的建设工作，形成全天侯、无人值守、智能化的运营能力；建设涉海仪器、设备联调、试验、测试、评估等性能检验中心；依托现有技术成果和相应保障能力，建设国家级深海装备运行、维护、保障、服务基地；最后，积极推广“智慧海洋”示范工程在渔船管控、海上执法取证、执法安全等方向上的应用，寻求更多的项目合作。