基于“科学”号线上运行管理平台的我国海洋科学考察船信息化建设

姜秋富 尹宏 曾钢 孔宪才 封婧

摘要：为提高我国海洋科学考察船运行管理水平，有力支撑海洋科学研究和海洋强国建设，文章在概述科考船信息化需求和进展的基础上，重点分析“科学”号的信息化建设实践，即“科学”号线上运行管理平台的设计和应用。研究结果表明：科考船信息化建设对于发挥数据作用和促进开放共享的意义重大，我国相关领域仍较落后;“科学”号线上运行管理平台是我国首次建成的科考船运行管理全链条线上系统，根据不同的角色和需求提供不同的服务，通过创新引入“船时课题”实现核心模块和评价指标的关联，并成功与中国科学院重大科技基础设施共享服务平台对接，为我国科考船信息化建设提供范例。

关键词：大科学装置;开放共享;船时课题;数据抽提;海洋装备

中图分类号：G203;P7153文献标志码：A文章编号：1005-9857（2019）10-0069-04

Informatization Construction of Oceanographic Research Vessel

Based on RV KEXUE Operation & Management Online System

JIANG Qiufu1，YIN Hong1，ZENG Gang2，KONG Xiancai1，FENG Jing1

（1Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，Qingdao 266071，China;

2Bureau of Facility Support and Budget，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100864，China）

Abstract：In order to support the marine scientific research and the maritime power building，this paper revealed the need and status of informatization construction of research vessel，and further introduced the beneficial attempt of RV KEXUE in management information construction，aiming to improve the operation and management of our oceanographic research vessel.It was concluded that the informatization construction was an important foundation for propelling scientific data sharing and infrastructure opening.RV KEXUE Operation & Management Online System provided an excellent example for our research vessel′s informatization construction.

Key words：Large research infrastructures，Openness and sharing，Ship time item，Data extraction，Marine equipment

0引言

海洋科学是研究地球海洋的自然现象、性质和规律以及与开发利用海洋有关的知识体系，与物理学、化学、地质学和大气学等学科紧密相关，与环境学和管理学等学科也有交叉，逐渐发展成为综合性很强的科学体系[1]。海洋科学的数据源主要包括3个类型：①现场观测考察，依托平台为海洋科学考察船和海洋观测网等;②室内实验分析，依托平台为精密仪器设备;③数值仿真模拟，依托平台为超级计算机等。

作为海洋科学的重要数据源，科考船在现代海洋观测体系中具有核心、基础和不可替代的作用，是获取海洋信息的直接手段和综合平台，集观测、采样和新技术试验等多功能于一身，同时是其他观测平台布放和维护的必要支撑，具有大投資、高风险、广涉猎、多任务、长积累和大突破等特点。随着海洋强国建设的加快推进，我国科考船的设计和建造已从“跟随”进入“引领”的黄金期，新建和在建数量均居世界首位，海洋科学研究的硬件条件得到极大改善。与此同时，信息化在全球海洋治理体系的重大变革中发挥举足轻重的作用，而包括科考船信息化在内的我国海洋信息化能力仍不能满足加快建设海洋强国的迫切需求。因此，加强对科考船信息化的研究和实践，具有重要的现实意义。

1科考船信息化的需求和进展

随着海洋科学的飞速发展，海洋科学数据呈现海量和多源的特点。为更加精准和及时地发挥海洋科学数据对于发现新知识、创造新价值和提升新能力的重要作用，成熟可靠的信息化技术为科考船数据接入海洋大数据平台提供有效保障，也是国际海洋观测大数据的构建基础。如：全球海洋观测系统以网络化和信息化技术为依托，统筹科考船、卫星、浮标和潜标等多源数据，建立科学需求驱动、数据采集为基和数据应用分发三者关联的框架体系;海洋观测计划基于信息化技术集成超过800套现场观测仪器设备的数据，并建立数据采集、存储、加工、管理和分发全过程的体系和机制。

与此同时，作为各国大力投资建设的重大科技基础设施，科考船的运行目标和效率等须接受主管部门的综合考核和绩效评价，而只有开放共享才能充分发挥装备优势、开展协同研究、取得重大成果和体现装备价值，信息化技术可为促进科考船的开放共享提供有效的手段和方法[2]。2014年《国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》强调建立统一的共享网络平台，中国科学院于2015年启动“中国科学院重大科技基础设施共享服务平台”建设，明确“科学”号和“实验1”号等开放共享的要求和指标。

国际知名科考船运行管理机构在实践基础上相继建立涵盖科考船运行管理全过程的线上系统。如：美国大学-国立海洋学实验室系统（UNOLS）实现船时申请、航次安排、信息集成、航次跟踪、设备管理和媒体宣传等多方面的信息化;英国国家海洋研究中心（NOC）建立具有船时申请、航次统筹、信息集成以及数据提交和共享功能的信息化系统。目前我国科考船运行管理机构根据业务需求也建立具有船时和数据申请等特定功能的信息化系统，但开放共享进展缓慢，已有信息较分散且多停留在网页交流的层面，总体不够全面和系统。

2“科学”号的信息化建设

“科学”号海洋科学综合考察船是国家重大科技基础设施，是满足我国海洋战略需求、同步国际海洋科学发展和提升国家海洋科技实力的重要支撑平台。为使“科学”号更好地实现科技目标、促进开放共享和发挥社会效应，中国科学院分解和细化国家大科学装置管理要求，全面梳理“科学”号运行管理业务，在国内首次建成可实现船时申请-航次计划和过程管理-用户服务和反馈-简单统计的全链条线上系统，即“科学”号线上运行管理平台。该平台是我国海洋科考船信息化的有益尝试，可成为海洋大数据和云计算等基础性数据的可接入信息源之一。

21总体架构

针对投资方、科学家、社会公众和运维组织等不同服务对象，“科学”号线上运行管理平台具有科考船运行管理全链条服务功能，呈现一体化、多维度、多层次和多时序的特点，可实现与中国科学院重大科技基础设施共享服务平台评价数据的抽提对接，满足国家对大科学装置运行管理的要求。此外，为提高客观性、全面性、及时性、权威性和共享性，该平台正搭建数据样品统筹和分发以及研究成果追踪等模块（图1）。

22建设内容

“科學”号线上运行管理平台的建设过程包括已有线下业务归类、线下业务梳理、线下线上业务对接、线上系统架构设计、线上系统逻辑设计、线上系统模块建设、在线测试和上线运行等环节，其中关键环节为线下业务梳理（图2）。

根据服务对象和内容的不同，分为对外模块、对内模块和数据抽提服务接口3个部分。①对外模块为船时申请人、登船首席科学家、登船队长和登船队员提供服务，根据角色设定提供申请船时、操作账号、查看航次信息、浏览元数据、汇报成果、反馈调查和打印证明等功能;②对内模块为管理员和总负责人提供服务，其中对管理员提供管理用户、管理申请、管理背景课题、管理航次、管理成果、管理调查反馈、管理运行状态、管理统计报表和录入元数据信息等功能，对总负责人提供各种审批功能;③数据抽提服务接口提供与中国科学院重大科技基础设施共享服务平台的对接服务。

每个模块主要采用结构化设计方法，即搭建平台总体架构，列出功能模块清单的编号、名称和功能，并确定功能模块之间的关系。

23建设要点

在模块内容需求方面，“科学”号线上运行管理平台的船时申请、航次计划管理、航次执行管理和航次反馈等核心模块的逻辑关系关联，数据相互引用，并采用适当的概念条目准确串联，这是平台建设要点之一。目前科研项目管理中较常采用的“背景项目”难以满足上述要求，原因在于航次支持的某个背景项目通常包括单一或若干作业内容，而某个作业内容也可能支撑单一或若干背景项目的执行，背景项目与作业内容之间为“一对一”“一对多”或“多对一”的关系，关联较不稳定。

在数据抽提服务方面，中国科学院重大科技基础设施共享服务平台的后补助评价指标体系在“科学”号的运行情况、共享程度、共享成果、用户评价和管理水平等一级评价指标中明确具体内容和评分标准，一级评价指标与任务完成量、所外用户任务量（课题）占比和用户评价等二级评价指标的逻辑关系关联，并采用适当的概念条目有机联系，也是平台建设要点之一。目前的背景项目管理也难以全面反映各级评价指标的内容要求。

为有效解决上述建设要点，经充分梳理背景项目、航次任务和评价指标的内在关系，“科学”号线上运行管理平台创新性地引入“船时课题”的概念，即在分配航次船时时，根据背景项目航次的作业内容需求，经消化、分解和提炼而出的航次须执行的课题。一方面，船时课题上承背景项目需求，下接作业内容安排，在背景项目与作业内容之间建立稳定的对应关系，进而逻辑清晰地将船时申请、航次计划管理、航次执行管理和航次反馈等核心模块相互关联，同时确保模块之间的数据引用形成“闭环”;另一方面，船时课题设置课题权重和完成比例等字段，有效地将航次用户（船时课题负责人）、任务完成量、所外用户任务量（课题）占比和用户评价等有机结合，同时确保评议数据的有效提取。

24应用效果

“科学”号线上运行管理平台作为设施运行管理类专有系统，自2017年8月正式上线运行。在对外服务方面，截至目前注册用户超过300人，受理和处理船时申请超过78项，汇总用户反馈超过90项;在对内服务方面，航次计划、航次执行、航次课题和运行状态等管理项均在线上完成，提高了办事效率，降低了管理成本;在数据统计方面，成功与中国科学院重大科技基础设施共享服务平台对接，相关评议数据实时可查，并实现运行管理计划、总结和年报等相关数据和表格的自动统计、生成、保存和查询。

“科学”号线上运行管理平台是我国首次建成的科考船运行管理全链条线上系统，主要有4个特点：①系统界面简洁大方，功能模块内容丰富，涵盖科考船运行管理的各个环节;②模块之间的逻辑关系清晰，数据引用准确，运行管理流程实时可查;③实现数据远程抽提对接，数据统计和利用快速便捷;④建立分权管理机制，根据角色和需求设置功能和权限，并保持与线下业务的一致性。

根据国家大科学装置管理要求，“实验1”号科考船的运行管理迁移应用“科学”号线上运行管理平台，新平台于2018年8月成功上线运行。

3结语

科考船信息化建设不仅是海洋信息化发展的重要组成，而且是海洋强国建设的重要基础。未来应继续充分调研国外科考船信息化建设的历程和经验，立足我国科考船信息化发展现状，加强对海洋科学、科学数据和科考船信息化的深入理解，梳理科考船信息化建设的要点和难点，支持和鼓励科考船信息化建设的有益实践，全面推进我国科考船信息化建设。

参考文献

[1]冯士筰，李凤岐，李少菁.海洋科学导论[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]陈娟，周华杰，樊潇潇，等.重大科技基础设施的开放管理[J].中国科技资源导刊，2016，48（4）：6-13.