计算机技术在海洋发展中的应用

李彬 张奇 武润华 赵腾达

摘 要：现如今，随着科技的发展和云时代的到来，人们愈发关注计算机技术和各种其他学科进行的融合。自古以来我国的海洋经济就是我国的经济支柱，所以如何系统地、深刻地了解海洋，如何高效地利用海洋的资源一直是我们无法避开的问题。其实在海洋领域，计算机技术与海洋技术的关系也十分密切，计算机技术作为一个现代化的研究工具使海洋技术的研究更加准确、智能。通过与计算机技术相结合，人们对海洋的认识将更加深刻。下文我就浅谈一下计算机技术在海洋发展中的一些技术应用。

关键词：计算机技术;传感器技术;大数据;可视化;海洋监测

1 现代计算机技术

随着时代的不断发展，数据信息和对其高效处理的重要性在各個领域中日益凸显，并得到人们的高度重视。比如，自动化与嵌入式技术在自动测量方面的应用，配合精确的传感器和纠错算法使测量精度大大提高，同时也减少了人工成本。计算机技术在海洋发展方向有着广泛的应用，比如，大数据与海洋预报的相结合使人们对海洋的预测更加准确，防患于未然。

1.1 数据可视化技术

数据可视化在广义上来讲它涉及很多种学科，例如我们所熟知的信息技术，以及自然科学、图形学、交互设计、数学、统计分析等。数据可视化细分可具体分为科学可视化、信息可视化和可视化分析，这三个领域通常被视为数据可视化技术的三个分支。

科学可视化，它融会了图形学与计算机科学，隶属于计算机科学的一个分支计算机图形学[1]。科学可视化的作用就是用各种图形化的方式来说明所获得的数据，使研究人员能够从中了解数据内涵、说明数据和收集数据的规律。

用来增强人类认知的抽象数据的交互式视觉被称为信息可视化，数字和非数字数据都是人们所说的抽象数据，如矢量信息与文本信息。信息可视化与科学可视化存在数据方面有不同的地方，前者所处理的数据一般有天然的几何结构，就比如磁感线等，而后者所处理的数据是抽象的。柱状图、趋势图、流程图、树状图等，这些图标都属于信息可视化，这些图表都将抽象的概念转化成为我们可理解的、简明的信息。

可视分析学，它的主要任务简单来说就是提供给人们一种舒服的易于接受的新界面形式，这样就能让人们通过这个界面进行分析和推理。它是跟着前两者的成长而构成的新领域学科。它将这种交互式视觉表示和基础分析的这一过程结合，能有效执行比较复杂高级的推理演算。

可视化实现流程：在技术上可视化是十分好理解的，就是将枯燥的数据映射到图表上。例如我们接触的柱状图、趋势图、流程图等这些都是简单的数据可视化。可视化实现流程一般是这样的，是先对已有的数据进行加工和过滤，然后转变成通过视觉动画可以表达的形式，最后渲染成用户可见的各种图表等。

1.2 大数据技术

大数据的核心技术就data acquisition、data preprocessing、data storage和data analysis[2]这四个方面组成了我们所说的大数据技术，它们也是大数据技术的核心。大数据采集就是指在各种各样的数据来源中的各种数据，这些数据有结构化的，也有非结构化的，都需要分类进行处理。大数据预处理是指在数据分析之前对原始数据进行“清洗、填充、平滑、合并、归一化、一致性检验”等一系列操作，旨在提高数据质量，为以后的分析打下基础。数据预处理就是在正式处理前对数据进行一个初步的筛选。大体要经过去掉异常数据，将数据集成，然后特征工程等一系列的操作。大数据存储就是字面意思，对预处理的数据进行可靠存储[3]。

（1）数据采集和传输层。

（2）数据存储层。

（3）数据分析层。

（4）OLAP引擎。

（5）资源管理层。

（6）工作流调度器。

1.3 传感器技术

传感器（Sensor）是一种生活中非常常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种指标并按一定规律将其转换为电信号的精确装置。现在传感器技术被用在生活的方方面面，因为它不仅体积小而且测量准确。传感技术和计算机技术还有通信技术，它们三个被称为信息技术的三大支柱[4]。传感器技术而且还能和很多其他计算机技术融会贯通，传感器的应用范围十分广阔。

2 计算机在海洋发展中的应用

2.1 数据可视化在海洋发展中的应用

人类通过操纵视觉获得的信息量，远远超越其他器官。人的眼睛有很强的模式识别能力，它就相当于一对传输量巨大的中央处理器。人类对图像的敏感度大于文本，大量的视觉信息在人们的潜意识阶段就已经被预处理完成，人的图像处理能力大约是文本处理能力的6倍，所以说海洋数据的可视化十分重要。人的感知50%的功能是用于感知方面的处理，所以人类通过视觉来获取外界信息比文本等其他形式获取信息的方式更好。数据可视化正式运用了人类与生俱来的这一特点，来增强数据处理和组织效率。一些日常用到的基本统计方法，比如求平均值、求中位数等不符合人类的认知天性。可视化可以帮助我们深刻地理解数据，根据统计的方法来看数据的话一般很难看出规律，但是通过可视化技术展示出来，其中蕴含的规律就非常清楚了。可视化还能增强人的记忆力和对规律的敏感度，所谓的一个图就抵得上千言万语了。海洋数据对人类来说十分重要，可视化智慧大屏等都是迫切需要，一旦数据这些数据可视化，对于专家的研究乃至对未来趋势的预测都具有重大意义。

2.2 大数据技术在海洋发展中的应用

随着3S等技术的发展，我国日前已经形成了全方位的海洋监测网系统，包括空中检测平台、地面检测平台、海面检测平台、海底检测平台等。其中空中检测平台包括卫星遥感、航空气象气球等。地面和海面设置有台站和浮标等装置。检测技术与计算机相结合，使得海洋数据量呈现指数级暴增。有这么数据就为大数据的分析奠定了基础，大数据为海洋发展过程中带来了诸多的优势：它能增强海洋数据的计算能力，更快也更加省时省力;它增强了各种海洋数据融合处理检索能力，大大地提高了数据处理类工作的效率;它也扩展了海洋数据分析的挖掘模型，依托于海量的数据使得模型更加精确;它增强了数据的多角度被人类认知能力，提高了数据的可读程度;大数据还为海洋预测提供了数据方面支持，基于大数据的海洋预测越来越被广泛应用。目前大数据技术在管理执法、船位监控、应急管理、灾害预警、生态评估等方面得到广泛应用。

2.3 传感器技术在海洋发展中的应用

传感器简单来说就是将各种被测参数转换为电信号的一种精密装置，它被应用于各种检测场景下。传感器的应用范围十分广阔，在海洋技术中也有着广泛的应用[5]。

各种水质传感器在海洋检测中应用广泛，并且发挥着举足轻重的作用。我们在科学研究中，需要检测的各种水质参数是十分多的，数据量也十分庞大。若是只依托人工来举行监测分析，必要耗损大量的人力物力。影响海水中水生生物的因素也很多，例如水的温度、水中含氧量，以及水中其他各种微量元素的含量。随着传感器技术的发展，我们完全可以用传感器来实现水质监控，我们可以利用温度传感器探头来监控水的温度，pH计探头来监控水的pH值，溶解氧传感器探头来检测水中氧气的含量，只需要安装各种传感探头就可以获得数据。这样需要的人力资源不仅小了，而且它的精密程度在一定程度上也有提升。传感器技术也可以和其他技术相结合，自动化物联网技术可以和传感器技术深度融合形成全自动海洋水体检测系统，加入大数据分析还能对未来的状况进行一定程度的预测。而且在人类到达不了的远海或者海洋深处进行监测，传感器技术无疑是人类的得力工具。人们还能根据自己的想法和目标实现自主的系统设计，这样能及时对突发状况做出预警，有效减少人工成本，实现海洋水体检测的全称自动化。

随着现代科计学技术的不断发展，在海洋监测方面使用的专用传感器越来越多，它们不仅精度非常的高，而且能抵抗它所在的不良环境。如今还有很多新型的传感器，比如生物密度传感器，利用这个传感器能帮助我们轻松地获取我们要观测的数据。并且因为它的及时性人们能及时地发现，并且对其进行人工干预或调节。在当今时代的海洋监测中，我们用计算传感器技术和其他技术的深度融合使得现代海洋监测更加自动化，也更加智能化。

3 计算机在海洋发展中应用的展望

党的第十八次代表大会强调了海洋强大的重大部署，而且海洋经济从古至今一直是我国的支柱产业。海洋数据对人类来说是十分重要的，一旦数据这些数据可视化，对于专家的研究乃至对未来趋势的预测都具有重大意义。而且随着人类探索的领域不断扩大，在人类到达不了的远海或者海洋深处进行监测无疑是面临的重大挑战，此时传感器技术无疑是人类的得力工具。由于技术的增长，我们掌握的海洋数据也越来越多，这些数据都是指导我们认识海洋，保护海洋，改造海洋的重要依托。未来的海洋发展，不论是检测还是治理方面与计算机的深度融合是必然趋势，智能化、精确化也是对在检测海洋中提出的必然需求。我相信不远的未来，计算机技术一定会和海洋技术更加融合，进一步来说，计算机技术在这个历史机遇的时刻将会与各个领域结合，并大放异彩。

参考文献：

[1]张居峰.实体建模技术及其应用研究.西安电子科技大学，2014（11）.

[2]张书.基于Hadoop平台的大数据预处理关键技术研究与实现.国防科学技术大学，2014（03）.

[3]谭琳.大数据技术初探.科技创新导报，2014（04）：54.

[4]于毅飞.计算机技术与信息技术联用的分析和研究.科技创新与应用，2015（10）：87.

[5]王黔，舒华.传感器技术在机电自动化控制中的应用.科技风，2018（26）：11.

作者简介：李彬（1999— ），男，汉族，河北沧州人，在读本科生，从事计算机科学与技术研究;张奇（2000— ），男，漢族，河北邯郸人，在读本科生，从事计算机科学与技术研究;武润华（2000— ），男，汉族，河北邢台人，在读本科生，从事海洋科学研究;赵腾达（2000— ），男，汉族，河北衡水人，在读本科生，从事计算机科学与技术研究。