内刊访谈

[特别策划] 海洋信息网络建设思考

发表时间:2019-08-16 12:27:08

文/王积鹏 戴磊 张立伟 王丽

 

  王积鹏:中国电子科技集团有限公司首席科学家

  戴磊:中电科海洋信息技术研究院有限公司副主任

  张立伟:中电科海洋信息技术研究院有限公司科技发展部主任

  王丽:中国电子科技集团有限公司高级经理


 

  提话: 海洋信息网络由覆盖天、空、岸、海以及水下的综合信息网络节点装备组成,集“感知、传送、应用、管控”等功能于一体。本文提出了海洋信息网络概念、范畴及定位,分析了海洋信息网络建设需求、发展现状以及发展趋势,探讨了海洋信息网络建设的思路及目标,说明了已有建设基础,提出了产业发展建议。


 

  海洋信息网络是面向全时域态势感知、全海域网络覆盖、全方位信息服务、全业务综合应用、全体系安全管控等海洋信息化能力建设要求,构建的立体综合性信息网络,海洋信息网络由覆盖天、空、岸、海以及水下的综合信息网络节点装备组成,集“感知、传送、应用、管控”等功能于一体,定位为最关键的海洋信息化基础设施。

 

  建设背景
 

  发展海洋信息网络,对于维护区域和平稳定、保障国家海洋战略利益、引领海洋科技创新发展、促进海洋经济持续增长都具有重大而深远的意义,主要体现在以下方面:

  一是维护区域和平稳定的重要手段。海洋和平稳定发展是确保和平稳定的重要基石,发展海洋信息网络,加强海洋信息网络基础设施建设,在重点区域形成常态化信息网络覆盖,提供全天候的海洋环境及目标态势感知、海洋通信网络传输以及海上综合信息应用服务,为构建和平发展基石提供强有力的信息支撑。

  二是国家海洋安全战略的迫切需要。我国海洋权益问题错综复杂,短期内我国海洋安全面临区域性压力增大,挑战日益增加,既有来自国际海洋大国的威胁,也面临着周边海洋邻国、地区的压力。美国宣布“重返亚太”战略后,多方插手亚太地区事务,加大对我周边地区的干预,已经对我海防安全构成严重威胁。建设海洋信息网络,取得海洋制信息权,主导全球洋信息化体系建没,是维护国家海洋战略利益最有效的手段。

  三是引领海洋科技创新发展的重要引擎。发展海洋信息网络,将全面提升人们认识海洋、利用海洋、保护海洋、管控海洋综合能力,为海洋科学技术的跨越发展奠定重要基础,它作为一个复杂的巨系统,呈现了多种理论方法、工程技术交叉汇聚趋势,可将人类信息社会变革拓展到海洋.引领相关海洋科技领域的整体变革。

  四是促进海洋经济持续增长的重要力量。发展海洋信息网络,既可以拉动海洋电子信息装备制造、海洋软件研发、海洋信息服务等高科技产业的快速发展,也能够推动传统海洋行业向集约型、可持续性发展方向转型升级,从根本上改变海洋经济的发展途径和发展模式,快速形成健康,良性、绿色的海洋科技产业生态圈。

 

  国内外发展现状
 

  1.国外发展趋势

  (1)积极制定相关战略规划

  自20世纪下半叶起,沿海国家对海洋的战略需求有较大拓展,而信息化水平和能力是各国制定海洋战略、发展海洋事业的主要参考依据。

  美国通过实施“综合海洋观测系统”、“海军海洋科学发展计划”、“海洋数据获取与信息提供能力增强计划”等系列专项,形成了一整套海洋信息获取、传输、处理与应用的体系,强化海洋活动中的信息优势。2013年3月,美国发布的《国家海洋政策行动计划》明确提出“海洋数据获取与信息提供能力增强计划”,加强联邦和地方政府、各行业对海洋的认识和理解,形成一套覆盖全球的海洋观测、数据采集、数据处理与信息管理集成的体系,提升海洋数据与信息产品质量,不断强化美国作为当今世界第一海洋霸主的地位,为海洋事业发展做出更为科学与合理的决策。

  加拿大充分利用社会机构力量,针对科学研究和海洋产业服务开展信息化建设。Ocean Networks公司在本国运输委员会和西方多元化项目的资助下,于2014年联合维多利亚大学与IBM公司发布了海洋感知与决策系统研发计划。该系统实现了海洋信息的感知、传输、管理、分析与决策的自动化与智能化,为科学研究、政府战略以及涉海行业提供信息和技术支撑。

  欧盟集合各成员国的资源和优势科技力量,针对资源和生态两个方面共同开展海洋信息化建设。爱尔兰、挪威等13个国家于2011~2014年联合开展iMarine计划,研制并建设一套信息化基础设施,旨在促进获取、开放和共享基础性海洋数据,通过协同分析、处理和挖掘,形成经验知识,支撑欧盟对于海洋资源的开发和生态环境的保护。

  俄罗斯将海洋信息保障作为海洋活动的决策依据,并将其作为实施国家海洋政策的五大保障之一。日本的海洋信息化发展更加侧重为资源争夺与开发、战略纵深拓展、战略要道等海洋国家战略提供信息服务。

  (2)大力推进重大项目建设

  20世纪80年代以来,国际组织及欧美、日等世界海洋强国纷纷投入巨资相继推出了一系列大型海洋信息基础设施建设项目,具体如表1所示。这些项目为我国的海洋信息网络建设提供了重要的参考和借鉴。

表1 世界主要海洋信息系统项目

 

  (3)呈现一些新的发展趋势

  通过对上述国际各国海洋信息体系建设项目分析,可以看出目前海洋信息体系建设的主要趋势有几个方面:

  一是相互协同开展体系化建设。全球海洋实时观测网(Argo)、欧洲海底观测网计划(ESONET)、美国的一体化海洋观测系统(IOOS)等重大海洋信息网络建设都是由多国家或多部门协同,军民共建,体系化推进。

  二是海洋信息资源充分共享。例如美国建立统一的国家海洋数据中心,向公众共享发布来自各个国家、科研机构、行业部门等各渠道获取的海洋信息;加拿大的海底观测网络计划(NEPTUNE)向全世界的科研人员提供观测数据的实时查询和下载服务。

  三是持续增强海洋信息获取能力。各国一直积极寻求多样化的海洋观测平台与设备,综合利用卫星平台、无人机平台、浮标、潜标、水下滑翔器、水下传感器等各类观测手段,增强全球范围海洋信息获取能力。

  四是充分挖掘利用海洋信息价值。充分利用历史数据和当前观测数据,开展数据分析、挖掘处理,对未来环境进行预测,再评估预测环境对各类海上活动产生的影响,从而对其进行优化决策,形成“数据—预测—评估—决策”的海洋环境信息应用能力。

  2.国内现状及机遇

  (1)国内现状

  近年来,在国家海洋强国战略引领下,我国加快了研究、开发和利用海洋的步伐,海洋信息化建设取得了显著成效,为我国实现“数字海洋、生态海洋、安全海洋、和谐海洋”的目标打下了良好的基础。在重大海洋信息网络设施建设方面,目前我国主要开展的工作聚焦在海洋环境观测方面,具体如表2所示。

 

表2 我国主要海洋环境观测信息系统项目

  (2)发展机遇

  当前,海洋信息网络建设正面临前所未有的发展机遇。

  首先,国家战略为海洋信息网络建设提供了重要发展机遇。党的十八大报告中提出建设海洋强国的重大战略部署,强调“要进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋,推动我国海洋强国建设不断取得新成就”,党的十九大报告中进一步提升海洋的战略地位,明确提出“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”,兴海强国、军民融合、一带一路、创新发展等一系列国家战略的出台都为海洋信息网络建设发展提供重要的发展机遇。

  其次,重大项目规划为海洋信息网络建设提供了有力支持。加强海洋信息化基础设施建设是实现海洋强国的必由之路,国家各有关部委统筹资源,陆续规划了智慧海洋、全球海洋立体观测网、天地一体化网络等重大项目,为海洋信息网络的建设和发展提供了重要支持。

  第三,国家需求为海洋信息网络发展提供了强大动力。海洋信息网络服务于经济、社会发展和国家权益的国家需求目标更为明确和强化,国家需求成为海洋信息网络建设发展的强大动力。开发海洋蕴藏的巨量生物资源、能源资源、矿产资源以及各种海洋战略空间资源成为未来各临海国家追逐、争夺海洋主权的主要利益驱动。

 

  思路目标
 

  1.发展思路

  国内外现有海洋信息网络建设模式主要以“天网”和“潜网”为主。“天网”模式主要是利用中低轨卫星、无人飞行器等组网,该模式主要缺陷包括:卫星系统投资规模大,发射成本高,轨位资源有限,低轨卫星受过顶周期影响,必须建设一定规模才能形成连续服务能力;天、空基平台受气象环境影响大,难以在海上提供全时域、全海域信息服务;空基平台受当前技术能力限制,尚不具备常态化信息网络服务能力。“潜网”模式主要是利用水声探测器组网,受到水声物理场限制,仅可提供重点航道和重要海域有限观测能力,不可能成为获得海上制信息权的主要手段。

  在对已有建设模式分析基础上,我们提出了“以海上信息节点为基础,融接天网和潜网(海网模式)”的海洋信息网络建设思路,该模式通过在海上栅格化部署综合化、无人化、小型化装备,提供海洋综合组网与服务能力,与现有“天网”和“潜网”建设模式相比,该方案具有可灵活部署、动态扩展、快速形成能力、建设成本低等优点,并且能够有机整合已建的空天、水下信息资源。

  2.建设目标

  (1)总体目标

  “海洋信息网络”致力于打造覆盖全球的海洋信息组网与服务体系,服务人类命运共同体构建。至本世纪中叶,形成我国管辖海域、海上丝绸之路乃至全球大洋及两极重点海域的信息网络覆盖,实现目标全域感知、通信泛在随行、信息资源共享、应用服务智能的建设目标,引领全球海洋信息产业发展。

  (2)阶段目标

  2025年,完成重点管辖海域网络建设,开展“一带一路”海网合作,满足军民对我国管辖海域信息获取的迫切需求。

  2035年,共建“一带一路”海洋网络,完善管辖海域信息网络建设,全面支撑海上丝绸之路建设。

  2050年,拓展大洋极地信息网络建设,引领全球海洋信息产业发展,为推动构建人类命运共同体做出贡献。

 

  建设基础
 

  按照“以海上信息节点为基础,融接天网和潜网”的海洋信息网络建设思路,中国电科整合各院所力量开展海洋信息网络技术及装备研究,在海南岛至西沙群岛之间研发布设了系列化的海洋综合信息网络节点装备(如图1所示),构建了海洋信息网络体系原型(简称“示范系统”),开展了技术示范、应用示范、运营示范。



图 1 示范系统部署示意图

 

  发展构想
 

  21世纪是海洋的世纪,海洋信息网络体系建设是对国家已有空间基础设施、赛博基础设施在海洋领域的集成应用拓展和必要补充,是解决海洋安全、赛博安全、太空安全、生态安全等一系列重大问题的主要抓手,是探索军警民多元融合、共建共享发展道路的关键突破口,是国家“兴海强国”战略、“一带一路”战略、军民融合战略发展的重要支撑。

  为推进海洋信息网络建设工作,提出以下发展构想:

  一是注重技术发展的三化复合。结合海洋信息网络节点装备应用特点,按照“机械化、信息化、智能化”的复合性发展要求,持续推进海洋信息网络组网及服务技术产品研发工作,不断提高和稳定产品的质量,缩短新研制周期,降低研制风险,提升综合性能。

  二是注重人才队伍的军民融合。在人才建设方面,建议加大对海洋科技教育投入,统筹教育部门、涉海院校、科研院所、军事部门、海洋主管部门等军民多方力量,建立军民融合产学研协同创新平台,为认识海洋、利用海洋、保护海洋、管控海洋提供军民融合人才队伍支持。

  三是注重体系引领和应用变革。按照“体系带系统、系统带装备、装备带产业、产业促应用”的发展思路,综合应用大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能、数据挖掘等新一代信息技术,推动海洋信息网络体系的快速演进发展,实现了海洋信息系统智能化管理和协同处理,形成了多层次、多元化的海洋信息网络应用发展。

  四是注重产业生态的整合重塑。海洋信息网络对海洋经济的发展、海防建设和海洋维权具有重要战略意义,但海洋信息网络相关产业是一项复杂的系统工程,需要协同多个部门和军警民、政企等多方用户需求,涉及领域广、协调难度大、技术难度高、投资规模大,这就要求有关方面采取共建共享共用等多种模式,进一步凝聚力量,联合协作,形成合力,共同推动海洋信息网络产业发展。未来联合协作形成合力是海洋信息产业发展的大趋势,促进跨行业、跨国家联合, 鼓励社会广泛参与,加强政、产、学、研联合,形成企业、院校和科研机构等在战略层面有效结合,共同开展海洋信息产业的一系列活动,共享发展成果,突破海洋信息产业发展的技术瓶颈,推动海洋信息产业发展。

  五是注重“一带一路”的合作发展。积极开展覆盖海上丝绸之路的南中国海综合信息网络建设的国际合作,搭建全球性的海洋信息产业集成和服务平台,为认识海洋、利用海洋、保护海洋、管控海洋提供全面支持。

 

  参考文献
 

  [1] 童明荣, 刘增宏. ARGO剖面浮标数据质量控制过程剖析. 海洋技术学报,2003.

  [2] Z Willis, R Shuford. NOAA's Approach to Community Building and Governance for Data Integration and Standards Within IOOS. Agu Fall Meeting , 2007.

  [3] 李彦,Kate.加拿大“海王星”海底观测网络系统.海洋技术学报.2013

  [4] 高艳波,李慧青等,深海高技术发展现状及趋势.海洋技术,2010.

  [5] 金田义行,日本先进的实时海底观测网,国际地震动态,2011.

  [6] http://tech.sina.com.cn/d/i/2017-05-28/doc-ifyfqvmh9354315.shtml

  [7] http://www.sohu.com/a/133251688_100941

  [8] 刘大海等,中国“全球化海洋战略“意义及布局,海洋知圈,2017

  [9] 程骏超,何中文,我国海洋信息化发展现状分析及展望,海洋开发与管理,2017.

  [10] 全国海洋观测网规划(2014~2020年),国家海洋局,2014.