内刊访谈

[特别策划] 关于海洋网络信息体系的几点认识与思考

发表时间:2019-08-16 14:16:18

文/陆军 肖琳 郑征

 

  陆军:中国工程院院士、中国电子科技集团公司电子科学研究院首席科学家、电子科技委信息系统组组长

  肖琳,中电科海洋信息技术研究院有限公司总经理专项助理

  郑征:中电科海洋信息技术研究院有限公司工程师


 

  提话:海洋网络信息体系是认识海洋、经略海洋的重大抓手,本文提出了海洋网络信息体系的概念内涵以及其在海洋事业发展中的重大意义,从基础理论、关键技术、基础设施、政策法规、产业能力和人才队伍6个方面分析了国内外发展现状,并提出了我国海洋网络信息体系未来发展举措,推动海洋网络信息体系建设发展。


 

  海洋覆盖地球表面积的71%,孕育了地球生命,也哺育着人类文明。随着人类开发和利用自然的不断扩大,对海洋的开发与影响与日俱增,海洋已然成为现代人类持续发展的基础台阶。然而人类对海洋的认识还十分有限,与太空、赛博并列,海洋发展与安全已成为人类社会发展面临的三大挑战之一。

  如今,信息化作为时代发展的重大推手,已经从推动业务发展的附属手段,逐步转变为与业务共融共生、带动跨越式发展的主导因素,在社会的各个方面发挥着广泛的渗透性、基础性和引领性的作用。信息化建设也从简单的装备建设与互联互通,逐步向构建信息时代业务体系、重塑业务流程、创新业务模式、塑造信息时代新能力跨越,不断推动从提供产品向提供服务、提供能力的转型升级。这些变化已渗透到人类活动的各个方面,给各行各业带来崭新发展手段和空间。海洋也不例外,我们必须敏锐抓住海洋发展与信息化发展的历史机遇,将新一轮海洋发展与新兴网络信息技术高度结合。以海洋网络信息体系为重大抓手,助推信息海洋学进步及海洋信息产业发展、扩大关心海洋途径、提高认识海洋水平、提升经略海洋能力,这也是建设海洋强国,引领人类海洋新一轮发展,应对海洋安全挑战的战略途径。

 

  概念内涵
 

  海洋主体广阔、活动分散、时刻处于变化之中,而海洋网络信息体系的构成元素日益剧增,涵盖在海洋载体中认知海洋、经略海洋的种种人类活动的总和。正是海洋的这些特点决定了不能把在陆地的解决方法直接应用于海洋中,海洋网络信息体系不是陆地(空、天)网络信息体系理论与技术在海洋中的直接应用,必须自主创新探索面向海洋的体系工程、重大系统和发展模式等相关基本理论、技术、方法、装备和工程实践应用,揭示海洋网络信息体系的概念内涵。

  我们认为,海洋网络信息体系是以提升人类认识海洋、经略海洋能力,推动海洋文明演进发展为目标,面向海洋安全、经济、环境、科研等各领域信息化共性需求,以“网络中心、信息主导、体系引领、应用变革”为主要特征,依托物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术,利用体系工程思想,按照强化共用(基础设施)、整合通用(功能系统)、开放应用(能力建设)的设计理念,集成政府、军方、企业、社会团体、公众等已有系统、在建系统和未来系统以及相关海洋信息系统及资源,形成支撑海洋业务体系、装备体系和产业体系等能力演进和提升的复杂巨系统。海洋网络信息体系作为全球网络信息体系不可或缺的重要组成部分,是人类网络信息全球化协同建设与发展的高级阶段,是以网络化推动海洋信息化的主要载体,是落实海洋强国战略、创新驱动战略,开展“一带一路”建设的重要抓手,更是实现人类命运共同体的基础组分。

  从概念内涵可以看出,海洋网络信息体系与陆地网络信息体系相比,具有以下基本特征:

  (1)从问题域来看,海洋空间广袤,从沿岸、近海推广到远海大洋和南北两极,从太空、天空、水面、水体延伸至深海,相比陆地,海洋信息的获取、传输范围更广、环境更为特殊,海洋信息的复杂性和不确定性更为明显,海洋信息的综合分析处理难度更高,海洋信息的增值应用效果更为突出。

  (2)从技术视角看,海洋网络信息体系的建设发展必须依赖于多种技术的交叉融合与集成创新,除信息领域广泛应用的基础通用技术之外,在海洋综合感知技术、水下组网通信技术、多源异质结构数据融合处理技术等方面进行关键技术突破,解决制约海洋发展的技术瓶颈问题。

  (3)从应用视角来看,海洋网络信息体系作为综合性的、体系性的工程,只有在多维度、多领域开展广泛深度的融合,涵盖海洋经济发展、海洋环境保护、海洋资源开发、海洋灾害与事故处置等多方面,才能发挥海洋网络信息体系在加快推进海洋强国战略中的效用。

  (4)从产业视角看,海洋网络信息体系虽有全球网信体系先行的前车之鉴,但必须面对海洋广袤、彪悍、经济密度低的挑战,海洋信息产业尚处于产业前期,虽空间巨大,尚需大量投入、久久为功。

 

  国内外发展现状
 

  1.国外发展趋势

  海洋信息感知、传输与处理等技术快速发展。海洋网络信息体系是一个典型的复杂巨系统,虽然完备的海洋网络信息体系理论尚未形成,但在海洋信息技术应用方面已经有了长足的发展。例如,在信息感知方面,基于高分辨率SAR图像的海面目标识别与分类技术逐渐成为热点,主动声纳是未来一段时间内水下目标检测技术的一个主要发展方向,定量遥感也将成为海洋环境遥感的重要方向;在信息传输方面,卫星组网已全面投入应用,空基组网通信和海基组网通信也已开展研究与试验,由静态组网转向动态组网、增强网络环境适应性、增强自组织功能等已成为水声通信网络的主要发展趋势;在信息处理领域,多源海洋信息的融合处理成为热点,以满足海洋安全保障、环境保护、资源开发、防灾减灾等方面的需求。

  以多方协同的方式开展海洋信息基础设施建设。美国、日本、加拿大、英国等国相继建立了由天基、空基、岸基、海基和海底等平台组成的长期连续、要素齐全、实时更新的海洋综合观测系统,期望发挥基础设施一次建设、多方长期使用的效益。除海洋观测系统外,以海事卫星、One Web星座、铱星系统等为代表的低轨卫星,进一步推动了海洋空间信息基础设施建设与应用发展驶入快车道,目前国际上已基本形成集天、海、船、科研等海洋信息基础设施共建共用的繁荣局面,但总体上仍存在缺乏体系化设计、顶层统筹少的问题。
 

表1 国外主要海洋信息基础设施项目

  注重政策法规、产业能力及人才培养的支撑作用。政策法规方面,世界主要海洋国家先后从国家层面制定了一系列海洋政策法规,逐步构建起完善的海洋政策法规体系;产业能力方面,以美国为首的世界主要海洋国家海洋电子信息产品的产业能力很强,以伍兹霍尔海洋研究所为代表的科研机构在世界海洋学研究机构中常年名列前茅,以海洋科技园为主导的若干海洋高新技术产业集群的雏形也正逐渐形成,为海洋网络信息体系建设提供了产业保障;人才培养方面,美国、日本、法国等发达国家均十分注重海洋教育和未来海洋人才的持续投入,建立了相对完善的海洋教育网和教育法规体系。

  2.国内发展现状

  海洋信息关键技术取得突破性进展。近年来,国家对基础理论的科研投入逐渐加大,为海洋网络信息体系理论的研究提供了重要支撑,我国在基础理论研究方面具有整体研究跟随、个别创新超前、发展后劲突出的特点,海洋信息感知、传输与处理等关键技术取得了一系列突破性进展。在信息感知方面,卫星遥感已经进入高轨高分辨率遥感时代,海床基观测系统等深海高新探测技术取得突破,国内首套万米全水深声学观测潜标在马里亚纳海沟挑战者深渊实验成功;在信息传输方面,开启了商业组网小卫星星座建设,天地一体化信息传输网络也正在进行深入论证,2017年完成首个海水量子通信实验;在信息处理方面,建立了全球海洋预报系统和中国近海及邻近海域海洋再分析和预报系统,实现了对遥感、AIS、ADS-B、超视距雷达、光电视频、电磁信息侦测多元异构数据的融合处理。

  国家顶层推动海洋信息基础设施建设。随着国家海底科学观测网、中国全球立体观测网等重大专项建设,我国海洋信息基础设施建设初具规模,逐步构建了由卫星、飞机、岸基监测站、调查船、浮标等组成的海洋观测网络,已基本解决了近海海域水面和低空范围内环境与目标信息的感知问题,海洋资源综合调查手段和范围不断拓展,资料获取能力和数量得到极大提升。随着海洋信息基础设施领域的关注度、资金、项目、人才等资源进一步汇聚,也加速推动了我国海洋信息基础设施的建设与应用向国际化领先水平追赶。
 

表2 国内主要海洋信息基础设施项目

 

  制定了一系列涉海政策法规与人才培养规划,产业能力逐步提升。政策法规方面,国家印发了《全国科技兴海规划纲要(2016-2020年)》《“十三五”海洋领域科技创新专项规划》及《国家海洋局关于进一步加强海洋信息化工作的若干意见》等一系列政策文件,从宏观上统筹推进我国海洋相关工作;产业能力方面,在国家海洋高技术产业基地试点工作的推动下,逐渐形成了以环渤海地区、长三角地区和珠三角地区为主的海洋产业区,海洋信息产业生态逐步形成,工业和信息化部也于2018年批复了“国家海洋信息产业发展联盟”作为国家第一个海洋信息产业联盟,助推海洋信息产业发展;人才培养方面,制定了《全国海洋人才发展中长期规划纲要(2010-2020年)》,我国涉海从业人员数量不断壮大。

  未来发展举措

  审视当前国外发展趋势及国内现状,站在全球网络信息体系建设的高度,世界各国在海洋网络信息体系领域的发展无明显差距,大家基本处于同一起跑线,这也是我国实现海洋事业跨越发展的重大战略机遇。因此,我们应顺应新时代中国崛起的历史趋势,发挥举国体制优势,引领全球技术产业变革方向,在海洋网络信息体系领域重点从以下几个方面加速发展:

  加强基础理论研究与关键技术突破。采用体系工程方法,在海洋的体系论、信息论和方法论等相关基本理论方面进行创新探索,重点加强水下通信组网等海洋信息技术基础理论、产业体系演进发展理论等方面的创新突破,尽快形成完备的海洋网络信息体系理论,同时,借助国家实验室、科研院所等力量,积极推动海洋信息综合感知、水下通信组网、海洋信息处理与应用等各方面前瞻性、颠覆性核心关键技术突破,攻克我国海洋网络信息体系建设面临的关键技术瓶颈。

  统筹推进海洋信息基础设施规模化建设。按照共建共享的理念,以构建“天地一体、陆海兼顾、机固结合”的共用基础网络为主,规划我国海洋信息基础设施建设的总体布局,梳理并优化已有基础设施存量,明确需要进行补充的增量,利用互联网思维共建共享模式创新、政府主导市场主体率先开展建设,最终实现从浅海、近海区域向深海、远海的延伸与覆盖。

  完善涉海政策法规、产业能力及人才培养保障体系。在政策法规方面,推动我国海洋基本法的建立,进一步完善我国海洋政策法规体系,建立完善的政策法律监管落实机制;在产业能力方面,制定出站得高、看得远、想的全、立得住、能管用的海洋信息产业发展战略,政府之手拉动、资本之手推动、市场之手梳理,依托重点企业推动形成海洋高新技术产业集群,通过产业联盟构建生态,培育壮大应用,实现产、学、研、用一体化推动;在人才培养方面,探索符合我国海洋网络信息体系长期发展的人才培养体系,完善海洋教育体制,推动更多的海洋学科建设,注重海洋专业技术人才和海洋高技能人才的培养。

  结语

  在世界多极化、经济全球化、文化多样化和社会信息化的国际形势以及国家海洋战略调整、产业发展战略转型的大背景下,我国利益已超出传统领土、领海,向深远海、全球乃至太空拓展。为了满足国家战略利益拓展要求、维护人类海洋共同安全、引领海洋事业跨越发展、构建全球海洋命运共同体,我们应紧密围绕建设海洋强国、网络强国的战略目标,聚焦军民深度融合、创新驱动发展等重大部署,结合国家“智慧海洋”、天地一体化信息网络等发展规划,以海纳百川、同舟共济的理念,更广泛地、深层次地推动海洋网络信息体系建设发展,为全球海洋发展提供“中国方案”,为人类社会进步贡献“中国智慧”。