内刊访谈

[特别策划] 海洋产业发展对海洋信息技术的需求

发表时间:2019-08-16 14:29:12

文/刘昊 魏志强 黄磊 贾东宁 殷波

 

  刘昊:中国海洋大学信息科学与工程学院讲师、硕士生导师

  魏志强 :中国海洋大学信息科学与工程学院院长、教授、博士生导师,青岛海洋科学与技术试点国家实验室高性能科学计算与系统仿真平台主任

  黄磊:中国海洋大学信息科学与工程学院副教授、硕士生导师

  贾东宁:青岛海洋科学与技术试点国家实验室高性能科学计算与系统仿真平台副主任,中国海洋大学信息科学与工程学院高级工程师、硕士生导师

  殷波:中国海洋大学信息科学与工程学院副教授、硕士生导师


 

  提话:海洋信息技术是一整套涵盖海洋信息获取、传输、处理与应用的综合技术体系,依托于海洋信息探测、立体智能组网、多模数据智能分析和快速精准预测预报等关键技术,充分发挥信息技术的优势,重组优化产业结构,有利于推动海洋产业的发展。


 

  海洋是我国经济社会发展重要战略空间,是孕育新产业、引领新增长的重要领域,在国家经济社会发展全局中的地位和作用日益突出。党中央、国务院高度重视海洋产业发展,党的十八大作出了建设海洋强国的重大战略部署。依托海洋信息技术壮大海洋经济、拓展蓝色发展空间,对于实现海洋命运共同体理念,实现“两个一百年”奋斗目标、实现中华民族伟大复兴中国梦具有重大意义。本文在分析了我国信息技术对海洋产业发展支撑的基础上,深度剖析了海洋产业对海洋信息的需求,推动我国海洋强国建设不断取得新的成绩。

 

  海洋产业概述
 

  海洋产业是指开发、利用和保护海洋所进行的生产和服务活动,主要包括海洋渔业、海洋生物医药业、海洋装备制造业、海洋交通运输业以及海洋科研教育管理服务业。其中海洋第一产业主要包括海洋渔业、水产养殖等;海洋第二产业包括海洋生物医药业、海洋装备制造业、海洋化工业、海洋电力和海水利用业、海洋船舶工业和海洋工程建筑业等;海洋第三产业包括海洋交通运输业、滨海旅游业、海洋科学研究、教育、社会服务业等。

  我国是海洋大国,海洋经济对国民经济的支撑作用不断凸显。近3年,我国海洋经济生产总值分别达70507亿元、77611亿元和83414亿元,分别占国内生产总值的9.5%、9.4%和9.3%。具体来说,2016年,海洋第一产业增加值3566亿元,第二产业增加值28488亿元,第三产业增加值38453亿元,占海洋生产总值的比重分别为5.1%、40.4%和54.5%;2017年,全国海洋生产总值比上年增长6.9%,海洋第一产业增加值3600亿元,第二产业增加值30092亿元,第三产业增加值43919亿元,占海洋生产总值的比重分别为4.6%、38.8%和56.6%;2018年,同比上年增长6.7%,其中海洋第一产业增加值3640亿元,第二产业增加值30858亿元,第三产业增加值48916亿元,占海洋生产总值的比重分别为4.4%、37.0%和58.6%。从我国未来发展趋势看,海洋经济将长期具有增长快、效益好、市场占有率高、产业关联性大等特点,对保障国家安全、缓解资源和环境的瓶颈制约、拓展国民经济和社会发展空间具有重要作用。经过多年发展,我国海洋经济取得显著成就,对国民经济和社会发展发挥了积极带动作用,更为“十三五”期间扩展发展空间奠定了坚实的经济基础和技术保障。

 

  海洋信息技术对海洋产业发展的支撑
 

  当前,中国海洋经济在国民经济中的地位日益提高,占GDP的比重已近10%,成为中国经济增长最具活力和前景的领域之一。在利用信息技术对全要素生产率进行提升、推进海洋供给侧结构性改革的过程中,海洋经济将释放出新动能。同时,中国承担的国际社会责任日益增多,《“一带一路”建设海上合作设想》中,提出推动信息基础设施联通建设,共建覆盖21世纪海上丝绸之路的信息传输、处理、管理、应用体系以及信息标准规范体系和信息安全保障体系,为实现网络互联互通、信息资源共享提供公共平台。通过国家间海洋信息化基础设施共建、海洋数据共享和海洋信息产品服务,以及海洋信息化技术领域的国际合作,可以营造有利于中国海洋发展的国际环境,增加我国在国际海洋公共事务中的话语权,推动我国在国际海洋事务中的地位向引领和影响全球秩序转变。

  1.国际海洋信息技术发展趋势

  从国际主要海洋强国的海洋产业发展布局以及我国近年来的海洋产业发展情况来看,将新一代信息技术在海洋领域深入应用,发展海洋信息技术,建立信息优势,是抢占国际海洋竞争制高点的重要战略保障。

  美国借助其在信息技术领域的优势地位,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”等一系列行动,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。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。此外,国际组织和国际海洋计划也建立了全球海洋观测系统(Global Ocean Observing System, GOOS)、海洋数据获取系统(Ocean Data Acquisition System, ODAS)、全球海洋与海洋气候资料中心(Center for Marine-meteorological and Oceanographic Climate data, CMOC)等海洋数据综合系统,在推动局地和区域海洋合作发展中发挥着重要的作用。

  与传统海洋强国相比,我国在海洋信息化领域的建设起步较晚,但总体建设进程不断加快。海洋环境信息获取体系正从近海逐步覆盖大洋和极地,信息调查手段不断向高空和深海延伸,海洋信息化应用建设也在多个领域不断扩展。

  然而,与我国的海洋强国战略以及在海洋命运共同体承载的责任相比,我国的海洋信息技术建设仍面临诸多问题的挑战。海洋数据的获取能力依然有待提高;海洋立体通信网络的基础设施相对较弱;海洋信息共享不足;海洋核心技术装备与发达国家差距较大;海洋智能技术刚刚起步;总体应用水平偏低、规模偏小。海洋信息技术对于各个海洋产业的推动和支撑作用仍需要进一步深化。

  2.海洋信息技术体系概述

  海洋信息技术是一整套涵盖海洋信息获取、传输、处理与应用的综合技术体系,依托于海洋信息探测、立体智能组网、多模数据智能分析和快速精准预测预报等关键技术,充分发挥信息技术的优势,重组优化产业结构,有利于推动海洋产业的发展。利用空基、天基、陆基、船基、海基的海洋立体监测数据采集与传输系统,建设空天地海一体化的海洋信息观测平台,为海洋数据的智能化、实时化和并行化的采集提供支撑。

  将数量众多的海洋传感器利用智能组网技术实现网络互通,利用泛在组网技术实现区域融合和数据融合的空天地海一体化网络通信体系,实现海洋信息的高效实时获取。根据获取的海洋大数据,经过数据采集和算法分析等,从广泛的数据中快速获得有价值的信息,从而为科学决策提供参考依据。通过在海洋领域充分发挥大数据技术的优势,可实现对海洋信息的分析处理,推进海洋科学研究进程。研究数值分析、数据计算、量子计算和智能计算等关键技术,构建开放环境下的海洋预测预报平台,为海洋产业的发展提供保障。

 

  新型海洋产业发展对海洋信息的需求
 

  1.海洋渔业

  海洋渔业是海洋第一产业,是关乎国计民生的重要资源保障。近3年,海洋第一产业增加值分别为3566亿元、3600亿元和3640亿元,分别占海洋生产总值的比重为5.1%,4.6%和4.4%。海洋第一产业总体保持平稳增长,近海捕捞和海水养殖产量保持稳定。

  然而,我国渔业的发展正面临重要的转型期。实现从资源利用型向生态环境保护型、产量增长型向质量效率型的转变,必须依托海洋信息技术的支撑作用。

  近几年来,海洋信息技术的海洋牧场物联感知、远洋渔业精准捕捞和全基因组计划的精准育种等现代化海洋渔业发展模式,为海洋渔业发展提供了战略机遇和广阔的发展空间,并逐渐成为海洋渔业可持续发展的必经之路。具体来说:(1) 结合现有海洋渔业数据资源,在海洋牧场建设的同时,开展海洋牧场精准养殖耦合计算研究,实现海洋牧场建设过程中的牧场选址合理化、礁体模拟智能化、效果评价系统化和模式管理体系化;(2) 加强渔场渔情预报,构建远洋与极地渔业捕捞对象资源变动规律模型,建立全球远洋渔业资源环境监测网络,发展远洋渔业信息数字化技术,提高渔业精准捕捞与助渔技术水平;(3) 以超算作为基础硬件,通过人工智能等技术进行表型和基因型的分析,提高育种的精度和效率,并采用物联网移动终端获取水质、饲料等数据,通过人工智能技术对数据进行处理分析,帮助农民在放苗、饲养等方面更快地做出更明智的决策,提高水产品产量和资源利用效率。

  2.海洋药物业和海洋装备制造业等

  海洋第二产业主要包括海洋药物业、海洋装备制造业以及海洋工程建筑业等。近三年,海洋第二产业增加值分别为28488亿元、30092亿元和30858亿元,分别占海洋生成总值的比重为40.4%,38.8%和37.0%。其中,海洋生物医药研发不断取得新突破,分别实现增加值336亿元、385亿元和413亿元,总体水平保持不断增长,引领产业快速发展。

  事实上,海洋生物医药业近几年来极大受益于信息技术的支撑,是海洋产业中增长速度较为突出的新兴产业。海洋生物为创新药物研究提供了丰富而独特的基因资源与化合物资源,而由于海洋生物获取难、计算难、实验难导致现有的药源生物非常少。随着海洋百亿亿级计算技术的发展,精准海洋天然产物库、海洋药物虚拟筛选技术等一系列快速、精准的海洋新药研发技术正为全人类揭开一个全新的医药资源宝库。具体来说:(1) 通过研发涵盖生理、病理、药理三大领域的大数据智能耦合计算技术,依托数据科学建立疾病与药物作用机制的智能模型;(2) 海洋药物组学大数据技术提供了文献、数据、规则、知识、智能、模型、算法7大资源库,完整覆盖了海洋新药筛选、优化、设计、合成、实测、成药、安全、用药的医药全过程,大大提高了海洋医药研发的精度和速度;(3) 基于动态数据划分的海洋医药大数据存储共享、基于异构众核超算的海洋医药理化性质预测、基于智能知识图谱的海洋药物新模型等技术,进一步融合构建了海洋医药从发现到临床的医药组学大数据体系,降低药物研发成本、降低用药风险、改善药物功效,实现海洋医药产业的应用结构改善。

  海洋装备制造业和海洋工程建筑业等产业,则对于海洋信息技术的应用推广起到了核心作用。一方面,海洋信息资源体系的建设离不开大量智能化的海洋装备设施、广泛部署的海洋通信网络、智能化的海洋信息资源分析管理方法;另一方面,海洋装备与海洋工程建筑的突破性发展也离不开海洋立体感知网、高分辨率海洋预报预测等海洋信息技术。总体而言,海洋装备制造业和海洋工程建筑业处于波动增长趋势,突破海洋智能平台、水下自动机器人、海洋立体感知网、海洋跨域通信等关键性技术,是上述产业转型升级的突破点。

  3.海洋交通运输业等

  海洋第三产业主要包括海洋交通运输业、滨海旅游业、海洋科学研究教育管理服务业等。2018年全国海洋生产总值83415亿元,其中,第三产业增加值48916亿元,占海洋生产总值的比重分别为58.6%。海洋交通运输业平稳发展,海洋运输服务能力不断提高。沿海规模以上港口完成货物吞吐量比上年增长4.2%,海洋交通运输业全年实现增加值6522亿元,比上年增长5.5%。滨海旅游业继续保持较快发展,全年实现增加值16078亿元,比上年增长8.3%。海洋科学研究教育管理服务业实现19356亿元,增速为10.2%。

  海洋环境预报在经济发展和基础设施建设等方面发挥着越来越重要的作用, 涉及海上安全、海洋能源开发与保护、远洋运输和海洋渔业等许多领域和方面。充分利用数值分析、数据计算、量子计算和智能计算等关键技术,实现远洋通航需要的稳定可靠、业务化的气象和海况预报,为通航路线的选择和安全做好预防预备工作。

  利用现代高科技,实现旅游信息传输的广泛和高效,是滨海旅游业跨世纪发展的必要保证。加快“互联网+旅游”建设,推进智慧旅游与智慧城市的融合建设,打造旅游互联网综合服务平台。建立和完善旅游大数据采集、分析、使用机制体制,探索建立和发布旅游产业运行指数,完善旅游预警发布体系,实现旅游质量管理与服务智慧化。

  海洋科研教育管理服务业指的是开发、利用和保护海洋过程中所进行的科研、教育、管理及服务等活动,包括海洋信息服务业、海洋环境监测预报服务、海洋保险与社会保障业、海洋科学研究、海洋技术服务业、海洋地质勘查业、海洋环境保护业、海洋教育、海洋管理、海洋社会团体与国际组织等。目前,发展现代海洋信息服务主要依托传统的海上航运、滨海旅游、沿海养殖、海洋渔业、海洋资源开发等传统海洋行业。海洋信息监管,海洋信息预报服务,海洋文化创意产业等一批高端技术、资金和知识密集型海洋信息服务业起步较晚,规模和集聚效应尚未形成,成型的高端现代海洋信息服务业较少。海洋产业等新兴战略产业的形成缺乏产业的有效支撑,行业的结构仍有待改善和优化。

  4.其他新兴海洋产业

  将第一产业的产品进行二产加工,由原本一份收入增值为两份,再通过三产的营销服务形成3倍收益,最终获得6份收入,实现“三链重构”的“新六产”,这就是产业智慧化的一种表现形式。

  以海洋渔业为例,由于近海养殖的大规模扩张,导致局部海洋环境恶化、水产品质量下降,粗放的养殖方式、过度的渔业捕捞造成海水养殖收益下滑、海洋生态环境的恶化,部分海域已经呈现“荒漠化”趋势,传统方式下的海水养殖和捕捞已经难以为继。利用海水池塘工程化循环水养殖技术,将整个海水池塘2~3%的面积用于海水鱼类养殖,而97~98%的面积作为净化循环区,将残饵粪便有效回收再利用,在净化循环区的水面上种植海水植物,打造完整生态圈,基本实现了零排放。虽然养殖区的面积只有以前的2~3%,但在科技手段的支持下,养殖效率提高了15%~20%,鱼苗生病率降低了20%~30%,一产企业成功开启了向二产转型模式。

  为了实现海洋“新六产”目标,有必要将海洋信息技术从技术工具延伸到基础设施、经济体的层面,并融入到各个产业的新产品中,创造出按需提供的个性化产品和服务的新业态、产业链跨界融合的新模式。应当建设海洋信息技术基础设施体系,构建完善的海洋立体综合感知网,形成空天地海的一体化海洋通信网络;建设海洋信息资源体系,形成国家层面统筹的海洋信息资源云平台,并提高智能海洋大数据的获取、融合、分析、存储、共享、应用等关键技术的研发能力;建设海洋信息应用服务体系,提升我国海洋国防、海上执法、国际合作、经济运行评估、防灾减灾、生态环境监测等领域的管理决策信息服务能力,并针对渔业水产、能源矿产、生物医药、交通运输、滨海旅游等海洋资源开发提供精细化、智能化和便捷化的信息技术产品,研发以面向海气相互作用过程与气候预测、陆海物质交换影响与对策、全球变化下海洋生态系统变化与响应、海底深部过程及资源环境效应等海洋前沿领域为代表的海洋认知信息服务;建设海洋信息技术支撑保障体系,从信息安全、关键技术、标准规范、政策机制和人员队伍等多方面推动海洋信息技术对海洋产业的支撑作用。

 

  结语

  海洋产业的发展离不开科技与信息技术。中国正在通过大数据、人工智能、“互联网+”等技术推动实施国家信息化发展战略,海洋信息技术是国家信息化战略的重要组成部分,同时也是推进我国海洋强国战略的关键保障。通过体系化的设计思路,充分整合现有资源、适应业务需求、兼顾未来发展,逐步推进海洋信息基础设施从近岸向中远海、从水面向水下和海底延伸,实现海洋数据资源整合汇集、智能分析和协同处理,建立多层次、多元化的应用服务体系。通过海洋信息技术与海洋产业的深度融合,实现海洋信息技术结合众核超算、多模智能的跨越发展,从而在海洋产业发展和海洋强国建设中发挥出更大的作用。