基于水下環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)建設(shè)構(gòu)想

付德強(qiáng) 成芳 胡迺成

摘 要：依托我部水下環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)，提出數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)建設(shè)構(gòu)想。包括建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)方案等內(nèi)容。這對(duì)于提高試驗(yàn)效率和決策水平具有重大意義。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境；數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)；水下環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)

1 數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)建設(shè)內(nèi)容

1.1 數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)的基本概念

所謂數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)，就是指信息化的試驗(yàn)海域，它包括了試驗(yàn)海區(qū)大部分要素的數(shù)字化、智能化、可視化的全過程，是依托各種測(cè)量設(shè)備，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）、衛(wèi)星遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)與現(xiàn)代海洋技術(shù)相結(jié)合，把大量的、多分辨率的、動(dòng)態(tài)的各類海洋信息資源進(jìn)行整合、集成、分析處理、利用和有效管理，組合形成一個(gè)大系統(tǒng)，快速、完整、便捷地為決策者提供全面、多層次的試驗(yàn)海區(qū)海洋環(huán)境信息，為試驗(yàn)的組織實(shí)施和結(jié)果評(píng)定提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1.2 數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)的建設(shè)內(nèi)容

數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)的建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從我部試驗(yàn)任務(wù)對(duì)海洋環(huán)境的需求考慮，主要建設(shè)內(nèi)容包括數(shù)字化試驗(yàn)海域海洋環(huán)境信息基礎(chǔ)平臺(tái)、數(shù)字化試驗(yàn)海域原型系統(tǒng)兩大部分。

1.2.1 海洋環(huán)境信息基礎(chǔ)平臺(tái)

1.2.1.1 數(shù)字化試驗(yàn)海域標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的確立

海洋空間信息的來源多種多樣，要把這些數(shù)據(jù)資料按統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系統(tǒng)、統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)組織到數(shù)據(jù)庫(kù)中，應(yīng)制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、數(shù)據(jù)交換、產(chǎn)品制作等系列規(guī)程和規(guī)范，以確保有效地開發(fā)與利用信息資源和信息技術(shù)。

1.2.1.2 試驗(yàn)海區(qū)海洋環(huán)境信息的獲取

實(shí)現(xiàn)數(shù)字化試驗(yàn)海域的基礎(chǔ)和關(guān)鍵是數(shù)據(jù)。海洋數(shù)據(jù)反映了海洋基本特征和動(dòng)態(tài)變化，是海洋自然特征的數(shù)字化表現(xiàn)形式。隨著數(shù)據(jù)獲取方法手段的更新，數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性大大提高，數(shù)據(jù)更新周期已由過去的按年、多年，逐步發(fā)展為按日、時(shí)，甚至按分鐘計(jì)量。海洋數(shù)據(jù)的快速獲取和更新，將使海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)形成海量積累，并逐步實(shí)現(xiàn)海洋的數(shù)字化，同時(shí)也為海洋的數(shù)字化表達(dá)及利用數(shù)字化和虛擬現(xiàn)實(shí)的手段還原海洋的真實(shí)情境創(chuàng)造了條件，這對(duì)靶場(chǎng)更客觀地認(rèn)識(shí)了解海洋現(xiàn)象，探究發(fā)現(xiàn)海洋規(guī)律等具有重要的意義。

1.2.1.3 海洋環(huán)境信息數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)是數(shù)字化試驗(yàn)海域信息基礎(chǔ)平臺(tái)的核心，通過數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的統(tǒng)一高效管理，把分散的、多源的、海量的、內(nèi)容多樣的、標(biāo)準(zhǔn)不一的各類海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為數(shù)字化試驗(yàn)海域原型系統(tǒng)提供多源、多尺度的數(shù)據(jù)支撐。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)由海洋水文、海底底質(zhì)、海洋基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)等幾大類數(shù)據(jù)。具備數(shù)據(jù)查詢檢索、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)抽取及更新等功能。

1.2.2 數(shù)字化試驗(yàn)海域原型系統(tǒng)

數(shù)字化試驗(yàn)海域原型系統(tǒng)是指在對(duì)大量海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品進(jìn)行整合的基礎(chǔ)上，形成的一個(gè)信息集成與可視化顯示基礎(chǔ)平臺(tái)。它集成了海洋環(huán)境信息基礎(chǔ)平臺(tái)的各種數(shù)據(jù)和海洋計(jì)算模式，并基于三維球體模型，利用三維可視化、動(dòng)態(tài)仿真等技術(shù)，對(duì)這些海洋環(huán)境信息進(jìn)行空間分析和動(dòng)態(tài)、直觀的可視化表達(dá)，并可以實(shí)現(xiàn)多類信息的綜合查詢。根據(jù)我部試驗(yàn)任務(wù)的特點(diǎn)，此原型系統(tǒng)包括基礎(chǔ)信息模塊和海洋環(huán)境模塊等三大模塊。

1.2.2.1 基礎(chǔ)信息模塊

可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)海域海底地形的三維可視化表達(dá)與定位查詢。從不同角度對(duì)幾大試驗(yàn)海區(qū)的海底地形地貌進(jìn)行海洋基礎(chǔ)信息的全方位展示。

1.2.2.2 海洋環(huán)境模塊

利用統(tǒng)計(jì)、再分析、預(yù)報(bào)等多種類型數(shù)據(jù)，以單點(diǎn)查詢、過程曲線、顏色梯度填充、三維虛擬仿真等多種形式動(dòng)態(tài)表達(dá)溫度、鹽度、密度、聲速、流速流向、波浪等水文要素。

2 數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)建設(shè)方案

2.1 制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

依據(jù)數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)的總體要求和頂層設(shè)計(jì)，開展數(shù)字化試驗(yàn)海域標(biāo)準(zhǔn)的總體設(shè)計(jì)，確定標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)體系框架，編制數(shù)字化試驗(yàn)海域標(biāo)準(zhǔn)化工作指南。分析現(xiàn)有與數(shù)字化試驗(yàn)海域相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，研究確定擬采用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，指定基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 建立數(shù)字化試驗(yàn)海域海洋信息獲取與更新體系

信息獲取與更新體系是數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)的重要基礎(chǔ)和保持生命力的重要保障。目前，依托我部的水下環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)（包括溫鹽深剖面儀、多普勒流速剖面儀、GPS羅經(jīng)、側(cè)掃聲納、單波束測(cè)深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、測(cè)波雷達(dá)等）已初步形成由海底到海面的海洋立體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取體系，形成了分布密度合理、監(jiān)測(cè)要素齊全的數(shù)據(jù)采集體系，為實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)獲取與更新的實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化提供了技術(shù)支撐。

事實(shí)上，海量的海洋信息是數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)的重要基礎(chǔ)。目前靶場(chǎng)已投入部分資金購(gòu)置了水下環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)這套海洋環(huán)境調(diào)查設(shè)備，并結(jié)合試驗(yàn)任務(wù)和錨訓(xùn)進(jìn)行不同時(shí)間和不同地點(diǎn)對(duì)進(jìn)行了觀測(cè)。但這些有限的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)低于海洋信息的大范圍、高精度、時(shí)空連續(xù)的全面要求。后續(xù)應(yīng)在全面收集、利用各類海洋調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，加大對(duì)海洋環(huán)境調(diào)查的投入力度，充分利用我部的水下環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行海洋環(huán)境調(diào)查，為建立海洋數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 研究數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 海洋信息處理技術(shù)

由于海洋是流動(dòng)的水體，并且邊界模糊，導(dǎo)致獲取的海洋數(shù)據(jù)的誤差和用來描述海洋自然要素屬性或海洋物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。因此，有必要開展有關(guān)海洋數(shù)據(jù)的資料處理與質(zhì)量控制技術(shù)、海洋特征的信息提取技術(shù)以及海洋重構(gòu)與預(yù)測(cè)技術(shù)等。針對(duì)我部水下環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)備組成，主要研究溫鹽深剖面儀、多普勒流速剖面儀、GPS羅經(jīng)、側(cè)掃聲納、單波束測(cè)深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、測(cè)波雷達(dá)的的信息處理技術(shù)。

2.3.2 海洋數(shù)據(jù)組織與管理技術(shù)

隨著測(cè)量數(shù)據(jù)的爆炸性的增長(zhǎng)和不斷積累，在海量的數(shù)據(jù)面前，反而更不容易發(fā)現(xiàn)有用的信息和知識(shí)。為此，有必要充分利用信息技術(shù)的最新研究成果，對(duì)海洋數(shù)據(jù)的組織管理等進(jìn)行深入的研究。

2.3.3 海洋信息可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

可視化技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，是研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。利用此項(xiàng)技術(shù)，可以使海洋自然屬性與要素的表達(dá)更逼真，更有利于揭示隱藏在大量數(shù)據(jù)和信息背后的海洋現(xiàn)象和變化規(guī)律。

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的具有戰(zhàn)略性和前瞻性的系統(tǒng)工程，是當(dāng)前乃至今后一段時(shí)期靶場(chǎng)信息化領(lǐng)域的重要工作。在今后工作中，要在吸收和借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合靶場(chǎng)試驗(yàn)任務(wù)實(shí)際，盡快建立數(shù)字化試驗(yàn)海域基礎(chǔ)平臺(tái)，建立健全海洋信息更新能力和機(jī)制保障，建立權(quán)威的海洋信息基礎(chǔ)平臺(tái)，搭建逼真的原型系統(tǒng)，探索符合靶場(chǎng)實(shí)際的海洋信息化建設(shè)模式，使之在為試驗(yàn)組織實(shí)施和結(jié)果評(píng)定等方面發(fā)揮越來越重要的作用。

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作者簡(jiǎn)介：付德強(qiáng)（1970-），男，本科，91439部隊(duì)第460所工程師，遼寧喀左人，主要研究方向?yàn)樗斜髟囼?yàn)鑒定。