海洋大數(shù)據(jù)：內(nèi)涵、應(yīng)用及平臺(tái)建設(shè)

侯雪燕，洪陽(yáng)，張建民，鄒亞榮，石曉勇，任力波，程曉，張彪，于華明，郭振華，崔要奎

（1.清華大學(xué)水利水電工程系，北京100084；2.國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心，北京100081；3.國(guó)家海洋局海洋減災(zāi)中心，北京100194；4.國(guó)觀智庫(kù)/清華國(guó)觀海洋研究中心，北京100081；5.北京師范大學(xué)極地與海洋研究中心/全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院，北京100875；6.南京信息工程大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210044；7.中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，山東青島266100；8.清華大學(xué)深圳研究生院，廣東深圳518055；9.清華大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)研究院遙感大數(shù)據(jù)研究中心，北京100084）

海洋大數(shù)據(jù)：內(nèi)涵、應(yīng)用及平臺(tái)建設(shè)

侯雪燕1，9，洪陽(yáng)1，9，張建民1，鄒亞榮2，石曉勇3，任力波4，程曉5，張彪6，于華明7，郭振華8，崔要奎1，9

（1.清華大學(xué)水利水電工程系，北京100084；2.國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心，北京100081；3.國(guó)家海洋局海洋減災(zāi)中心，北京100194；4.國(guó)觀智庫(kù)/清華國(guó)觀海洋研究中心，北京100081；5.北京師范大學(xué)極地與海洋研究中心/全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院，北京100875；6.南京信息工程大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210044；7.中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院，山東青島266100；8.清華大學(xué)深圳研究生院，廣東深圳518055；9.清華大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)研究院遙感大數(shù)據(jù)研究中心，北京100084）

信息技術(shù)的快速發(fā)展，帶動(dòng)海洋數(shù)據(jù)快速積累，海洋已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。海洋大數(shù)據(jù)即是在當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，大數(shù)據(jù)技術(shù)在海洋領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)踐，具有大體量（Volume）、多樣性（Variety）、快速流轉(zhuǎn)（Velocity）和高價(jià)值（Value）的“4V”特征，是在大數(shù)據(jù)的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐下的價(jià)值實(shí)現(xiàn)，也是實(shí)施海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、開(kāi)發(fā)海洋資源、拉動(dòng)海洋經(jīng)濟(jì)、維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益的重要基礎(chǔ)。本文討論了海洋大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵和外延，從數(shù)據(jù)特征、數(shù)據(jù)種類的角度對(duì)海洋大數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的定義；并詳細(xì)介紹了海洋大數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域；進(jìn)一步闡述了海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及其在海洋大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)實(shí)例中的應(yīng)用；從數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)安全的角度，探討了海洋大數(shù)據(jù)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇；最后對(duì)未來(lái)海洋大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)和方向進(jìn)行了展望。

海洋大數(shù)據(jù)；海洋應(yīng)用；平臺(tái)建設(shè)；大數(shù)據(jù)技術(shù)

1 什么是海洋大數(shù)據(jù)？

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的快速發(fā)展，文字、圖片、音頻、視頻等各類半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)大量涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)種類、規(guī)模、存儲(chǔ)量飛速增長(zhǎng)，全球已迎來(lái)“大數(shù)據(jù)”時(shí)代（郭華東等，2014）。據(jù)2014年4月國(guó)際數(shù)據(jù)公司（International Data Corporation，IDC）發(fā)布的第7份數(shù)字宇宙研究報(bào)告，數(shù)據(jù)量將以超每?jī)赡攴环乃俣仍鲩L(zhǎng)，到2020年將增長(zhǎng)到44 ZB（Turner，2014）。IDC在2011年的報(bào)告中將大數(shù)據(jù)技術(shù)描述為一個(gè)技術(shù)和體系的新時(shí)代，通過(guò)快速捕獲、發(fā)現(xiàn)和分析技術(shù)，從大規(guī)模、多樣化的數(shù)據(jù)中經(jīng)濟(jì)有效地提取數(shù)據(jù)價(jià)值（Gantz et al，2011）。因此，大數(shù)據(jù)并不僅僅是指海量數(shù)據(jù)，更是指半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的、數(shù)據(jù)量之大以至無(wú)法在一定時(shí)間內(nèi)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行獲取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。Andrea等（2016）通過(guò)整合大數(shù)據(jù)重要特征，將大數(shù)據(jù)定義為具有大體量（Volume）、多樣性（Variety）、快速流轉(zhuǎn)（Velocity）等特征、需運(yùn)用特定技術(shù)和分析方法將其轉(zhuǎn)化為價(jià)值（Value）的一種信息資產(chǎn)，該定義囊括了大數(shù)據(jù)的“4V”特征。

對(duì)于約占地表總面積的70%的海洋來(lái)說(shuō)，已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。目前已具有近海測(cè)繪、海島監(jiān)視、水下探測(cè)、海洋漁業(yè)作業(yè)、海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)、海洋科考、油氣平臺(tái)環(huán)境監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)等多種海洋觀測(cè)和調(diào)查手段，形成非常龐大的海洋觀測(cè)監(jiān)測(cè)體系，積累了海量的海洋自然科學(xué)數(shù)據(jù)，包括現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)監(jiān)測(cè)資料、海洋遙感數(shù)據(jù)、數(shù)值模式數(shù)據(jù)等。近年來(lái)，海洋觀測(cè)設(shè)備正經(jīng)歷革命性變化，以衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為代表的海洋數(shù)據(jù)規(guī)模呈爆炸式增長(zhǎng)，海洋數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)速度快于其他行業(yè)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)（黃冬梅等，2016）。網(wǎng)絡(luò)信息化的高速發(fā)展，也促進(jìn)了海洋經(jīng)濟(jì)、海洋管理、海洋文化、海洋戰(zhàn)略等海洋社會(huì)科學(xué)類數(shù)據(jù)的快速積累。海洋大數(shù)據(jù)作為科學(xué)大數(shù)據(jù)的重要組成部分，也正在從單一的自然科學(xué)向自然與社會(huì)科學(xué)的充分融合方向過(guò)渡（郭華東等，2014）。因此可以定義，海洋大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)技術(shù)在海洋領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)踐，具有海量（Volume）、多樣（Variety）、快速流轉(zhuǎn)（Velocity）和高價(jià)值（Value）的“4V”特征，是在大數(shù)據(jù)的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐下的價(jià)值實(shí)現(xiàn)。

我國(guó)是海洋大國(guó)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來(lái)越依賴于海洋，海洋權(quán)益也需要不斷加以拓展和維護(hù)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下，如何對(duì)海洋大數(shù)據(jù)進(jìn)行高效管理和充分的價(jià)值挖掘，為海洋環(huán)境預(yù)報(bào)、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋作業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)政策制定等提供優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)和決策支持，是未來(lái)海洋領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)主要方向。在未來(lái)海洋管理、海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋環(huán)境預(yù)報(bào)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋權(quán)益維護(hù)等諸多方面，海洋大數(shù)據(jù)將扮演越來(lái)越重要的角色。

2 海洋大數(shù)據(jù)內(nèi)涵

依數(shù)據(jù)類型劃分，可將海洋大數(shù)據(jù)分為兩大類：海洋自然科學(xué)類大數(shù)據(jù)和海洋社會(huì)科學(xué)類大數(shù)據(jù)。

2.1 海洋自然科學(xué)類大數(shù)據(jù)

海洋自然科學(xué)類數(shù)據(jù)主要是指對(duì)海洋自然環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)或模擬而得到的數(shù)據(jù)，包含了海洋的水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境信息（如葉綠素濃度、懸浮泥沙含量、有色可溶有機(jī)物等）、海洋動(dòng)力環(huán)境信息（海水溫度、海面風(fēng)場(chǎng)、海面高度、海浪、海流、海洋重力場(chǎng)等）、以及海洋生物、海洋化學(xué)、海底地質(zhì)、沉積物、水下地形、海冰、海水污染等其他海洋環(huán)境信息。海洋自然科學(xué)數(shù)據(jù)的獲取手段主要包括實(shí)際觀測(cè)、海洋遙感觀測(cè)和海洋數(shù)值模擬。因此，可將海洋自然科學(xué)類大數(shù)據(jù)分為海洋實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、海洋遙感數(shù)據(jù)和海洋模式數(shù)據(jù)。

2.1.1 海洋實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

海洋實(shí)測(cè)調(diào)查包括船基觀測(cè)、定點(diǎn)觀測(cè)和移動(dòng)觀測(cè)等。

船基觀測(cè)的數(shù)據(jù)采集主要包括海洋氣象（風(fēng)場(chǎng)、溫度、濕度、氣壓、太陽(yáng)輻射）、物理海洋（溫度、鹽度、海流、水位）、海洋物理（聲、光、電）、海洋化學(xué)（海水營(yíng)養(yǎng)鹽、溶解氧、二氧化碳）、海洋生物（葉綠素、生物量）、海底地貌、地質(zhì)和地球物理等，為海洋資源開(kāi)發(fā)利用、海洋工程技術(shù)、海洋環(huán)境保護(hù)和海上作戰(zhàn)、訓(xùn)練、裝備研制等提供海洋參數(shù)。

海洋環(huán)境觀測(cè)定點(diǎn)平臺(tái)包括岸基雷達(dá)站、岸基海洋觀測(cè)站（點(diǎn)）、河口水文站、海洋氣象站、驗(yàn)潮站等，以及離岸的錨系浮標(biāo)、潛標(biāo)、海床基和海底觀測(cè)網(wǎng)等。雷達(dá)觀測(cè)儀器包括高頻地波雷達(dá)、X波段測(cè)波雷達(dá)、C波段或S波段多普勒測(cè)波雷達(dá)，主要觀測(cè)海浪和海表面流場(chǎng)等參數(shù)。海洋站是建設(shè)在海濱或島礁固定的海洋環(huán)境觀測(cè)設(shè)施，提供沿海的波浪、潮汐、水溫、鹽度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、相對(duì)濕度、氣壓和降水等水文氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。海洋浮標(biāo)是以錨定在海上的觀測(cè)浮標(biāo)為主體組成的海洋水文氣象自動(dòng)觀測(cè)站，其水上部分為氣象要素傳感器（風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、氣溫、空氣濕度等），水下部分為水文要素傳感器（水溫、鹽度、波浪、海流、潮位等）。海洋潛標(biāo)系統(tǒng)的主浮體位于水面以下，主要用于海流和溫度、鹽度等參數(shù)的定點(diǎn)、長(zhǎng)時(shí)序、剖面測(cè)量，還可配置生物捕集器等開(kāi)展海洋生態(tài)環(huán)境觀測(cè)。海床基是一種坐落在海底對(duì)水下環(huán)境進(jìn)行定點(diǎn)、長(zhǎng)期、連續(xù)觀測(cè)的海洋技術(shù)，可以測(cè)到整個(gè)水層里沒(méi)有接觸到的信息。

海洋移動(dòng)觀測(cè)能夠覆蓋更大的區(qū)域，具有更高的靈活性和很強(qiáng)的自主航行能力，包括水面上或水下的移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)，如自治式水下潛器、無(wú)人遙控潛器、無(wú)人水面艇、拖曳式觀測(cè)平臺(tái)和載人潛水器。典型的有Argo（Array for Real-time Geostrophic Oceanography，地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測(cè)陣）浮標(biāo)，可在海洋中自由漂移，提供海面到水下2000 m水深之間的海水溫度、鹽度和深度資料，跟蹤其漂移軌跡，可獲取海水的移動(dòng)速度和方向（羅續(xù)業(yè)，2015）。

2.1.2 海洋遙感數(shù)據(jù)

目前，海洋遙感數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和航空遙感數(shù)據(jù)，其中航空遙感又可分為有人機(jī)航空遙感和無(wú)人機(jī)航空遙感（徐京萍等，2016）。衛(wèi)星遙感可針對(duì)大范圍海域進(jìn)行高頻次動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，是及時(shí)、連續(xù)獲取海洋水色、海面溫度、海面高度、海面風(fēng)場(chǎng)、海浪、海流、鹽度、海上目標(biāo)、海島、海岸帶等要素信息的最有效觀測(cè)手段。航空遙感具有速度快、機(jī)動(dòng)靈活、空間分辨率高的特點(diǎn)，適用于重點(diǎn)區(qū)域的高精度監(jiān)測(cè)，如近海海洋調(diào)查、海岸帶制圖、資源勘測(cè)、海洋動(dòng)態(tài)監(jiān)管、海洋突發(fā)情況應(yīng)急響應(yīng)、海洋資源環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

按照觀測(cè)的海洋要素和搭載的遙感載荷的不同，海洋衛(wèi)星主要分為海洋水色衛(wèi)星、海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星3類（林明森等，2015）。海洋水色衛(wèi)星主要搭載光學(xué)遙感載荷，如海洋水色掃描儀、海岸帶成像儀、中分辨率光譜儀等，用于觀測(cè)海洋水色、水溫、透明度、海冰、綠潮、赤潮、海島海岸帶等要素信息。海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星主要用于全天時(shí)、全天候獲取海面高度、有效波高、海面風(fēng)場(chǎng)、海洋鋒面、中尺度渦、海面溫度、鹽度等海洋動(dòng)力環(huán)境信息，遙感載荷主要包括微波散射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)、微波輻射計(jì)、鹽度計(jì)等。海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星用于全天時(shí)、全天候監(jiān)視海上目標(biāo)、溢油、海冰、海島、海岸帶等海洋要素，并獲取海洋浪場(chǎng)、風(fēng)暴潮漫灘、內(nèi)波等信息，遙感載荷主要為多極化多模式合成孔徑雷達(dá)。

日益增長(zhǎng)的海洋研究水平和海洋應(yīng)用能力對(duì)海洋遙感觀測(cè)的精度提出了更高的要求，隨著海洋遙感平臺(tái)、載荷技術(shù)、地面設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)不斷進(jìn)步，海洋遙感數(shù)據(jù)正在向更高精度與時(shí)空分辨率的方向發(fā)展。此外，海洋遙感數(shù)據(jù)定量化應(yīng)用的不斷深入和個(gè)性化服務(wù)的不斷完善，也是未來(lái)海洋數(shù)據(jù)發(fā)展的重要方向。

2.1.3 海洋模式數(shù)據(jù)

海洋數(shù)值模擬是以現(xiàn)實(shí)海洋為基本物理背景，以高性能計(jì)算機(jī)為載體，按照物理規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，從而對(duì)海洋狀態(tài)（包括海溫、鹽度、海流、海浪、潮汐等要素）進(jìn)行模擬，參數(shù)化、定量化地描述海洋的具體狀況。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的飛速提升，海洋數(shù)值模擬近年來(lái)得到了極大的發(fā)展，逐漸成為海洋大數(shù)據(jù)的重要來(lái)源。首先，海洋數(shù)值模擬生成了大量的海洋數(shù)據(jù)，在海洋總數(shù)據(jù)量中所占比例最大，且生成速度最快（Overpecketal，2011），成為海洋大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)來(lái)源之一。其次，海洋數(shù)值模擬將真實(shí)的連續(xù)的海洋進(jìn)行了網(wǎng)格化與數(shù)字化，數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)性，便于后處理、可視化以及各種海洋現(xiàn)象分析。再者，與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、衛(wèi)星遙感得到的海洋數(shù)據(jù)相比，海洋數(shù)值模擬數(shù)據(jù)具有空間上三維、時(shí)間上連續(xù)等優(yōu)勢(shì)，可以做到“足不出戶便知天下事”，同時(shí)還可以進(jìn)行海洋狀況的預(yù)報(bào)。

盡管海洋數(shù)值模擬結(jié)果目前在趨勢(shì)上逼近真實(shí)海洋，但其準(zhǔn)確性仍然需要不斷的提高。充分利用衛(wèi)星遙感、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)等數(shù)據(jù)與海洋數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合，對(duì)海洋數(shù)據(jù)同化模型，進(jìn)行有效的模型參數(shù)校準(zhǔn)與模型結(jié)果驗(yàn)證，生成再分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品，這是海洋數(shù)值模擬發(fā)展的重要方向，也是進(jìn)一步提高模型計(jì)算結(jié)果可靠性的必要途徑。由于不同海洋機(jī)構(gòu)所采用的海洋數(shù)值模擬技術(shù)具有多樣性，往往在同一區(qū)域會(huì)得到多種不同的數(shù)值模擬結(jié)果。因此需要根據(jù)衛(wèi)星遙感與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)不同的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行識(shí)別與判斷，優(yōu)選出最貼近真實(shí)海洋的數(shù)值模擬數(shù)據(jù)。目前國(guó)內(nèi)外比較常用的數(shù)值模擬產(chǎn)品有POM（Princeton Ocean Model）、FVCOM（An Unstructured Grid，F(xiàn)inite-Volume Coastal Ocean Model）、HAMSOM（Hamburg Shelf Ocean Model）、HYCOM（HYbrid Coordinate Ocean Mode）、ROMS（Regional Ocean Model System）、SODA（Simple O-cean Data Assimilation）等（鄭沛楠等，2008）。

2.1.4 海洋再分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)

再分析是利用資料同化技術(shù)，將各種來(lái)源、各種類型的觀測(cè)資料與數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行融合和最優(yōu)集成，可以重建長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)解決了觀測(cè)資料時(shí)空分布不均的問(wèn)題。再分析資料是現(xiàn)代氣候變化研究中十分重要的數(shù)據(jù)源，目前已在大氣—海洋—陸地相互作用、氣候監(jiān)測(cè)和季節(jié)預(yù)報(bào)、氣候變率和變化、全球水循環(huán)和能量平衡等諸多研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，海洋再分析數(shù)據(jù)包含了觀測(cè)系統(tǒng)變更、數(shù)值模式和同化方案等所帶來(lái)的誤差，如何減少和消除這些誤差、提高再分析數(shù)據(jù)質(zhì)量，是目前再分析數(shù)據(jù)制作和應(yīng)用所面臨的主要問(wèn)題之一（趙天保等，2010）。

常用于海洋模式驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的海洋再分析數(shù)據(jù)包括海洋大氣綜合數(shù)據(jù)集ICOADS（International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set）資料、美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心/美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NECP/ NCAR）資料、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ECMWF（The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）資料，經(jīng)同化方法計(jì)算得到的海洋模式再分析數(shù)據(jù)包括SODA海洋再分析數(shù)據(jù)集、OFES（Dataset of Ocean General Circulation Model for the Earth Simulator）資料（李曉婷等，2010）。

2.2 海洋社會(huì)科學(xué)類大數(shù)據(jù)

海洋社會(huì)科學(xué)類大數(shù)據(jù)是相對(duì)于海洋自然科學(xué)類大數(shù)據(jù)而言，目前在學(xué)術(shù)界、政府內(nèi)并沒(méi)有明確的范疇定義。依據(jù)現(xiàn)有海洋研究進(jìn)展、海洋事業(yè)發(fā)展、海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略所涉內(nèi)容，以及高層海洋決策所涉因素而言，大致可以分為海洋戰(zhàn)略數(shù)據(jù)、海洋經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、海洋文化數(shù)據(jù)三大類。

海洋戰(zhàn)略數(shù)據(jù)通常包含海洋政策信息、海洋法律信息、海洋戰(zhàn)略輿情信息?；诤Ｑ髥?wèn)題的全球?qū)傩?，這類信息的搜集與管理都應(yīng)該具備全球視野，尤其是在海洋戰(zhàn)略輿情信息方面，更應(yīng)該注重監(jiān)測(cè)和分析全球重點(diǎn)智庫(kù)、重點(diǎn)媒體、重點(diǎn)政府涉海部門的相關(guān)涉華涉海輿情，以便于對(duì)我海洋決策形成全面、綜合的信息參考。

海洋經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要指海洋漁業(yè)、海鹽業(yè)、海洋交通運(yùn)輸業(yè)、海洋船舶工業(yè)、海洋油氣業(yè)、濱海旅游業(yè)、海洋服務(wù)業(yè)等海洋產(chǎn)業(yè)相關(guān)信息，包含從產(chǎn)業(yè)研究、產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)運(yùn)行、產(chǎn)業(yè)投資、產(chǎn)業(yè)金融的全鏈條數(shù)據(jù)信息，以及重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)方面的數(shù)據(jù)信息。

海洋文化數(shù)據(jù)主要指海洋歷史圖文資料、海洋文化教育（海洋意識(shí)培育）等方面的數(shù)據(jù)信息。就數(shù)據(jù)管理而言，前者相對(duì)成熟，后者在大數(shù)據(jù)時(shí)代中的意義逐漸體現(xiàn)，即國(guó)家海洋文化和個(gè)體海洋意識(shí)的培育，對(duì)于未來(lái)中國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施至為重要，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域也同樣面臨新的課題。

3 海洋大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 海洋防災(zāi)減災(zāi)

中國(guó)是海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，近年來(lái)，受全球氣候變化及海平面上升的影響，沿海地區(qū)災(zāi)害頻發(fā)，災(zāi)害程度升高，海洋防災(zāi)減災(zāi)面臨巨大的壓力和挑戰(zhàn)。我國(guó)面臨的海洋災(zāi)害種類繁多，包括風(fēng)暴潮（臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮和溫帶風(fēng)暴潮）、海浪、海冰、海嘯、海平面上升、赤潮、綠潮等自然災(zāi)害，以及海上溢油、?；沸孤┑群Ｑ蟓h(huán)境突發(fā)污染事件。我國(guó)沿海不同地域的海洋災(zāi)害呈現(xiàn)不同的態(tài)勢(shì)。

在當(dāng)前全球氣候變化的背景下，在沿海經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新形勢(shì)下，海洋災(zāi)害的形成機(jī)理、發(fā)生規(guī)律、時(shí)空特征、災(zāi)害損失呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)，使我國(guó)依然面臨著較大的海洋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)2015年中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)，2006-2015年間，全國(guó)各類海洋災(zāi)害造成的年均直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)133億元，年均死亡（含失蹤）136人，其中，風(fēng)暴潮（包括臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮和溫帶風(fēng)暴潮）造成的直接經(jīng)濟(jì)損失最大，約占90%。

海洋大數(shù)據(jù)在海洋減災(zāi)體系中發(fā)揮著巨大作用?；诤Ｑ蟠髷?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是海洋防災(zāi)減災(zāi)的基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)，并提供分析工具集，統(tǒng)計(jì)人員可進(jìn)行橫向跨專業(yè)、縱向跨時(shí)間的綜合分析和關(guān)聯(lián)分析?？山I(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)等不同的分析主題應(yīng)用，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)的變化進(jìn)行擴(kuò)展。通過(guò)海洋大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析、處理和挖掘，形成多層面的業(yè)務(wù)產(chǎn)品，為海洋減災(zāi)工作提供支持。

3.2 海洋目標(biāo)檢測(cè)

海洋目標(biāo)檢測(cè)是海洋權(quán)益維護(hù)、海洋資源管理等的重要部分，目前主要利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)開(kāi)展海洋目標(biāo)檢測(cè)。星載合成孔徑雷達(dá)能夠全天時(shí)、全天候、高空間分辨率對(duì)海觀測(cè)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于檢測(cè)海洋目標(biāo)，如艦船、島礁、石油平臺(tái)、溢油、綠潮、海冰等。全極化合成孔徑雷達(dá)可以測(cè)量目標(biāo)散射矩陣信息，因而在目標(biāo)檢測(cè)和分類方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，其缺點(diǎn)在于成像刈幅窄，不適合星載平臺(tái)業(yè)務(wù)化目標(biāo)檢測(cè)的需求。目前，印度RISAT-1和日本ALOS-2衛(wèi)星上搭載的C波段和L波段合成孔徑雷達(dá)已有簡(jiǎn)縮極化成像模式，獲取的數(shù)據(jù)已初步應(yīng)用于大范圍海洋溢油檢測(cè)。多時(shí)相簡(jiǎn)縮極化合成孔徑雷達(dá)檢測(cè)海面目標(biāo)動(dòng)態(tài)過(guò)程具有獨(dú)特的潛力。

近年來(lái)，主被動(dòng)星載微波傳感器成為監(jiān)測(cè)海上臺(tái)風(fēng)的主要工具。利用多極化合成孔徑雷達(dá)觀測(cè)可以獲取較為準(zhǔn)確的高空間分辨率臺(tái)風(fēng)海面風(fēng)場(chǎng)，并且可以得到臺(tái)風(fēng)的空間分布特征，以及臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度（最大風(fēng)速）和結(jié)構(gòu)（最大風(fēng)速半徑）要素等。利用微波輻射計(jì)多時(shí)相臺(tái)風(fēng)觀測(cè)可以提供臺(tái)風(fēng)海面風(fēng)速以及臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑等信息，揭示臺(tái)風(fēng)的增強(qiáng)和衰減過(guò)程，為大氣和海洋數(shù)值模式研究臺(tái)風(fēng)的動(dòng)力機(jī)制和上層海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)提供準(zhǔn)確的觀測(cè)依據(jù)。將合成孔徑雷達(dá)和微波輻射計(jì)協(xié)同觀測(cè)數(shù)據(jù)有效結(jié)合，可進(jìn)一步提高星載遙感器臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)的能力，減小臺(tái)風(fēng)對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全的損害。

研究基于海洋大數(shù)據(jù)的海洋目標(biāo)提取方法，建立海洋目標(biāo)識(shí)別基礎(chǔ)庫(kù)，可在海洋目標(biāo)檢測(cè)方面大大提高精度，對(duì)于海洋目標(biāo)的監(jiān)視和管理具有重要意義。

3.3 海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)

應(yīng)用遙感技術(shù)能有效提取海洋的葉綠素、黃色物質(zhì)、懸浮泥沙等信息，對(duì)于海洋水質(zhì)的監(jiān)測(cè)具有重要意義?；谶b感和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立海洋水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)模型，揭示海洋水質(zhì)要素的空間分布，為開(kāi)展海洋環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)保障。隨著海洋水質(zhì)數(shù)據(jù)的快速增加，僅依靠數(shù)據(jù)分析與信息挖掘等技術(shù)，難以滿足對(duì)快速增長(zhǎng)的海洋水質(zhì)數(shù)據(jù)分析需求，基于海洋大數(shù)據(jù)，能快速有效對(duì)獲取的海量海洋水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，對(duì)于海洋水質(zhì)安全具有重要價(jià)值。

海洋生態(tài)對(duì)于海洋資源的開(kāi)發(fā)、利用、保護(hù)具有重大意義。海洋生態(tài)調(diào)查內(nèi)容豐富，應(yīng)用遙感的方法可進(jìn)行部分海洋環(huán)境要素和海洋生態(tài)要素的調(diào)查，但基于遙感技術(shù)的海洋生態(tài)調(diào)查，尤其是對(duì)近岸水體的調(diào)查，存在一定的困難。海洋大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，可提供海洋生態(tài)調(diào)查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可一定程度上提高近岸水體調(diào)查精度。通過(guò)大數(shù)據(jù)的整理綜合分析，可進(jìn)一步分析海洋生態(tài)的變化原因，并提出整治治理的方案，服務(wù)于海洋生態(tài)調(diào)查。

3.4 海洋漁場(chǎng)漁情預(yù)報(bào)

漁情預(yù)報(bào)是對(duì)未來(lái)一定時(shí)期、一定水域內(nèi)水產(chǎn)資源狀況各要素，如漁期、漁場(chǎng)、魚(yú)群數(shù)量和質(zhì)量以及可能達(dá)到的捕獲量等所作的預(yù)報(bào)。海洋遙感技術(shù)的發(fā)展，為快速獲取與海洋漁場(chǎng)密切相關(guān)的大范圍海況信息（如海表溫度、葉綠素濃度、海洋表面鹽度、海洋表面高度等）提供了廣闊的空間和前景（Santos，2000）。

海洋水溫是影響魚(yú)類活動(dòng)最重要的因子之一，是分析海洋漁場(chǎng)位置和漁情變動(dòng)情況的最常用的環(huán)境要素；海洋遙感反演海表溫度（Sea surface temperature，SST）的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，根據(jù)SST數(shù)據(jù)可以獲得諸如溫度鋒面、水團(tuán)、ENSO（El Nino，Southern Oscillation）現(xiàn)象等表征漁場(chǎng)分布情況的海洋信息。衛(wèi)星遙感獲得的海洋葉綠素濃度等海洋水色信息，是浮游生物量的重要指示因子，結(jié)合光照條件等可反演該海域海洋初級(jí)生產(chǎn)力，進(jìn)而為海洋生物存量分布及其變化提供預(yù)報(bào)參考。衛(wèi)星遙感反演得到的海面高度數(shù)據(jù)能夠反映海洋鋒面、水團(tuán)等中尺度海洋動(dòng)力特征，也是漁場(chǎng)分析的重要環(huán)境因子。

目前國(guó)內(nèi)由于技術(shù)條件的限制，漁情預(yù)報(bào)只能采用近實(shí)時(shí)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，嚴(yán)重制約了漁情模型預(yù)報(bào)精度（陳新軍等，2013）。未來(lái)海洋漁場(chǎng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，亟需構(gòu)建面向漁業(yè)應(yīng)用的海洋大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建海洋環(huán)境實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，為漁情預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供高分辨率的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)支持。

3.5 遠(yuǎn)海航行保障

海洋大數(shù)據(jù)對(duì)于遠(yuǎn)海航行保障具有重要意義。近年來(lái)，越來(lái)越多的船只開(kāi)始進(jìn)入遠(yuǎn)離人類大陸、環(huán)境惡劣的遠(yuǎn)海航行，如極地海域。這些進(jìn)入遠(yuǎn)海航行的船只，如果僅依靠船長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)，是非常危險(xiǎn)的。海洋大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，使得人類進(jìn)入遠(yuǎn)海航行的安全系數(shù)得以提升。近年來(lái)，以衛(wèi)星遙感和船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）為主的數(shù)據(jù)在指導(dǎo)船舶航行和船舶遇險(xiǎn)救援方面發(fā)揮了巨大作用。2014年1月中國(guó)雪龍?zhí)枠O地考察船（簡(jiǎn)稱“雪龍”號(hào)）在南極冰海救援被困的俄羅斯“紹卡利斯基院士”號(hào)時(shí)，由于氣象條件突變導(dǎo)致海冰快速聚集使得其自身被困。在國(guó)內(nèi)業(yè)務(wù)部門和有關(guān)科研單位等多部門的協(xié)同努力下，通過(guò)綜合快速地分析衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、氣象海洋數(shù)據(jù)等，最終指導(dǎo)“雪龍”號(hào)成功脫困，成為海洋大數(shù)據(jù)指導(dǎo)極地航行船只脫困的典型案例。又如，隨著海冰減少，越來(lái)越多的船只將選擇北冰洋航道從東亞去歐洲或北美，而這條黃金水道同時(shí)也是危機(jī)重重，對(duì)于海洋大數(shù)據(jù)應(yīng)用提出了越來(lái)越高的要求。實(shí)時(shí)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、基于大數(shù)據(jù)的海洋和海冰環(huán)境模擬等，是北極航道安全航行的堅(jiān)實(shí)保障。未來(lái)全球?qū)⒔⑷驘o(wú)死角的通訊、導(dǎo)航和遙感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，保障全球海洋安全航行。

3.6 海洋與氣候變化研究

海洋大數(shù)據(jù)對(duì)于海氣相互作用和氣候變化研究具有十分重要的價(jià)值。發(fā)生于熱帶太平洋的ENSO事件，通過(guò)海氣相互作用影響著海洋要素之間時(shí)空分布及其相互作用；海氣相互作用對(duì)區(qū)域性極端氣候事件發(fā)生的頻次、強(qiáng)度和空間分布都有重要影響。世界氣候大會(huì)制定的“全球氣候觀測(cè)系統(tǒng)（GCOS）計(jì)劃”指出，觀測(cè)資料應(yīng)有足夠長(zhǎng)的時(shí)間序列、覆蓋足夠大的地理區(qū)域、有足夠高的精度。對(duì)于廣闊的海洋來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星遙感具有速度快、成本低、監(jiān)測(cè)范圍廣、便于長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，成為監(jiān)測(cè)全球變化背景下海氣相互作用和海洋環(huán)境變化的重要手段。

目前，基于常規(guī)海洋調(diào)查觀測(cè)，結(jié)合海洋模式模擬，綜合利用對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，形成長(zhǎng)期、連續(xù)、立體、宏觀的海洋大數(shù)據(jù)。在全球變化背景下，基于以上海洋大數(shù)據(jù)，開(kāi)展全球變化背景下海洋各要素的時(shí)空變化及其關(guān)聯(lián)分析研究，探索海洋-大氣相互作用、海洋物理-生態(tài)耦合變異過(guò)程、以及對(duì)氣候變化的響應(yīng)規(guī)律，已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)（Hou et al，2016；Huang et al，2013；Kahru et al，2010；Mahajan et al，2009；Messié et al，2013）。從海洋大數(shù)據(jù)中挖掘隱含的與氣候變化相關(guān)的價(jià)值信息，也可以為我國(guó)更好地應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的極端氣候事件提供參考，同時(shí)為我國(guó)在國(guó)際氣候談判中的話語(yǔ)權(quán)提供強(qiáng)有力支撐。

3.7 海洋戰(zhàn)略支撐

隨著人類數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)管理能力的不斷加強(qiáng)，數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用的價(jià)值也會(huì)不斷得以體現(xiàn)，最重要、最直接的價(jià)值就是體現(xiàn)在政府決策過(guò)程中。未來(lái)的政府決策，將是一個(gè)更依賴于大數(shù)據(jù)的綜合決策系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在決策流程中的位置會(huì)更靠前，數(shù)據(jù)在決策體系中承擔(dān)的角色會(huì)更重要。前提是，數(shù)據(jù)要盡量的全面、客觀、準(zhǔn)確，即大數(shù)據(jù)所要求的大容量、多層次、跨領(lǐng)域。

就海洋決策而言，其依賴的數(shù)據(jù)源也應(yīng)是海洋自然科學(xué)類數(shù)據(jù)和海洋社會(huì)科學(xué)類數(shù)據(jù)的集成，任何只依靠一類數(shù)據(jù)源的決策，都不是全面、客觀、戰(zhàn)略性的決策。僅就海洋社會(huì)科學(xué)類數(shù)據(jù)而言，對(duì)海洋決策的意義非同尋常。海洋戰(zhàn)略數(shù)據(jù)可以幫助政府更清楚的把握合作伙伴和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的政策演進(jìn)趨勢(shì)，更準(zhǔn)確的明晰競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的法律底線和漏洞，更全面的了解我國(guó)海洋戰(zhàn)略推進(jìn)在全球范圍內(nèi)的阻力和突破口。海洋經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)可以幫助政府了解海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)制定合理的產(chǎn)業(yè)政策和規(guī)劃，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)有序運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)行有效監(jiān)管和調(diào)控。海洋文化數(shù)據(jù)可以幫助政府在對(duì)外交涉和對(duì)內(nèi)教育中組織系統(tǒng)的歷史材料，又能通過(guò)歷史喚起公民的海洋共鳴，用海洋意識(shí)推動(dòng)海洋戰(zhàn)略。

4 對(duì)海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的思考

當(dāng)今，信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅猛，云計(jì)算、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)不斷推動(dòng)著“智慧地球”物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，“數(shù)字地球”、“數(shù)字海洋”等概念相繼涌現(xiàn)，然而，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下海洋大數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用和信息服務(wù)能力還相對(duì)滯后（李四海等，2012）。通過(guò)構(gòu)建海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)，組建海洋領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)，統(tǒng)籌海洋觀測(cè)、網(wǎng)絡(luò)、信息等，可以推動(dòng)海洋信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)海洋管理、信息服務(wù)、分析決策的智能化。

4.1 海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

4.1.1 海洋大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算

隨著信息技術(shù)和監(jiān)測(cè)設(shè)備的快速發(fā)展，衛(wèi)星和數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的傳感器開(kāi)始在海洋環(huán)境檢測(cè)中發(fā)揮重要作用，導(dǎo)致海洋數(shù)據(jù)量急劇增長(zhǎng)。而海洋數(shù)據(jù)獲取手段多樣化，導(dǎo)致海洋數(shù)據(jù)格式呈現(xiàn)多源、異構(gòu)等特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、傳輸系統(tǒng)、計(jì)算系統(tǒng)、存儲(chǔ)安全等提出了更高的要求（王輝等，2015）。

大數(shù)據(jù)處理的核心技術(shù)包括分布式文件存儲(chǔ)以及云計(jì)算。分布式文件存儲(chǔ)即分布式文件系統(tǒng)+ NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，典型的代表為Hadoop的HDFS+ HBase文件存儲(chǔ)方案、谷歌的GFS+BigTable。分布式計(jì)算從Hadoop的MapReduce，發(fā)展到Spark內(nèi)存計(jì)算以及Storm流式計(jì)算或SparkStreaming流式計(jì)算等。云計(jì)算作為一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，為海洋大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理提供了有效的解決方案。針對(duì)海洋大數(shù)據(jù)特征，需要進(jìn)行專有云平臺(tái)建設(shè)，為海洋大數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)、訪問(wèn)和計(jì)算服務(wù)，構(gòu)建云計(jì)算環(huán)境下的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)布局策略及處理平臺(tái)（董貴山等，2015；杜艷玲，2014；黃冬梅等，2015；解鵬飛等，2015）。

4.1.2 海洋大數(shù)據(jù)分析與挖掘

對(duì)海洋大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘，從中提取數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值，是海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的核心，也是將海洋大數(shù)據(jù)應(yīng)用于海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋漁情預(yù)報(bào)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)。海洋大數(shù)據(jù)的分析與挖掘技術(shù)包括時(shí)間序列分析、分類、時(shí)空聚類、時(shí)空異常檢測(cè)、關(guān)聯(lián)規(guī)則分析、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)測(cè)模型、模式識(shí)別、回歸分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等。

其中機(jī)器學(xué)習(xí)是數(shù)據(jù)挖掘的重要方法之一，其基本思想是利用大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)求解出分類或回歸問(wèn)題的決策函數(shù)，使機(jī)器能從大量歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律，從而對(duì)新的樣本做智能識(shí)別或?qū)ξ磥?lái)做預(yù)測(cè)（何清等，2014；李運(yùn)，2015；余凱等，2013）。深度學(xué)習(xí)可對(duì)輸入數(shù)據(jù)逐級(jí)提取從底層到高層的特征，構(gòu)建具有很多隱層的機(jī)器學(xué)習(xí)模型和海量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)更有用的特征，最終提高分類或預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性（余凱等，2013）。

4.1.3 海洋大數(shù)據(jù)可視化

海洋大數(shù)據(jù)可視化即將海洋科學(xué)信息科學(xué)相結(jié)合，對(duì)海洋數(shù)據(jù)的進(jìn)行視覺(jué)表現(xiàn)，獲取蘊(yùn)含在海洋環(huán)境中的海洋物理、生物和化學(xué)特性、規(guī)律及關(guān)聯(lián)關(guān)系（蘇奮振等，2014）。隨著社會(huì)對(duì)海洋領(lǐng)域關(guān)注度的提高，海洋大數(shù)據(jù)的展示手段必須更加直觀化、大眾化。

由于海洋大數(shù)據(jù)擁有數(shù)據(jù)量大、高維性強(qiáng)、要素眾多、與地理信息數(shù)據(jù)緊密關(guān)聯(lián)等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)管理與信息挖掘具有復(fù)雜性，故無(wú)法直接通過(guò)傳統(tǒng)方法進(jìn)行展示。如今，隨著海洋大數(shù)據(jù)的時(shí)代到來(lái)與“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃的不斷推進(jìn)，依托地理信息系統(tǒng)和海洋時(shí)空數(shù)據(jù)模型，結(jié)合信息領(lǐng)域可視化挖掘方法，如3D仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，建立面向知識(shí)發(fā)現(xiàn)的海洋大數(shù)據(jù)可視化環(huán)境，挖掘多維要素之間的相互關(guān)系，是今后發(fā)展的主要方向（劉健等，2014）。

4.2 海洋大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)實(shí)例

4.2.1 清華大學(xué)海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)

清華大學(xué)海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)依托清華大學(xué)遙感大數(shù)據(jù)研究中心、清華大學(xué)海洋技術(shù)中心、清華海峽研究院、以及清華大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)遙感大數(shù)據(jù)研究中心，與國(guó)際、國(guó)內(nèi)的海洋相關(guān)機(jī)構(gòu)在數(shù)據(jù)共享、技術(shù)研發(fā)、設(shè)備和人才等方面合作，對(duì)包含海洋自然科學(xué)類數(shù)據(jù)和海洋社會(huì)科學(xué)類數(shù)據(jù)在內(nèi)的各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有序整合，構(gòu)建海洋自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)海洋大數(shù)據(jù)共享與綜合應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)建設(shè)主要包括5個(gè)層面：數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)、海洋信息可視化平臺(tái)、海洋決策與發(fā)布平臺(tái)（洪陽(yáng)等，2016）。

4.2.2 海洋戰(zhàn)略輿情環(huán)境信息檢索數(shù)據(jù)庫(kù)

國(guó)觀智庫(kù)暨“清華—國(guó)觀海洋研究中心”從2014年中開(kāi)始籌建“海洋戰(zhàn)略輿情環(huán)境信息檢索數(shù)據(jù)庫(kù)”，將日常的檢索工作智能化。在一期建設(shè)工程中，挑選了200多家重點(diǎn)智庫(kù)、重點(diǎn)媒體、重點(diǎn)政府涉海網(wǎng)站作為監(jiān)測(cè)對(duì)象（只限于提供公開(kāi)信息的網(wǎng)站），針對(duì)近100個(gè)關(guān)鍵詞實(shí)施全天候、全網(wǎng)站檢索。在實(shí)際工作中，又補(bǔ)充檢索60家智庫(kù)。每天檢索的信息被分類篩選、整理入庫(kù)，依據(jù)國(guó)觀智庫(kù)的分析方法和相應(yīng)信息分類維度，進(jìn)行有序管理。

目前，國(guó)觀智庫(kù)正在對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行二期改造工程，改造任務(wù)集中在3個(gè)方面：一是在原有基礎(chǔ)上增加監(jiān)測(cè)對(duì)象約200個(gè)，重點(diǎn)加強(qiáng)智庫(kù)監(jiān)測(cè)；二是增加監(jiān)測(cè)內(nèi)容，重點(diǎn)補(bǔ)充海洋經(jīng)濟(jì)信息、海洋政策信息、海洋法律法規(guī)信息，強(qiáng)化數(shù)據(jù)庫(kù)的全領(lǐng)域特性；三是植入簡(jiǎn)易分析模塊，實(shí)現(xiàn)部分自分析功能。此外，該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)還在技術(shù)上嘗試擴(kuò)充小語(yǔ)種監(jiān)測(cè)對(duì)象，尤其在東北亞、東盟兩大方向。

5 海洋大數(shù)據(jù)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

5.1 海洋大數(shù)據(jù)共享

數(shù)據(jù)的共享是海洋大數(shù)據(jù)的核心，數(shù)據(jù)不共享就不可能稱其為大數(shù)據(jù)。但由于我國(guó)海洋觀測(cè)平臺(tái)的條塊管理模式，海洋自然科學(xué)類大數(shù)據(jù)分散在海洋局、各大高校、中科院等研究機(jī)構(gòu)，以及“三桶油”、國(guó)資委、海洋局等央企和決策部門，數(shù)據(jù)共享和聚合仍存在很大的瓶頸和障礙。需要引入大數(shù)據(jù)理念，建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制，采用大數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)+云計(jì)算平臺(tái)的模式，對(duì)多源、異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和重新部署（宋坤，2015），使得數(shù)據(jù)在所有者手里，但仍可以根據(jù)使用者或開(kāi)發(fā)者的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用和處理。如“寶船網(wǎng)”（www.myships. com）提供了數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)訪問(wèn)的API給用戶，可充分發(fā)掘海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用潛力。

5.2 海洋大數(shù)據(jù)管理

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代到來(lái)和中國(guó)制造2025規(guī)劃的推進(jìn)，各個(gè)領(lǐng)域尤其是工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)大數(shù)據(jù)搜集、管理、分析、應(yīng)用越來(lái)越受到重視。相對(duì)而言，海洋領(lǐng)域內(nèi)的數(shù)據(jù)搜集和管理相對(duì)滯后，更重要的是，受體制的影響，海洋自然科學(xué)類數(shù)據(jù)在體系內(nèi)嚴(yán)重分散、海洋自然科學(xué)類數(shù)據(jù)和社會(huì)科學(xué)類數(shù)據(jù)嚴(yán)重分割，海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施迫切要求海洋大數(shù)據(jù)的歸集和整合。海洋大數(shù)據(jù)綜合平臺(tái)的開(kāi)發(fā)和建設(shè)，在完善海洋決策的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、促進(jìn)海洋決策科學(xué)化方面將會(huì)有歷史性的貢獻(xiàn)。同時(shí)，就技術(shù)變革推動(dòng)機(jī)制變革角度而言，海洋大數(shù)據(jù)綜合平臺(tái)還會(huì)有利于海洋部門職能的整合，推動(dòng)海洋管理體制機(jī)制的重組完善。

5.3 海洋大數(shù)據(jù)安全

對(duì)于海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)，海洋數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)挖掘與分析、信息服務(wù)等過(guò)程形成一個(gè)完整的鏈條，在鏈條的各個(gè)環(huán)節(jié)都存在數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)篡改、數(shù)據(jù)越權(quán)訪問(wèn)等風(fēng)險(xiǎn)（董貴山等，2015）。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)與信息安全的嚴(yán)峻形勢(shì)下，海洋大數(shù)據(jù)作為一種重要的戰(zhàn)略資源，其數(shù)據(jù)安全（機(jī)密性、完整性、認(rèn)證性、可控性和不可抵賴性）已經(jīng)上升到國(guó)家安全的層面（黃冬梅等，2016），也是未來(lái)海洋大數(shù)據(jù)面臨的一大挑戰(zhàn)。海洋大數(shù)據(jù)在采集與傳輸階段，需要考慮多源數(shù)據(jù)、傳輸介質(zhì)和傳輸頻率帶來(lái)安全的差異性；在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理階段，需要在數(shù)據(jù)訪問(wèn)、計(jì)算、共享、監(jiān)管等方面保障數(shù)據(jù)的安全性；在數(shù)據(jù)發(fā)布與推送階段，需要在實(shí)現(xiàn)智能化服務(wù)的基礎(chǔ)上，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性。

6 展望

未來(lái)，海洋經(jīng)濟(jì)作為陸地經(jīng)濟(jì)的延伸和補(bǔ)充，在經(jīng)濟(jì)層面還會(huì)凸顯更豐富的意義。目前海洋大數(shù)據(jù)搜集和管理更多偏重于海洋自然科學(xué)類數(shù)據(jù)，海洋社會(huì)科學(xué)類數(shù)據(jù)的整合尚未引起足夠重視；兩類數(shù)據(jù)的嚴(yán)重分散，使得目前的海洋決策體系呈現(xiàn)出較為明顯的跛腳狀態(tài)，在海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施和國(guó)際關(guān)系實(shí)踐領(lǐng)域中屢遭尷尬。需要遵循海洋自然科學(xué)數(shù)據(jù)與社會(huì)科學(xué)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，統(tǒng)籌服務(wù)海洋事業(yè)的發(fā)展。

人類歷史和國(guó)際關(guān)系的發(fā)展，已經(jīng)證明海洋在國(guó)家發(fā)展中的重要性，發(fā)展海洋大數(shù)據(jù)可以為建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)提供重要支撐。需加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，進(jìn)行各界統(tǒng)籌、資源整合，推進(jìn)海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)。未來(lái)海洋事業(yè)的發(fā)展會(huì)貫穿多個(gè)決策系統(tǒng)、影響多個(gè)戰(zhàn)略環(huán)境、連接多個(gè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)，它對(duì)中國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)的影響必將是全方位、深層次的。從這個(gè)意義上說(shuō)，海洋大數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)也將對(duì)中國(guó)產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

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（本文編輯：袁澤軼）

Marine big data:concept,applications and platform construction

HOU Xue-yan1,9,HONG Yang1,9,ZHANG Jian-min1,ZOU Ya-rong2,SHI Xiao-yong3,REN Li-bo4, CHENG Xiao5,ZHANG Biao6,YU Hua-ming7,GUO Zhen-hua8,CUI Yao-kui1,9

(1.Department of Hydraulic Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.National Satellite Ocean ApplicationService, Beijing100081,China;3.National Marine Hazard Mitigation Service,Beijing 100194,China;4.GRANDVIEW Think-Tank,Beijing 100081,China;5.College of Global ChangeandEarth System Science,BeijingNormal University,Beijing 100875,China;6.School of Marine Sciences,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing,210044,China;7.College of Oceanic and Atmospheric Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266000,China;8.College of Continuing EducationGraduate School at ShenZhen Tsinghua University,Shenzhen 518055,China;9.Remote Sensing Data Science Center,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

With the rapid development of information technology and the resulted rapid accumulation of marine data,the era of marine big data has arrived.Marine big data is the practice and application of big data technology in the field of marine science,with the general characteristics of"4V"for big data,i.e.volume,variety,velocity and value.The value of marine big data could be achieved with the support of big data theory and techniques.It forms the basis for building maritime power strategy,developing marine resources and stimulating marine economy,as well as for safeguarding the national maritime rights and interests.In this article,we firstly discussed the concept of marine big data in view of data characteristics andtypes.Then we introduced the applications of marine big data in detail.We further elaborated the key technological issues for platform construction of marine big data as well as its practical use in service platform.Moreover,the challenges and opportunities of marine big data were discussed from the perspective of data sharing,management and security.Finally,we prospected the future and development trend of marine big data.

marine big data;maritime application;platform construction;big data technology

TP399

A

1001-6932（2017）04-0361-09

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.04.001

2016-06-16；

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國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（91437214）；國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)際合作項(xiàng)目（NSFC-CGIAR；71461010701）。

侯雪燕（1988-），博士，博士后，助理研究員，主要從事多源海洋遙感數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、數(shù)據(jù)挖掘及應(yīng)用研究。電子郵箱：houxueyan@tsinghua.edu.cn。

洪陽(yáng)，博士，教授。電子郵箱：hongyang@tsinghua.edu.cn。