計(jì)算機(jī)技術(shù)在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

李彬 張奇 武潤(rùn)華 趙騰達(dá)

摘?要：現(xiàn)如今，隨著科技的發(fā)展和云時(shí)代的到來，人們愈發(fā)關(guān)注計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種其他學(xué)科進(jìn)行的融合。自古以來我國(guó)的海洋經(jīng)濟(jì)就是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)支柱，所以如何系統(tǒng)地、深刻地了解海洋，如何高效地利用海洋的資源一直是我們無法避開的問題。其實(shí)在海洋領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)與海洋技術(shù)的關(guān)系也十分密切，計(jì)算機(jī)技術(shù)作為一個(gè)現(xiàn)代化的研究工具使海洋技術(shù)的研究更加準(zhǔn)確、智能。通過與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，人們對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)將更加深刻。下文我就淺談一下計(jì)算機(jī)技術(shù)在海洋發(fā)展中的一些技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù);傳感器技術(shù);大數(shù)據(jù);可視化;海洋監(jiān)測(cè)

1?現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)信息和對(duì)其高效處理的重要性在各個(gè)領(lǐng)域中日益凸顯，并得到人們的高度重視。比如，自動(dòng)化與嵌入式技術(shù)在自動(dòng)測(cè)量方面的應(yīng)用，配合精確的傳感器和糾錯(cuò)算法使測(cè)量精度大大提高，同時(shí)也減少了人工成本。計(jì)算機(jī)技術(shù)在海洋發(fā)展方向有著廣泛的應(yīng)用，比如，大數(shù)據(jù)與海洋預(yù)報(bào)的相結(jié)合使人們對(duì)海洋的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確，防患于未然。

1.1?數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

數(shù)據(jù)可視化在廣義上來講它涉及很多種學(xué)科，例如我們所熟知的信息技術(shù)，以及自然科學(xué)、圖形學(xué)、交互設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)分析等。數(shù)據(jù)可視化細(xì)分可具體分為科學(xué)可視化、信息可視化和可視化分析，這三個(gè)領(lǐng)域通常被視為數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的三個(gè)分支。

科學(xué)可視化，它融會(huì)了圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)，隸屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[1]?？茖W(xué)可視化的作用就是用各種圖形化的方式來說明所獲得的數(shù)據(jù)，使研究人員能夠從中了解數(shù)據(jù)內(nèi)涵、說明數(shù)據(jù)和收集數(shù)據(jù)的規(guī)律。

用來增強(qiáng)人類認(rèn)知的抽象數(shù)據(jù)的交互式視覺被稱為信息可視化，數(shù)字和非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都是人們所說的抽象數(shù)據(jù)，如矢量信息與文本信息。信息可視化與科學(xué)可視化存在數(shù)據(jù)方面有不同的地方，前者所處理的數(shù)據(jù)一般有天然的幾何結(jié)構(gòu)，就比如磁感線等，而后者所處理的數(shù)據(jù)是抽象的。柱狀圖、趨勢(shì)圖、流程圖、樹狀圖等，這些圖標(biāo)都屬于信息可視化，這些圖表都將抽象的概念轉(zhuǎn)化成為我們可理解的、簡(jiǎn)明的信息。

可視分析學(xué)，它的主要任務(wù)簡(jiǎn)單來說就是提供給人們一種舒服的易于接受的新界面形式，這樣就能讓人們通過這個(gè)界面進(jìn)行分析和推理。它是跟著前兩者的成長(zhǎng)而構(gòu)成的新領(lǐng)域?qū)W科。它將這種交互式視覺表示和基礎(chǔ)分析的這一過程結(jié)合，能有效執(zhí)行比較復(fù)雜高級(jí)的推理演算。

可視化實(shí)現(xiàn)流程：在技術(shù)上可視化是十分好理解的，就是將枯燥的數(shù)據(jù)映射到圖表上。例如我們接觸的柱狀圖、趨勢(shì)圖、流程圖等這些都是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)可視化?？梢暬瘜?shí)現(xiàn)流程一般是這樣的，是先對(duì)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和過濾，然后轉(zhuǎn)變成通過視覺動(dòng)畫可以表達(dá)的形式，最后渲染成用戶可見的各種圖表等。

1.2?大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)就data?acquisition、data?preprocessing、data?storage和data?analysis[2]這四個(gè)方面組成了我們所說的大數(shù)據(jù)技術(shù)，它們也是大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心。大數(shù)據(jù)采集就是指在各種各樣的數(shù)據(jù)來源中的各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有結(jié)構(gòu)化的，也有非結(jié)構(gòu)化的，都需要分類進(jìn)行處理。大數(shù)據(jù)預(yù)處理是指在數(shù)據(jù)分析之前對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行“清洗、填充、平滑、合并、歸一化、一致性檢驗(yàn)”等一系列操作，旨在提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，為以后的分析打下基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)預(yù)處理就是在正式處理前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)初步的篩選。大體要經(jīng)過去掉異常數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)集成，然后特征工程等一系列的操作。大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)就是字面意思，對(duì)預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠存儲(chǔ)[3]。

（1）數(shù)據(jù)采集和傳輸層。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。

（3）數(shù)據(jù)分析層。

（4）OLAP引擎。

（5）資源管理層。

（6）工作流調(diào)度器。

1.3?傳感器技術(shù)

傳感器（Sensor）是一種生活中非常常見的卻又很重要的器件，它是感受規(guī)定的被測(cè)量的各種指標(biāo)并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的精確裝置?，F(xiàn)在傳感器技術(shù)被用在生活的方方面面，因?yàn)樗粌H體積小而且測(cè)量準(zhǔn)確。傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)還有通信技術(shù)，它們?nèi)齻€(gè)被稱為信息技術(shù)的三大支柱[4]。傳感器技術(shù)而且還能和很多其他計(jì)算機(jī)技術(shù)融會(huì)貫通，傳感器的應(yīng)用范圍十分廣闊。

2?計(jì)算機(jī)在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

2.1?數(shù)據(jù)可視化在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

人類通過操縱視覺獲得的信息量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其他器官。人的眼睛有很強(qiáng)的模式識(shí)別能力，它就相當(dāng)于一對(duì)傳輸量巨大的中央處理器。人類對(duì)圖像的敏感度大于文本，大量的視覺信息在人們的潛意識(shí)階段就已經(jīng)被預(yù)處理完成，人的圖像處理能力大約是文本處理能力的6倍，所以說海洋數(shù)據(jù)的可視化十分重要。人的感知50%的功能是用于感知方面的處理，所以人類通過視覺來獲取外界信息比文本等其他形式獲取信息的方式更好。數(shù)據(jù)可視化正式運(yùn)用了人類與生俱來的這一特點(diǎn)，來增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和組織效率。一些日常用到的基本統(tǒng)計(jì)方法，比如求平均值、求中位數(shù)等不符合人類的認(rèn)知天性?？梢暬梢詭椭覀兩羁痰乩斫鈹?shù)據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法來看數(shù)據(jù)的話一般很難看出規(guī)律，但是通過可視化技術(shù)展示出來，其中蘊(yùn)含的規(guī)律就非常清楚了?？梢暬€能增強(qiáng)人的記憶力和對(duì)規(guī)律的敏感度，所謂的一個(gè)圖就抵得上千言萬語(yǔ)了。海洋數(shù)據(jù)對(duì)人類來說十分重要，可視化智慧大屏等都是迫切需要，一旦數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)可視化，對(duì)于專家的研究乃至對(duì)未來趨勢(shì)的預(yù)測(cè)都具有重大意義。

2.2?大數(shù)據(jù)技術(shù)在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

隨著3S等技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)日前已經(jīng)形成了全方位的海洋監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)，包括空中檢測(cè)平臺(tái)、地面檢測(cè)平臺(tái)、海面檢測(cè)平臺(tái)、海底檢測(cè)平臺(tái)等。其中空中檢測(cè)平臺(tái)包括衛(wèi)星遙感、航空氣象氣球等。地面和海面設(shè)置有臺(tái)站和浮標(biāo)等裝置。檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，使得海洋數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)暴增。有這么數(shù)據(jù)就為大數(shù)據(jù)的分析奠定了基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)為海洋發(fā)展過程中帶來了諸多的優(yōu)勢(shì)：它能增強(qiáng)海洋數(shù)據(jù)的計(jì)算能力，更快也更加省時(shí)省力;它增強(qiáng)了各種海洋數(shù)據(jù)融合處理檢索能力，大大地提高了數(shù)據(jù)處理類工作的效率;它也擴(kuò)展了海洋數(shù)據(jù)分析的挖掘模型，依托于海量的數(shù)據(jù)使得模型更加精確;它增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的多角度被人類認(rèn)知能力，提高了數(shù)據(jù)的可讀程度;大數(shù)據(jù)還為海洋預(yù)測(cè)提供了數(shù)據(jù)方面支持，基于大數(shù)據(jù)的海洋預(yù)測(cè)越來越被廣泛應(yīng)用。目前大數(shù)據(jù)技術(shù)在管理執(zhí)法、船位監(jiān)控、應(yīng)急管理、災(zāi)害預(yù)警、生態(tài)評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用。

2.3?傳感器技術(shù)在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

傳感器簡(jiǎn)單來說就是將各種被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種精密裝置，它被應(yīng)用于各種檢測(cè)場(chǎng)景下。傳感器的應(yīng)用范圍十分廣闊，在海洋技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用[5]。

各種水質(zhì)傳感器在海洋檢測(cè)中應(yīng)用廣泛，并且發(fā)揮著舉足輕重的作用。我們?cè)诳茖W(xué)研究中，需要檢測(cè)的各種水質(zhì)參數(shù)是十分多的，數(shù)據(jù)量也十分龐大。若是只依托人工來舉行監(jiān)測(cè)分析，必要耗損大量的人力物力。影響海水中水生生物的因素也很多，例如水的溫度、水中含氧量，以及水中其他各種微量元素的含量。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，我們完全可以用傳感器來實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)控，我們可以利用溫度傳感器探頭來監(jiān)控水的溫度，pH計(jì)探頭來監(jiān)控水的pH值，溶解氧傳感器探頭來檢測(cè)水中氧氣的含量，只需要安裝各種傳感探頭就可以獲得數(shù)據(jù)。這樣需要的人力資源不僅小了，而且它的精密程度在一定程度上也有提升。傳感器技術(shù)也可以和其他技術(shù)相結(jié)合，自動(dòng)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以和傳感器技術(shù)深度融合形成全自動(dòng)海洋水體檢測(cè)系統(tǒng)，加入大數(shù)據(jù)分析還能對(duì)未來的狀況進(jìn)行一定程度的預(yù)測(cè)。而且在人類到達(dá)不了的遠(yuǎn)?；蛘吆Ｑ笊钐庍M(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳感器技術(shù)無疑是人類的得力工具。人們還能根據(jù)自己的想法和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)自主的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這樣能及時(shí)對(duì)突發(fā)狀況做出預(yù)警，有效減少人工成本，實(shí)現(xiàn)海洋水體檢測(cè)的全稱自動(dòng)化。

隨著現(xiàn)代科計(jì)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在海洋監(jiān)測(cè)方面使用的專用傳感器越來越多，它們不僅精度非常的高，而且能抵抗它所在的不良環(huán)境。如今還有很多新型的傳感器，比如生物密度傳感器，利用這個(gè)傳感器能幫助我們輕松地獲取我們要觀測(cè)的數(shù)據(jù)。并且因?yàn)樗募皶r(shí)性人們能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，并且對(duì)其進(jìn)行人工干預(yù)或調(diào)節(jié)。在當(dāng)今時(shí)代的海洋監(jiān)測(cè)中，我們用計(jì)算傳感器技術(shù)和其他技術(shù)的深度融合使得現(xiàn)代海洋監(jiān)測(cè)更加自動(dòng)化，也更加智能化。

3?計(jì)算機(jī)在海洋發(fā)展中應(yīng)用的展望

黨的第十八次代表大會(huì)強(qiáng)調(diào)了海洋強(qiáng)大的重大部署，而且海洋經(jīng)濟(jì)從古至今一直是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)。海洋數(shù)據(jù)對(duì)人類來說是十分重要的，一旦數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)可視化，對(duì)于專家的研究乃至對(duì)未來趨勢(shì)的預(yù)測(cè)都具有重大意義。而且隨著人類探索的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在人類到達(dá)不了的遠(yuǎn)?；蛘吆Ｑ笊钐庍M(jìn)行監(jiān)測(cè)無疑是面臨的重大挑戰(zhàn)，此時(shí)傳感器技術(shù)無疑是人類的得力工具。由于技術(shù)的增長(zhǎng)，我們掌握的海洋數(shù)據(jù)也越來越多，這些數(shù)據(jù)都是指導(dǎo)我們認(rèn)識(shí)海洋，保護(hù)海洋，改造海洋的重要依托。未來的海洋發(fā)展，不論是檢測(cè)還是治理方面與計(jì)算機(jī)的深度融合是必然趨勢(shì)，智能化、精確化也是對(duì)在檢測(cè)海洋中提出的必然需求。我相信不遠(yuǎn)的未來，計(jì)算機(jī)技術(shù)一定會(huì)和海洋技術(shù)更加融合，進(jìn)一步來說，計(jì)算機(jī)技術(shù)在這個(gè)歷史機(jī)遇的時(shí)刻將會(huì)與各個(gè)領(lǐng)域結(jié)合，并大放異彩。

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[5]王黔，舒華.傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)化控制中的應(yīng)用.科技風(fēng)，2018（26）：11.

作者簡(jiǎn)介：李彬（1999—?），男，漢族，河北滄州人，在讀本科生，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究;張奇（2000—?），男，漢族，河北邯鄲人，在讀本科生，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究;武潤(rùn)華（2000—?），男，漢族，河北邢臺(tái)人，在讀本科生，從事海洋科學(xué)研究;趙騰達(dá)（2000—?），男，漢族，河北衡水人，在讀本科生，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究。