基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)研究

任 翀，李 楠，張立杰

（1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237 ）

0 引言

根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的定義，物聯(lián)網(wǎng)（IoT，Internet of Things）是通過可互操作信息技術(shù)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)事物（物理和虛擬）相互連接從而提升服務(wù)能力的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施[1]。海洋物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用，通過海洋數(shù)字設(shè)備互通互聯(lián)，結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理并提供智能化服務(wù)[2]。

海洋觀測(cè)是海洋科學(xué)研究的基礎(chǔ)，也是海洋科技競(jìng)爭(zhēng)的重要發(fā)力點(diǎn)。目前，觀測(cè)對(duì)象正由海洋氣候尺度過程向氣候與天氣尺度綜合觀測(cè)方向發(fā)展，觀測(cè)手段正由固定平臺(tái)觀測(cè)向固定與移動(dòng)平臺(tái)協(xié)同觀測(cè)方向發(fā)展；觀測(cè)數(shù)據(jù)由自容存儲(chǔ)向?qū)崟r(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)采集、傳輸及應(yīng)用方向發(fā)展[3]。面向重點(diǎn)海域中小尺度過程、突發(fā)事件及關(guān)鍵目標(biāo)觀探測(cè)需求，通過研制和集成多介質(zhì)海洋觀測(cè)裝備，以無人智能移動(dòng)平臺(tái)為核心，構(gòu)建基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)地獲取高分辨率的海洋環(huán)境及目標(biāo)信息，可為海洋科學(xué)研究、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展及海洋權(quán)益維護(hù)等提供支撐與保障。

1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著衛(wèi)星、浮標(biāo)、潛標(biāo)、漂流浮標(biāo)、無人潛器等海洋觀測(cè)技術(shù)裝備的發(fā)展，以及TAO/TRITON、Argo、OOI等民用/軍民兩用觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是美國(guó)和歐洲已基本形成了對(duì)全球上層海洋大尺度（百km級(jí)）信息的實(shí)時(shí)獲取能力，開發(fā)了業(yè)務(wù)化的海洋預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，可在全球海洋2 000 m水深的中尺度（百公里到十km級(jí)）范圍內(nèi)保障其海洋活動(dòng)[4-5]。

2017年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）提出了建設(shè)海洋物聯(lián)網(wǎng)（Ocean of Things）的計(jì)劃，擬通過在百萬平方公里海域內(nèi)布放上萬個(gè)低成本、智能化的移動(dòng)觀測(cè)設(shè)備，借助云平臺(tái)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)時(shí)感知海氣參數(shù)及水面、水下目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)全水深、高分辨率（10 km到km級(jí)）觀探測(cè)，進(jìn)而支撐全球海洋信息感知、預(yù)測(cè)與目標(biāo)探測(cè)警戒（圖 1）[6]。2018年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)發(fā)布了《美國(guó)國(guó)家海洋科技發(fā)展：未來十年愿景》，強(qiáng)調(diào)要利用全球范圍內(nèi)遠(yuǎn)程和原位傳感器來收集海洋數(shù)據(jù)，強(qiáng)化海洋模型研究和產(chǎn)品研制，從而提高決策能力[7]。其他發(fā)達(dá)國(guó)家如日本、澳大利亞和加拿大等也在各自的海洋戰(zhàn)略計(jì)劃中對(duì)海洋信息的感知、傳輸和計(jì)算應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)描述。

圖1 美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）海洋物聯(lián)網(wǎng)概念圖[6]Fig.1 Concept of DARPA’s Ocean of Things

海洋觀測(cè)裝備智能化、信息化已成為重要的發(fā)展方向。美國(guó)軍方開發(fā)的智能AUV可長(zhǎng)期潛伏在指定海域，當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)可自動(dòng)激活并實(shí)施跟蹤。美國(guó)研制的智能浮標(biāo)系統(tǒng)可自動(dòng)傳輸信息，根據(jù)海況自動(dòng)選擇多能互補(bǔ)供電方式及工作模式。加拿大AML公司開發(fā)的Smart-X系列儀器能夠自動(dòng)更換傳感器探頭，實(shí)施智能化實(shí)時(shí)觀測(cè)。美國(guó)、加拿大及歐洲已開發(fā)完成多型水面觀測(cè)裝備，包括低成本小型漂流浮標(biāo)、波浪滑翔器及無人船等，開展了協(xié)同組網(wǎng)觀測(cè)。俄羅斯海軍研制出能將通信信息與聲波相互轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，將潛艇及無人潛器等聯(lián)系起來，構(gòu)建水下互聯(lián)網(wǎng)，該系統(tǒng)已在俄羅斯多型裝備上通過測(cè)試，開始列裝海軍[8]。

海洋信息傳輸正向無線寬帶、寬覆蓋、跨介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)化、全天候?qū)崟r(shí)傳輸?shù)姆较虬l(fā)展。目前，主要以岸基移動(dòng)通信、海上無線通信、衛(wèi)星通信和水聲通信等分立的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)全球海洋的覆蓋。在岸基移動(dòng)通信方面，已實(shí)現(xiàn)對(duì)近海30 km范圍的有效覆蓋。挪威和我國(guó)華為聯(lián)合研發(fā)了全球首個(gè)利用LTE技術(shù)實(shí)現(xiàn)的離岸通信網(wǎng)絡(luò)，能夠覆蓋海上平臺(tái)周圍37 km的海域，上行速率1 Mbps、下行速率2 Mbps。在海上無線通信方面，采用中/高頻和甚高頻通信實(shí)現(xiàn)了近海和中遠(yuǎn)海域的覆蓋，支持話音和窄帶數(shù)據(jù)傳輸。國(guó)際海事衛(wèi)星系統(tǒng)（Inmarsat）和銥星系統(tǒng)（Iridium）是應(yīng)用最為廣泛的全球海洋衛(wèi)星通信系統(tǒng)，最新的第五代海事衛(wèi)星系統(tǒng)已支持100 Mbps的下行速率和5 Mbps的上行速率。水下通信是海洋通信技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。目前，水下通信手段主要包括水聲通信和激光通信等。2017年，韓國(guó)在 100 m水深處實(shí)現(xiàn)水聲通信距離達(dá)到30 km，比現(xiàn)有技術(shù)的傳輸距離提高了2倍。日本在 700 m水深處完成了水下移動(dòng)平臺(tái)間藍(lán)綠激光無線通信試驗(yàn)，通信距離超過 100 m，速率達(dá)2 Mbps。美國(guó)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了50 Mbps的水下光通信速率，利用協(xié)同降噪技術(shù)的水聲通信速率可達(dá)100 kbps，微波通信速率可達(dá)21.4 Mbps，較現(xiàn)有裝備有了較大提升[8-9]。

在海洋物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用方面，目前以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)作為核心，研發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)以及與傳感器交互新方法，實(shí)現(xiàn)了多源、異構(gòu)、超大規(guī)模的海洋環(huán)境、目標(biāo)、活動(dòng)和態(tài)勢(shì)信息快速在線處理與融合分析。2015年，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）聯(lián)合亞馬遜、谷歌、IBM、微軟等公司實(shí)施了“大數(shù)據(jù)計(jì)劃”，旨在基于NOAA現(xiàn)有的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用各方技術(shù)優(yōu)勢(shì)建設(shè)海洋大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)[8]。

2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

在海洋觀測(cè)裝備方面，我國(guó)自主研發(fā)了浮標(biāo)、潛標(biāo)、海床基、漂流浮標(biāo)、水下滑翔機(jī)、ROV、AUV、水下拖體、海底爬行機(jī)器人等系列化觀測(cè)裝備，裝備種類與國(guó)外基本一致，但整體技術(shù)水平顯著落后于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家。據(jù)中國(guó)工程院報(bào)道，我國(guó)海洋觀測(cè)裝備技術(shù)水平落后于發(fā)達(dá)國(guó)家10～20年左右[10]。在天基觀測(cè)裝備方面，我國(guó)已發(fā)射7顆海洋衛(wèi)星，其中5顆正常在軌運(yùn)行。在?；^測(cè)裝備方面，我國(guó)自主研制的萬米級(jí)水下滑翔機(jī)及4 000 m級(jí)自持式剖面漂流浮標(biāo)海試成功[11]。此外，無人機(jī)、無人艇、波浪滑翔器等新型觀測(cè)裝備逐步投入應(yīng)用。在海洋觀測(cè)系統(tǒng)方面，我國(guó)已初步形成涵蓋岸基、離岸、大洋和極地的海洋觀測(cè)系統(tǒng)框架，初步建成了業(yè)務(wù)化運(yùn)行的海洋站（點(diǎn)）網(wǎng)，海嘯預(yù)警觀測(cè)系統(tǒng)，雷達(dá)、浮標(biāo)、志愿船觀測(cè)系統(tǒng)，海上平臺(tái)觀測(cè)系統(tǒng)，海洋斷面調(diào)査和應(yīng)急機(jī)動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，建設(shè)了海域、海島、海洋災(zāi)害和海洋生態(tài)環(huán)境等監(jiān)控系統(tǒng)。國(guó)家海洋局、中科院及教育部等編制了區(qū)域以及全球海洋觀測(cè)計(jì)劃，正在實(shí)施全球海洋立體觀測(cè)網(wǎng)、海底觀測(cè)網(wǎng)等項(xiàng)目[12]。在機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)方面，2017年，青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（QNLM）在南海應(yīng)用30臺(tái)/套自主研發(fā)的海洋觀測(cè)裝備，包括水下滑翔機(jī)、波浪滑翔器、剖面漂流浮標(biāo)、潛標(biāo)及AUV等，開展了協(xié)同組網(wǎng)觀測(cè)，成功獲取臺(tái)風(fēng)過程中的海洋溫度、鹽度和流速等信息，這是國(guó)內(nèi)首次快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)（圖2）。2019年，繼續(xù)在南海實(shí)施了到目前為止最大規(guī)模的無人系統(tǒng)組網(wǎng)觀測(cè)，最大同時(shí)在網(wǎng)設(shè)備45臺(tái)/套，運(yùn)行 221 d，觀測(cè)海域 105×104km2[11，13]。

圖2 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（QNLM）南海立體組網(wǎng)觀測(cè)體系示意圖[13]Fig.2 QNLM’s observing system in South China Sea

在海洋通信技術(shù)方面，我國(guó)廣泛應(yīng)用的海洋通信系統(tǒng)主要包括海上無線短波通信、海洋衛(wèi)星通信和岸基移動(dòng)通信系統(tǒng)等。我國(guó)主要采用奈伏泰斯系統(tǒng)（NAVTEX，Navigational Telex）和船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）等海上無線通信系統(tǒng)。2016年，我國(guó)發(fā)射了首顆移動(dòng)通信衛(wèi)星“天通一號(hào)”，初步實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)領(lǐng)海及周邊海域的覆蓋。2017年發(fā)射了首顆高通量衛(wèi)星“中星16”，覆蓋了對(duì)我國(guó)近海300 km海域，最高支持 150 Mbps的寬帶通信。2020年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成全球組網(wǎng)，可為全球用戶提供短報(bào)文通信服務(wù)。雖然我國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展，但目前在我國(guó)領(lǐng)海、遠(yuǎn)海/深海大洋和極地通信仍大量租用國(guó)際海事衛(wèi)星，無法滿足自主可控的需求。在水下通信與導(dǎo)航方面，已經(jīng)取得了一定的突破，但主要集中在軍事領(lǐng)域，尚未形成民用推廣。目前，亟需建設(shè)立體覆蓋、自主可控的海洋綜合通信網(wǎng)絡(luò)[14]。

在海洋信息技術(shù)方面，我國(guó)進(jìn)行了有益的探索。例如，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，開展的海洋三維溫鹽流、臺(tái)風(fēng)路徑和赤潮等預(yù)測(cè)已取得了一定的成果；通過挖掘AIS航運(yùn)數(shù)據(jù)，對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)監(jiān)控的定量化和精準(zhǔn)化形成補(bǔ)充；基于超級(jí)計(jì)算的海上綜合信息應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)正在建設(shè)；基于 Spark、Hadoop等框架的海洋大數(shù)據(jù)平臺(tái)已初具規(guī)模。

整體上，我國(guó)海洋物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍以跟蹤模仿國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為主。自研裝備普遍存在精度低、穩(wěn)定性及可靠性差等短板，面向組網(wǎng)應(yīng)用的集數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)裙δ転橐惑w的智能傳感器尚處于起步階段。中遠(yuǎn)海及深海數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸能力不足，存在海量數(shù)據(jù)傳不完、敏感信息不敢傳、跨介質(zhì)數(shù)據(jù)穿不透等問題，通信鏈路尚未做到自主可控。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)在海洋領(lǐng)域的成熟應(yīng)用較少，大多處于研究探索階段，相關(guān)算法大量借鑒國(guó)外，缺乏自主創(chuàng)新。

受技術(shù)水平及體制機(jī)制的制約，我國(guó)海洋觀測(cè)技術(shù)相對(duì)落后。近年來，海洋物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，為我國(guó)海洋觀測(cè)技術(shù)原始創(chuàng)新和彎道超車提供了可能。發(fā)展基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的以無人智能移動(dòng)平臺(tái)為核心觀測(cè)技術(shù)與裝備體系，是推動(dòng)我國(guó)海洋科技創(chuàng)新發(fā)展的良好契機(jī)。

3 基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)

隨著我國(guó)加強(qiáng)海洋觀測(cè)能力建設(shè)，海洋信息獲取及目標(biāo)探測(cè)能力有了較大的進(jìn)步，但仍存在區(qū)域碎片化、時(shí)空分辨率低、數(shù)據(jù)傳輸延滯等短板，尚未形成對(duì)全球海洋環(huán)境信息的實(shí)時(shí)、立體、高分辨率、多要素同步獲取能力以及水面、水下目標(biāo)的高效探測(cè)能力。針對(duì)重點(diǎn)海域以及重大海洋環(huán)境突發(fā)事件的快速機(jī)動(dòng)觀測(cè)能力尤為不足，與國(guó)際海洋強(qiáng)國(guó)有較大差距。為快速實(shí)時(shí)獲取高分辨率海洋環(huán)境及目標(biāo)信息，亟需構(gòu)建基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)。

面向重點(diǎn)海域中小尺度過程、突發(fā)事件及關(guān)鍵目標(biāo)觀探測(cè)需求，通過集成自主研發(fā)的無人機(jī)、無人艇、波浪滑翔器、剖面漂流浮標(biāo)、水下滑翔機(jī)、自主潛航器（AUV）、潛標(biāo)、海床基及投棄式觀測(cè)裝備（表 1），突破跨介質(zhì)信息共享與異構(gòu)信道組網(wǎng)傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，形成海洋觀測(cè)裝備多介質(zhì)自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)規(guī)范，構(gòu)建基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的海、潛、空、天、地立體快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，開展海上示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境及目標(biāo)高分辨率實(shí)時(shí)觀測(cè)，融入現(xiàn)有軍用及民用海洋環(huán)境保障系統(tǒng)，并開展相關(guān)應(yīng)用服務(wù)。為達(dá)成上述目標(biāo)，需開展系統(tǒng)需求分析、總體方案設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)研究、海上應(yīng)用示范以及組網(wǎng)規(guī)范研究等工作。

表1 快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)集成的觀測(cè)裝備Table 1 Equipment of rapid networking mobile observing system

3.1 系統(tǒng)需求分析

除了實(shí)施大范圍海域的常態(tài)化、業(yè)務(wù)化觀測(cè)，針對(duì)重點(diǎn)海域中小尺度過程、突發(fā)事件及關(guān)鍵目標(biāo)，還應(yīng)具備快速機(jī)動(dòng)、立體化觀探測(cè)能力。上述中小尺度過程包括海洋鋒面、海洋渦旋等；突發(fā)事件包括臺(tái)風(fēng)、赤潮等海洋災(zāi)害、溢油、危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏、核泄漏等安全事故及交通事故等；關(guān)鍵目標(biāo)包括利益攸關(guān)海域的水上、水下各類關(guān)鍵目標(biāo)。這些過程、事件及目標(biāo)具有難以預(yù)測(cè)、發(fā)展迅速、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。突發(fā)事件信息獲取的時(shí)效性和準(zhǔn)確性會(huì)影響相關(guān)部門對(duì)事態(tài)的研判，進(jìn)而影響后續(xù)處置工作的開展。構(gòu)建快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境及目標(biāo)信息的快速獲取和處理，可為海洋科學(xué)研究、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展及海洋權(quán)益維護(hù)等提供支撐與保障。

3.2 總體方案設(shè)計(jì)

基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)由信息感知層、信息傳輸層、信息處理層及信息應(yīng)用層組成（圖3）。系統(tǒng)具備對(duì)海表溫度、鹽度、波浪場(chǎng)、流場(chǎng)、海面風(fēng)、溫、濕、氣壓等環(huán)境要素以及水上、水下目標(biāo)的實(shí)時(shí)同步高分辨率觀測(cè)能力，具備空中、水面、水下多節(jié)點(diǎn)自主組網(wǎng)、快速接入、安全傳輸能力，具備多源異構(gòu)觀測(cè)數(shù)據(jù)融合處理、共享及服務(wù)能力。通過開展觀測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，研究確定海洋觀測(cè)平臺(tái)與觀測(cè)載荷裝備方案、組網(wǎng)通信方案、數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用方案、系統(tǒng)集成測(cè)試方案、海上示范應(yīng)用運(yùn)行管理方案及組網(wǎng)技術(shù)規(guī)范等。

1）信息感知層。

以自主研發(fā)的無人機(jī)、無人艇、波浪滑翔器、水下滑翔機(jī)、AUV、剖面漂流浮標(biāo)及投棄式觀測(cè)裝備等無人智能移動(dòng)觀測(cè)裝備為主干觀測(cè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)合潛標(biāo)、海床基等定點(diǎn)觀測(cè)裝備，構(gòu)建快速機(jī)動(dòng)海洋信息感知物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋環(huán)境及水上、水下目標(biāo)的多要素、立體化、實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)感知。

2）信息傳輸層。

通過衛(wèi)星通信、無線電通信、光通信、水聲通信等多種通信方式及跨介質(zhì)信息共享與異構(gòu)信道組網(wǎng)傳輸技術(shù)，構(gòu)建基于海、潛、空、天、地的立體數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)自主快速接入組網(wǎng)和信息安全快速傳輸。

3）信息處理層。

開發(fā)快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)軟件，基于海洋觀測(cè)裝備及傳輸鏈路，研究多平臺(tái)、多要素海洋環(huán)境及目標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯集技術(shù)，開展觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)控和標(biāo)準(zhǔn)化處理，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)各類觀測(cè)數(shù)據(jù)的匯集、質(zhì)控及融合處理。

4）信息應(yīng)用層。

針對(duì)海洋科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)及國(guó)防安全等需求進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的開發(fā)應(yīng)用，生成數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品，提供信息分發(fā)與共享服務(wù)，并與國(guó)家海洋環(huán)境安全保障平臺(tái)對(duì)接。

圖3 基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)Fig.3 Rapid networking mobile observing system based on Ocean of Things

3.3 關(guān)鍵技術(shù)研究

開展多介質(zhì)無人機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)裝備改進(jìn)與集成、自主接入快速組網(wǎng)及數(shù)據(jù)安全傳輸以及海洋環(huán)境及目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)研究?；谧灾餮邪l(fā)的無人機(jī)、無人艇、波浪滑翔器、水下滑翔機(jī)、AUV、剖面漂流浮標(biāo)、潛標(biāo)、海床基及投棄式觀測(cè)裝備，開展快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)適應(yīng)性改進(jìn)以及多介質(zhì)多平臺(tái)多傳感器海洋觀測(cè)裝備集成，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)任務(wù)自適應(yīng)，滿足實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)高分辨率協(xié)同觀測(cè)要求。通過研究衛(wèi)星通信、無線電通信、光通信、水聲通信等多種通信方式及跨介質(zhì)信息共享與異構(gòu)信道組網(wǎng)傳輸技術(shù)，構(gòu)建基于海、潛、空、天、地的立體數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)自主快速接入組網(wǎng)和數(shù)據(jù)安全傳輸，提高海洋觀測(cè)信息的交互與處理能力。開展海洋環(huán)境及目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)各類觀測(cè)數(shù)據(jù)的匯集、質(zhì)控、融合處理，針對(duì)海洋科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)及國(guó)防等需求進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的開發(fā)應(yīng)用，提供數(shù)據(jù)信息分發(fā)與共享服務(wù)，并與國(guó)家海洋環(huán)境安全保障平臺(tái)對(duì)接。

3.4 海上應(yīng)用示范

系統(tǒng)集成的自主研制的觀測(cè)裝備包括無人機(jī)、無人艇、波浪滑翔器、水下滑翔機(jī)、AUV、剖面漂流浮標(biāo)、潛標(biāo)、海床基及投棄式觀測(cè)裝備等多種裝備，觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)及海上作業(yè)任務(wù)困難復(fù)雜。通過開展海上作業(yè)任務(wù)實(shí)施方案研究，制定海上作業(yè)運(yùn)行試驗(yàn)大綱，確保系統(tǒng)在海上實(shí)際工作高效可靠。開展海洋環(huán)境及目標(biāo)實(shí)時(shí)觀測(cè)示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)系統(tǒng)各類觀測(cè)數(shù)據(jù)的匯集、質(zhì)控、融合處理，針對(duì)海洋科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)及國(guó)防等需求進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的開發(fā)應(yīng)用，提供數(shù)據(jù)信息分發(fā)與共享服務(wù)，并與國(guó)家海洋環(huán)境安全保障平臺(tái)對(duì)接。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，需對(duì)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)行管理，研究制定系統(tǒng)示范應(yīng)用運(yùn)行期間的設(shè)備狀態(tài)反饋措施。另外，面對(duì)海上的復(fù)雜環(huán)境，需要研究制定系統(tǒng)維護(hù)方案，確保海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效獲取、處理與應(yīng)用。

3.5 組網(wǎng)規(guī)范研究

開展多介質(zhì)海洋觀測(cè)裝備自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)規(guī)范研究，建立設(shè)備接入、自動(dòng)組網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用、數(shù)據(jù)分發(fā)共享等規(guī)范體系，拓展現(xiàn)有各型海洋觀測(cè)裝備數(shù)據(jù)采集傳輸能力，提高海洋觀測(cè)信息的交互與處理能力，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)高分辨率的海洋環(huán)境及目標(biāo)信息感知與利用。

4 基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)裝備改進(jìn)與集成

以自主研發(fā)的無人機(jī)、無人艇、波浪滑翔器、水下滑翔機(jī)、AUV、剖面漂流浮標(biāo)及投棄式觀測(cè)裝備等無人智能移動(dòng)觀測(cè)裝備為主干觀測(cè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)合潛標(biāo)、海床基等定點(diǎn)觀測(cè)裝備，針對(duì)快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)要求開展適應(yīng)性改進(jìn)。開展多介質(zhì)多平臺(tái)的海洋觀測(cè)裝備綜合集成，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)任務(wù)自適應(yīng)，滿足目標(biāo)海區(qū)的實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)高分辨率觀測(cè)協(xié)同要求。

1）快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)裝備適應(yīng)性改進(jìn)。

為滿足自動(dòng)組網(wǎng)協(xié)同觀測(cè)需求，基于自主研發(fā)的無人機(jī)、無人艇、波浪滑翔器、水下滑翔機(jī)、AUV、剖面漂流浮標(biāo)、潛標(biāo)、海床基及投棄式觀測(cè)裝備，針對(duì)多介質(zhì)自動(dòng)組網(wǎng)開展適應(yīng)性改進(jìn)，以匹配相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)跨介質(zhì)信息共享與異構(gòu)信道組網(wǎng)。具體包括：

無人機(jī)：基于現(xiàn)有無人機(jī)裝備，提升復(fù)雜海況下無人機(jī)飛行性能，開展自動(dòng)投放技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)多類型載荷多點(diǎn)精準(zhǔn)投放。開展基于無人機(jī)的無線通訊與控制系統(tǒng)集成，利用海（水上、水下平臺(tái)）、空（機(jī)載平臺(tái)）、天（衛(wèi)星平臺(tái)）等多平臺(tái)智能通訊設(shè)備，構(gòu)建基于空中無人移動(dòng)平臺(tái)的通訊網(wǎng)絡(luò)，開展數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸及遠(yuǎn)程控制試驗(yàn)。開展觀測(cè)裝備協(xié)同作業(yè)技術(shù)研究及試驗(yàn)，滿足多介質(zhì)無人平臺(tái)協(xié)同組網(wǎng)觀測(cè)需求。

無人艇、波浪滑翔器：基于自主研發(fā)的無人艇、波浪滑翔器，開展海上自主接入快速組網(wǎng)改進(jìn)與測(cè)試，實(shí)現(xiàn)水面無人移動(dòng)平臺(tái)自主接入快速組網(wǎng)能力。開展基于無人艇、波浪滑翔器的無線通訊與控制系統(tǒng)集成，利用海、空、天等多平臺(tái)智能通訊設(shè)備，構(gòu)建基于水面無人移動(dòng)平臺(tái)的通訊網(wǎng)絡(luò)，開展數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸及遠(yuǎn)程控制試驗(yàn)。開展觀測(cè)裝備協(xié)同作業(yè)技術(shù)研究及試驗(yàn)，滿足多介質(zhì)無人平臺(tái)協(xié)同組網(wǎng)觀測(cè)需求。

水下滑翔機(jī)、AUV：基于自主研發(fā)的水下滑翔機(jī)、AUV，開展水下自主接入快速組網(wǎng)改進(jìn)與測(cè)試，實(shí)現(xiàn)水下無人移動(dòng)平臺(tái)自主接入快速組網(wǎng)能力。開展基于水下滑翔機(jī)、AUV的無線通訊與控制系統(tǒng)集成，利用海、空、天等多平臺(tái)智能通訊設(shè)備，構(gòu)建基于水下無人移動(dòng)平臺(tái)的通訊網(wǎng)絡(luò)，開展數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸及遠(yuǎn)程控制試驗(yàn)。開展觀測(cè)裝備協(xié)同作業(yè)技術(shù)研究及試驗(yàn)，滿足多介質(zhì)無人平臺(tái)協(xié)同組網(wǎng)觀測(cè)需求。

針對(duì)剖面漂流浮標(biāo)、潛標(biāo)、海床基、機(jī)載投棄式觀測(cè)裝備（機(jī)載投棄式探空儀等）、船載投棄式觀測(cè)裝備（表面漂流浮標(biāo)等）等觀測(cè)節(jié)點(diǎn)，基于國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的觀測(cè)裝備，開展自主接入快速組網(wǎng)改進(jìn)與測(cè)試，實(shí)現(xiàn)快速接入多介質(zhì)無人平臺(tái)協(xié)同組網(wǎng)自主觀測(cè)能力。

2）多介質(zhì)海洋觀測(cè)裝備綜合集成。

根據(jù)海上自然環(huán)境和通信條件，針對(duì)無人觀測(cè)裝備的多樣性、異構(gòu)性特點(diǎn)，開展多介質(zhì)、多平臺(tái)、多傳感器海洋環(huán)境及目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)規(guī)劃研究，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)任務(wù)自適應(yīng)，滿足目標(biāo)海區(qū)的實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)高分辨率觀測(cè)需求。通過對(duì)移動(dòng)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)任務(wù)分配與優(yōu)化、航行軌跡優(yōu)化、軌跡偏離自動(dòng)補(bǔ)償、實(shí)時(shí)航位推算、觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)融合處理與發(fā)布等關(guān)鍵技術(shù)研究，開發(fā)可實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)觀測(cè)的快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)操控系統(tǒng)，通過衛(wèi)星、無線電及水聲等通信手段，實(shí)時(shí)顯示觀測(cè)系統(tǒng)主要節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行軌跡、觀測(cè)信息及運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)任務(wù)需求采用最優(yōu)控制策略，生成群組觀測(cè)航路規(guī)劃，自動(dòng)或人工向移動(dòng)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制指令，控制其航行與觀測(cè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)與岸基操控平臺(tái)間的信息雙向傳輸。

4.2 自主接入快速組網(wǎng)及數(shù)據(jù)安全傳輸技術(shù)

面向海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、完整性、一致性需求，針對(duì)海洋觀測(cè)裝備的多樣性、異構(gòu)性特點(diǎn)，通過研究衛(wèi)星通信、無線電通信、光通信、水聲通信等多種通信方式及跨介質(zhì)信息共享與異構(gòu)信道組網(wǎng)傳輸技術(shù)，構(gòu)建基于海、潛、空、天、地的多介質(zhì)立體數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)，建立基于混合接入的分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一表征模型，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)自主快速接入組網(wǎng)和數(shù)據(jù)安全傳輸，提高海洋觀測(cè)信息的交互與處理能力。

1）跨介質(zhì)信息共享與異構(gòu)信道組網(wǎng)技術(shù)。

根據(jù)衛(wèi)通、無線電、光通信、水聲信道傳輸特性和跨介質(zhì)信息傳輸需求，研究動(dòng)態(tài)時(shí)分多址（DTDMA）和載波偵聽多路存取（CSMA）混合接入體制，突破面向業(yè)務(wù)特征的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度與分配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源與業(yè)務(wù)需求的高效智能匹配。研究滿足信息支持與保障的拓?fù)淇刂婆c結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，提高路由效率，減少網(wǎng)絡(luò)能耗，為網(wǎng)絡(luò)信息傳輸提供可靠支撐。

2）基于海洋信道特性的自適應(yīng)水聲通信技術(shù)。

基于海上惡劣的自然環(huán)境和通信條件，分析快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性與低功耗相平衡方面的需求。針對(duì)海洋觀測(cè)信息種類多、復(fù)雜度高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)面向數(shù)據(jù)高效封裝和可靠傳輸?shù)南f(xié)議，制定高效的消息交換與壓縮規(guī)范，研究滿足觀測(cè)需求的多種傳輸速率的多源數(shù)據(jù)處理和融合的信道選擇與優(yōu)化技術(shù)。建立海洋觀測(cè)信息統(tǒng)一表征模型，構(gòu)建統(tǒng)一的信息交換模型，用于各節(jié)點(diǎn)異構(gòu)異類信息的分發(fā)和處理。采用頻譜感知技術(shù)和單載波頻域均衡體制（SC-FDE），滿足系統(tǒng)多速率傳輸組網(wǎng)要求，對(duì)抗海上多徑影響。研究低資源占用條件下的信息統(tǒng)一表征與處理協(xié)議技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)交換。建立分層分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，采用自適應(yīng)多速率選擇技術(shù)，解決不穩(wěn)定信道條件下的組網(wǎng)傳輸與應(yīng)用問題。物理層采用水聲正交頻分復(fù)用（OFDM）高速通信技術(shù)，優(yōu)化移動(dòng)平臺(tái)下的水聲時(shí)變稀疏信道估計(jì)與寬帶多普勒補(bǔ)償技術(shù)。鏈路層采用競(jìng)爭(zhēng)類協(xié)議，按需競(jìng)爭(zhēng)使用無線信道，降低端到端延時(shí)和平均能耗。采用停止等待ARQ（Automatic Repeat reQuest）協(xié)議，提升水聲鏈路的可靠性。

3）非穩(wěn)定平臺(tái)高精度衛(wèi)星通信技術(shù)。

研究基于卡爾曼濾波的海泊動(dòng)態(tài)搜星方法及動(dòng)中通天線雙四元數(shù)控制方法，實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)定平臺(tái)高精度衛(wèi)星通信能力，驅(qū)動(dòng)天線以固定仰角繞地垂線旋轉(zhuǎn)來搜尋信標(biāo)所在方向。載體地速為0時(shí)，假定載體初始航向?yàn)?、橫滾角和俯仰角初值也為0，可以通過加入卡爾曼濾波組合導(dǎo)航算法得到載體的俯仰角和橫滾角，從而可以實(shí)時(shí)算出地垂線在載體系下的矢量方向和與地垂線呈固定夾角的任意矢量在載體系下的坐標(biāo)，驅(qū)動(dòng)天線以固定仰角繞地垂線旋轉(zhuǎn)，直至天線搜索到衛(wèi)星信號(hào)。

4）非穩(wěn)定平臺(tái)光通信技術(shù)。

針對(duì)海洋觀測(cè)平臺(tái)的大動(dòng)態(tài)范圍非穩(wěn)定特性，突破通過大氣信道進(jìn)行光信息高速傳輸?shù)募夹g(shù)，開展通訊信道、對(duì)準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)、收發(fā)系統(tǒng)、信息調(diào)制及信道編碼等研究。采用宏觀唯像衰減散射模型結(jié)合Monte Carlo方法模擬大氣信道的傳輸過程，建立仿真模型。研究天氣、濕度、溫度、時(shí)間等因素對(duì)光通信性能的影響，分析大氣信道吸收、散射、湍流以及光子技術(shù)探測(cè)過程對(duì)于通信傳輸速率、信道衰減以及誤碼率的影響，為通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在現(xiàn)有航天高精度穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)和高精度經(jīng)緯儀的基礎(chǔ)上，開展小型化高精度對(duì)準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)研發(fā)。采用粗瞄、精瞄、通訊鏈路信息反饋的閉環(huán)，控制對(duì)準(zhǔn)跟蹤精度，建立穩(wěn)定通訊鏈路。光學(xué)收發(fā)系統(tǒng)是無線光通訊的核心系統(tǒng)，包括小角度發(fā)射和接收光學(xué)系統(tǒng)匹配與優(yōu)化、噪聲抑制、發(fā)射光源等研究?jī)?nèi)容。開展非穩(wěn)定平臺(tái)光通信技術(shù)研究，采用強(qiáng)度調(diào)制方式進(jìn)行信息調(diào)制，對(duì)開關(guān)鍵控（OOK）和脈沖位置調(diào)制（PPM）兩種調(diào)制方式進(jìn)行對(duì)比研究。通過采用RS、Turbo、LDPC以及 SCPPM等多種編碼方法，對(duì)比研究不同糾錯(cuò)碼的性能，降低通信誤碼率。

5）通信組網(wǎng)安全及硬件加速技術(shù)。

開展面向跨介質(zhì)信息傳輸及組網(wǎng)的雙向認(rèn)證技術(shù)研究，針對(duì)DOS攻擊、重放攻擊、口令猜測(cè)攻擊、盜取驗(yàn)證表攻擊、假冒服務(wù)器攻擊及假冒觀測(cè)節(jié)點(diǎn)攻擊等安全風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)基于 AES、RSA和消息認(rèn)證碼的雙向口令認(rèn)證協(xié)議。分析信息加密的硬件需求，采用Verilog硬件描述語言對(duì)加密算法進(jìn)行設(shè)計(jì)及硬件加速優(yōu)化，設(shè)計(jì)硬件加速模塊，利用 ModelSim對(duì)加密算法的 Verilog設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證與評(píng)估，提升系統(tǒng)通信組網(wǎng)安全性。

4.3 海洋環(huán)境及目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用

開展海洋環(huán)境及目標(biāo)實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)各類觀測(cè)數(shù)據(jù)的匯集、質(zhì)控、融合處理，針對(duì)海洋科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)及國(guó)防安全等需求進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的開發(fā)應(yīng)用，提供數(shù)據(jù)信息分發(fā)與共享服務(wù)，并與國(guó)家海洋環(huán)境安全保障平臺(tái)對(duì)接。

1）多源觀測(cè)數(shù)據(jù)匯集管理。

基于海上機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)裝備及傳輸鏈路，研究多平臺(tái)、多要素海洋環(huán)境及目標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯集技術(shù)，在組網(wǎng)示范運(yùn)行期間，實(shí)時(shí)收集無人艇、波浪滑翔器、水下滑翔機(jī)、剖面漂流浮標(biāo)、潛標(biāo)等各類固定與移動(dòng)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，解析觀測(cè)數(shù)據(jù)信息，建立面向多傳感器的觀測(cè)數(shù)據(jù)匯集模塊，根據(jù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)量、要素種類、存儲(chǔ)方式設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息表結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)加載、存儲(chǔ)、查詢檢索以及數(shù)據(jù)運(yùn)行維護(hù)監(jiān)控。

2）觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估與標(biāo)準(zhǔn)化處理。

以快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)海上示范應(yīng)用運(yùn)行為基礎(chǔ)，以多源觀測(cè)數(shù)據(jù)匯集管理為平臺(tái)，開展觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)控和標(biāo)準(zhǔn)化處理，包括格式轉(zhuǎn)換、質(zhì)量控制、排重、合并和標(biāo)準(zhǔn)化處理等。制定多平臺(tái)多要素?cái)?shù)據(jù)格式，設(shè)計(jì)多平臺(tái)多要素質(zhì)量控制流程，開展觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)估，進(jìn)行多平臺(tái)多要素資料排重和整合，形成各要素標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

3）觀測(cè)數(shù)據(jù)開發(fā)及應(yīng)用示范。

針對(duì)海洋科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)及國(guó)防等需求，開展海洋環(huán)境及目標(biāo)實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)開發(fā)及示范應(yīng)用?；诤Ｉ狭Ⅲw快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)及數(shù)據(jù)融合處理，結(jié)合海洋氣象、航空氣象、海洋水文以及數(shù)值預(yù)報(bào)保障業(yè)務(wù)需求，建立實(shí)時(shí)觀測(cè)信息與海洋環(huán)境保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接入機(jī)制，為掌握海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境要素、目標(biāo)實(shí)況以及數(shù)值預(yù)報(bào)等提供信息支持。

4）觀測(cè)數(shù)據(jù)共享和發(fā)布。

根據(jù)軍民海洋環(huán)境保障需求和信息安全要求，基于多種傳輸鏈路，建立數(shù)據(jù)信息交換共享機(jī)制，提供實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)及延時(shí)產(chǎn)品的分發(fā)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)軍民融合、多源匯集、信息共享，并與國(guó)家海洋環(huán)境安全保障平臺(tái)對(duì)接。

5 發(fā)展方向

目前，我國(guó)以城市物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為代表的陸地物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速。海洋物聯(lián)網(wǎng)是認(rèn)識(shí)海洋、經(jīng)略海洋的重要技術(shù)制高點(diǎn)，但與陸地物聯(lián)網(wǎng)相比，海洋物聯(lián)網(wǎng)研究和應(yīng)用仍存在信息感知能力差、數(shù)據(jù)傳輸延滯、信息服務(wù)水平低等短板。未來，需要重點(diǎn)突破復(fù)雜海洋環(huán)境下的智能信息感知、跨介質(zhì)高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、基于人工智能的海洋大數(shù)據(jù)等技術(shù)方向，以滿足復(fù)雜海洋環(huán)境下多平臺(tái)、跨介質(zhì)的信息感知、傳輸、處理、應(yīng)用等需求。

5.1 復(fù)雜海洋環(huán)境下的智能信息感知

隨著衛(wèi)星遙感、空中、水面及水下海洋觀測(cè)裝備的發(fā)展和觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，對(duì)上層海洋的信息感知能力不斷提升。但在深海及兩極水域，觀探測(cè)能力仍然不足。需要開展耐壓結(jié)構(gòu)及材料、水下能源、智能控制等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)適應(yīng)深海高壓、極區(qū)低溫及冰下等復(fù)雜海洋環(huán)境的觀探測(cè)裝備。針對(duì)關(guān)鍵目標(biāo)追蹤探測(cè)需求，需研制具備快速反應(yīng)、隱蔽追蹤、近距探測(cè)以及跨介質(zhì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力的探測(cè)裝備。針對(duì)觀測(cè)平臺(tái)負(fù)載能力有限、驅(qū)動(dòng)能力弱、水下導(dǎo)航定位精確度低等技術(shù)難點(diǎn)，需開展推進(jìn)、定位導(dǎo)航、環(huán)境適應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在傳感器方面，針對(duì)高精度、多要素、快速、低功耗、智能化觀探測(cè)需求，需開展傳感器敏感原理、材料、結(jié)構(gòu)、工藝、平臺(tái)搭載適應(yīng)性、智能控制及多傳感器信息融合等技術(shù)攻關(guān)，提升復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性及信息感知智能化水平。

5.2 跨介質(zhì)高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)

突破中微子、微波光子、太赫茲等新型高速跨介質(zhì)通信技術(shù)，發(fā)展基于大氣波導(dǎo)、超視距雷達(dá)的信息中繼技術(shù)，開展深海、冰下、惡劣海況等復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)通信技術(shù)研究，研發(fā)低成本、小型化、可大量布放的海洋物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建基于海、潛、空、天、地多傳感器的跨介質(zhì)高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，支持多節(jié)點(diǎn)、多用戶快速自主接入和網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)，提升海洋網(wǎng)絡(luò)空間異構(gòu)傳輸能力。

5.3 基于人工智能的海洋大數(shù)據(jù)

為了高效利用海量、多源、異構(gòu)的海洋數(shù)據(jù)，需加強(qiáng)海洋智能計(jì)算科學(xué)、海洋數(shù)據(jù)科學(xué)和海洋信息科學(xué)等信息海洋學(xué)基礎(chǔ)理論方法研究，發(fā)展人工智能、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集檢測(cè)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)清洗和質(zhì)量控制、多源信息融合等技術(shù)。圍繞云端協(xié)同的多源異構(gòu)海量信息的智能感知、邊緣計(jì)算等需求，構(gòu)建微超算、移動(dòng)超算和云超算等超算新生態(tài)與海洋物聯(lián)網(wǎng)智能協(xié)同計(jì)算體系。研究支持密文檢索和基于密文數(shù)據(jù)索引等的海洋大數(shù)據(jù)信息安全技術(shù)。研究設(shè)計(jì)海洋大數(shù)據(jù)與人工智能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系與開放共享平臺(tái)，面向海洋科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)及國(guó)防安全等應(yīng)用場(chǎng)景提供信息服務(wù)。

6 結(jié)束語

隨著我國(guó)在全球海洋科研和經(jīng)貿(mào)領(lǐng)域地位的提升，對(duì)海洋環(huán)境及目標(biāo)信息的實(shí)時(shí)高分辨率獲取能力、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力、信息服務(wù)能力的需求日益迫切。在軍事領(lǐng)域，建設(shè)海洋物聯(lián)網(wǎng)是海洋軍事保障的重要發(fā)展方向，將海洋觀測(cè)技術(shù)與軍事應(yīng)用相結(jié)合是我國(guó)未來軍民融合的重要任務(wù)。目前，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，但海洋物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用在信息感知、數(shù)據(jù)傳輸、服務(wù)水平等方面仍存在諸多短板。聚焦我國(guó)重大戰(zhàn)略需求，構(gòu)建基于海洋物聯(lián)網(wǎng)的海、潛、空、天、地立體快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，保障海洋環(huán)境及目標(biāo)信息高效安全感知、傳輸、處理與應(yīng)用，進(jìn)而推動(dòng)海洋觀測(cè)技術(shù)、裝備和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)于加快海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)具有重要意義。