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院士论坛:我国智慧海洋发展的建议

2018-12-19



海洋作为人类赖以生存和发展的重要空间,拥有丰富的物质和能量资源,是各国战略利益竞争的制高点。我国拥有300多万平方千米的管辖海域和1.8万km大陆岸线,拥有广泛的海洋战略安全和发展利益。党的十八大提出建设海洋强国的重大战略部署,党的十九大进一步明确坚持陆海统筹,加快建设海洋强国。这充分说明海洋强国建设已是新时代中国特色社会主义事业的重要组成部分。

多年来,我国一直致力于海洋事业发展,在海洋科技、治理、经济、文化等领域取得了显著成效,但还远不能满足供给侧结构性改革、创新驱动发展、海洋强国建设等重大战略需求。因此,必须利用新一代信息技术,构建以海洋信息智能化基础设施为核心的海洋信息体系,加快海洋核心智能科技的创新研发,实施智慧海洋工程,为海洋资源开发利用、海洋经济发展、海洋生态环境保护和海洋权益维护,提供全面透彻的信息感知、泛在随行的通信保障和精准智能的决策服务,创新海洋治理体系,构筑全球竞争优势,从而全面提升认识海洋和经略海洋的能力。

本文在介绍智慧海洋发展大背景的基础上,论述了智慧海洋的内涵,分析总结国内外海洋信息化发展现状,提出智慧海洋的发展战略构想和体系框架,提出未来发展建议。

一、海洋信息化发展现状与趋势

⒈国外海洋信息化发展现状

世界范围内,海洋发达国家积极推动海洋信息基础设施建设,高度重视新一代信息技术和装备在海洋领域的应用,大力实施国家级专项,持续提升海洋信息领域整体能力,不断拓展战略利益空间。

早在2007年,美国制定了《美国海洋行动计划》,提出对各类海洋观测点进行整合,建成综合海洋观测系统(IOOS),该系统将人工与科技相结合,对近海水体和海洋数据进行采集、整合和发布,为科学家们提供快速挖掘信息的方法,从而对海洋环境的改变进行追踪、预测、管理和应对,也为决策者提供更安全可靠的信息,促进经济发展,保护水体环境。近年来,又推出了“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”等一系列专项,以期通过这些专项提升海洋信息获取分析的能力,促进海洋学科发展,为海洋战略实施提供技术保障。


加拿大通过整合Neptune和Venus等计划的观测设施, 构建了Ocean Networks,研发了智能海洋系统(SOS),用于科学研究、政府决策、海洋环境监测、海洋环境安全保障、渔业资源利用等方面。俄罗斯海军2016年最新研制出一种能将通信信息与声波相互转换的系统,把水下活动潜艇、深海载人潜水器、无人潜航器和潜水员联系起来,构筑水下“互联网”。欧盟“欧洲海洋观测数据网络(EMODNET)”提出Marine Knowledge 2020计划,加强海洋的科学研究能力, 提升不同层级决策的质量和可靠性。法国“哥白尼海洋环境监测服务(CMEMS)”是欧盟地球观测和监测项目的一部分,目标是通过空间观测和原位观测为欧盟提供自动的数据获取能力,为海洋数据提供开放的平台。英国2007年启动了名为“海洋2025” 的重大海洋研究计划,旨在提升英国海洋环境认知、更好地保护海洋。日本2012 年提出针对2013年到2017年的五年日本海洋发展阶段性战略,目的是提升水下资源开发能力,增强水体的监测能力和重大事态的应对体制。此外,韩国业务化海洋系统(KOOS),对海洋进行日常监测和72h的预报,为海洋灾害提供预报预警。

鉴于海洋的战略地位,国际上海洋强国较成功的经验是建立海洋信息化的跨部门综合管理,体现国家意志。美国2010年设立了国家海洋委员会,协调27个联邦机构,隶属于总统行政办公室(内阁级别),委员会直接向总统汇报。欧盟设立了海洋管理委员会,对不同行业和部门的政策进行协调整合。俄罗斯2001年设立联邦政府海洋委员会,由副总理担任主席,保障联邦执行权力机关和涉海单位之间协调行动。日本2007年设置综合海洋政策部, 由日本首相兼任,协调交通、经济产业和农村等中央省厅8个部门,用以统筹协调涉海事务和政策。

⒉我国海洋信息化现状

经过多年的发展,我国海洋信息基础设施建设初具规模,逐步构建海洋环境观测系统,海洋资源综合调查手段和范围不断拓展,资料获取能力和数据量得到极大提升,观测范围初步覆盖近岸、近海、大洋和极地,形成了较为丰富的海洋信息和数据家底。重大海洋信息装备研制取得重要成果,“蛟龙号”载人潜水器、“海翼号”水下滑翔机、“海斗号”无人潜水器等成功海试。

海洋信息应用服务能力持续增强,相关涉海机构围绕海上交通、海洋预报、海洋渔业、海洋资源开发、海洋环境监测、海岛(礁)测绘、涉海电子政务等领域需求,开展了各具特色的信息应用服务,取得了显著成效。2003年,借助我国近海海洋综合调查与评价专项的实施,正式启动了我国数字海洋信息基础框架建设,建成了数字海洋信息基础平台和数字海洋原型系统,为我国海洋信息化发展奠定了坚实基础。

⒊存在的不足与面临的形势

与世界上海洋发达国家相比,我国海洋信息体系建设总体上能力不强, 海洋观测和开发的核心装备“ 硬实力”不足,海洋信息体系“软实力”不够完善,主要表现在:一是缺乏全局战略性顶层设计,海洋信息资源散又弱,难以发挥整体优势;二是海洋核心技术装备的自主研发能力不足,关键设备依赖进口,难以有效支撑海洋信息基础设施建设;三是海洋信息自主获取与通信能力严重不足,覆盖范围、观测要素、时效精度和数据质量都亟待提升; 四是海洋相关标准不一、共享机制不畅,“信息孤岛”现象严重;五是海洋信息服务规模小、水平低,难以满足海洋综合管理、军事活动、经济发展等方面的需要。总之,仍不能适应全球海洋治理格局的重大变革,不能满足我国加快海洋强国建设的重大需求。

随着云计算、大数据、人工智能等新一轮信息技术在各领域的深入应用, 各行业信息化都产生了深刻变革,智慧国土、智慧城市、智慧交通、智慧医疗等一系列与智慧相关的解决方案和工程相继落地,并对人类生产生活产生长远影响。当前,我国海洋强国战略和国家信息化战略稳步推进,海洋信息化发展已步入大有作为的重要战略机遇期。新形势下,加快推动以智慧海洋带动海洋信息化深入发展,是顺应国际国内两个大势、抢抓机遇、建设海洋强国的必然选择。

二、智慧海洋内涵与定位

⒈智慧概念的产生

18 世纪以来,人类社会发展经历了机械化、电气化和数字化3次技术革命。20世纪下半叶开始,信息与物理融合技术的发展,带来了第四次革命,即知识革命,并率先渗透到经济、社会和生活等领域,人类社会进入智能化时代。美国IBM公司2008年率先提出了“智慧地球”的概念,其核心是把传感器嵌入各种物理基础设施中,连接形成“物联网”,将物联网和互联网整合,使人类能以更加精细和动态的方式管理生产和生活,实现全球智慧状态。所谓智慧,是对事物能迅速、灵活、正确地理解和处理的高超思维能力。信息与物理融合的知识革命就是将物理信号转换为数据、数据处理成信息、信息转化为知识的过程。在这个过程中,人的智慧得到了充分参与和展现。美国信息物理融合系统、德国工业4.0以及中国制造2025和人工智能2.0,均是信息与物理融合的知识革命在不同领域的实践。

⒉智慧海洋内涵

人类社会的4次技术革命也间接推动了海洋领域从探索发现、考察认知、组网观测向智能服务时代迈进。1405年郑和第一次奉使出洋,之后连续7次下西洋。87年后的1492年到16世纪初,欧洲人开辟横渡大西洋到达美洲、绕道非洲南端到达印度的新航线以及第一次环球航行,人类进入大航海时代,从而开启了人类通过记录和积累航海资料,对海洋空间位置的初步探索与认识。随着电气化的出现和造船能力的提高,沿海国家开始持续组织大规模海洋科学考察,采集和测量海洋物理环境信息,并逐渐建立相关理论方法, 海洋技术革命进入考察观测时代。现代通信技术、计算机技术,以及搭载多种海洋传感仪器和卫星遥感技术的发展,使人类能够以组网的方式,全面立体实时获取海洋信息,并且建立了“数字海洋”,利用数字去表达海洋。

传统意义上的海洋是海岛、海岸线和茫茫海水的简单空间组合概念,随着人类对海洋开发利用的不断深入和综合管控的逐步加强,现在的海洋是由海洋环境、装备和各种人类活动等多种元素综合作用构成的复杂巨系统。人类面对海洋这个巨系统出现的开发利用能力不强、环境规律掌握不透、权益争端处置不当等种种问题,多源于对海洋认识不清、应对失据、缺乏智慧之故。信息与物理融合的知识革命使人们开始用知识去经略海洋, 用智慧去开发利用海洋资源、建设海洋生态文明和保障国家海洋安全,海洋技术革命进入智能服务时代。因此可以说智慧海洋是海洋信息化的深度发展,是信息与物理融合的海洋智能化技术革命4.0,是将新一代信息技术与海洋环境、海洋装备、人类活动和管理主体四大板块信息深度融合,实现互联互通、智能化挖掘与服务,是认识和经略海洋的神经系统。

三、智慧海洋定位与体系框架

针对当前我国海洋信息体系发展的上述不足, 智慧海洋的发展定位应是引导我国海洋智能化技术革命4.0的信息基础能力建设,主要包括海洋信息智能化基础设施建设,以及核心海洋智能科技创新与核心信息装备研发。智慧海洋的发展应基于海洋综合立体感知, 互联网实时信息传输和大数据、云计算、知识挖掘等三大高新技术,以海洋综合感知网、海洋信息通信网、海洋大数据云平台等信息基础设施建设为主体,搭建海洋信息智能化应用服务群,即“两网、一平台、一个应用服务群”,并建立贯穿各个环节的标准质量、运维服务、技术装备和信息安全体系。各组成部分之间相互关联、相互融合,形成了一个有机整体。


海洋综合感知网是智慧海洋的核心基础,主要功能是实现海洋环境(水文气象、生物化学、生态、地质、能源矿产、声光电磁以及基础地理信息等)、海上目标(空中、海上、水下)、涉海活动(海洋管控、资源开发、生态文明建设等)和重要海洋装备(防务、资源开发、海洋运输和科考装备)等信息的全面获取,为智慧海洋提供数据源。

海洋信息通信网是智慧海洋的联通纽带,通过提高海洋综合感知、海上协同行动和海上公众服务通信保障三大能力,着力解决不具备业务化海洋通信能力、过度依赖国外卫星通信、通信安全没有保障和水下定位导航能力基本空白四大问题,实现各类海洋感知、管理决策、指挥控制信息和指令的安全、实时、畅通传输。

海洋大数据云平台是智慧海洋的神经中枢,通过建设海洋大数据云平台,实现对全部涉海行业信息基础设施的集约利用以及各种海洋数据资料的交互融合和智慧挖掘,显著提升海洋信息资源的智能分析和共享服务水平,为海洋环境认知、装备研发、安全管控、智能应用等提供海洋存储计算资源、数据资源和应用资源等支撑服务。

海洋信息应用服务群是智慧海洋核心价值的体现,通过统一规划设计面向海洋安全与权益维护、海洋综合管理、海洋开发利用、海洋公共服务保障、海洋环境认知和生态文明建设需求,以升级、重构、新建等方式整合各部门涉海信息存量资源,打通涉海领域行业应用之间的信息与业务应用系统交流渠道,形成统筹发展、共享协作的智能化应用服务体系。

四、智慧海洋发展建议

智慧海洋发展目标要符合新时代中国特色社会主义建设的总体要求,是一项长期性、基础性和战略性的任务,应像我国的航天工程一样,做好统筹规划, 分阶段、有步骤地滚动实施。

第一,探索创新建立建管用统筹、产学研联动、科研与应用相结合的体制机制,积极推进海洋信息基础设施共建、信息共享和产业共融,探索政府购买服务的管理运营模式。按照国家战略部署,适应重点任务和业务需求,做好资源间的协调配合,统筹推进智慧海洋发展。

第二,整合拓展我国现有海洋观测、监测和调查资源,全面形成与海洋强国建设需求相适应的海洋信息自主获取能力,获取管辖海域、深海大洋、南北两极以及全球重点关注区域的海洋环境、海上目标和活动等的全要素实时连续信息。综合利用陆、海、空、天、潜等多种通信手段,逐步建设覆盖全球海域的自主通信能力,提供稳定可靠、安全、大容量的信息传输与交换服务。

第三,深入开展海洋大数据汇集管理、融合处理和挖掘分析等技术攻关,制定国家海洋信息资源管理共享政策法规,整合建设国家层面的海洋大数据资源体系,搭建标准统一、开放兼容的海洋大数据云平台,推进数据资源的互联互通,显著提升海洋大数据的处理分析、深度融合和共享开放服务水平, 充分发挥海洋信息的服务效能。

第四,建立完善海洋信息获取、传输、处理分析、产品研制与应用服务的标准体系,实现标准研究、编制、优化、验证、检测、评估全过程支持,统一技术体制,消除信息孤岛隐患。建立多层次、一体化的海洋信息安全组织架构,加快构建以防为主、软硬结合的信息安全管理体系。

第五, 围绕海洋信息感知技术和装备领域国产化程度偏低的短板, 加强国产技术装备研制,特别是海洋核心装备关键零部件、传感器等的研制和产业化, 突破关键核心技术, 获得一批原创性技术成果和发明专利,提升我国海洋信息感知技术装备自主创新能力。

文章作者:潘德炉  海洋遥感专家,中国工程院院士,国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋动力环境学国家重点实验室研究员 。

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