數字海洋

“數字海洋”隨“數字地球”理念應運而生，它通過衛星、遙感飛機、海上探測船、海底感測器等進行綜合性、實時性、持續性的數據採集，把海洋物理、化學、生物、地質等基礎信息裝進一個“超級計算系統”，使大海轉變為人類開發和保護海洋最有效的虛擬視覺模型。為在海洋競爭中獲取信息優勢，美、英、法、德、俄、日等國正將科研尖端力量和大筆資金投入“數字海洋”。例如，美國和加拿大為此制定的“海王星”計畫、日本的ARANA計畫等已初步實現套用。非洲地區沿海25國也聯合建立了非洲近海資源數據和網路信息平台。

基本介紹

• 中文名：數字海洋
• 理論：數字地球
• 用途：數據採集
• 工具：衛星、遙感飛機、海上探測船

什麼是數字海洋

基本簡介

構建“數字海洋”信息基礎框架項目，現已成為我國建國以來規模最大的國家海洋計畫之一。上海陸域面積6727平方公里，海域面積卻達7000多平方公里，“數字上海”半邊天將是“數字海洋”。這塊“數字海洋”項目的唯一示範區，將由國家海洋局與上海市人民政府共同建設，重點區域包括長江口和洋山深水港附近水域，並延伸至東海上部分我國管轄的專屬經濟區，已率先啟動空間地理基礎信息庫建設。

多維一體“海洋格線化”

“在‘數字海洋’模擬屏前，你觸摸大片海洋的某一點，那裡當前時刻的水溫、流速等都能顯示。”東海信息中心總工程師林勇說。以往的海洋資料庫來源於歷次海洋專項調查等，這種信息長期靜態不變；“數字海洋”則建立在太空、空中、海面、海底、陸上等多維立體信息採集系統上，是對大海進行的“現場直播”。

除現有的衛星、飛機、船舶、特殊浮標、海岸雷達等設備外，國產的智慧型化感測網路將在海底鋪開。這一網路將由兼具供電和通信功能的海底光纜構成，光纜在一定區域形成一個“格線”，分區分片、守土有責。它們長出的“觸角”———感測器，可上浮或沉底，分分秒秒記錄、回傳大海的“一舉一動”，還帶有照明和照相功能，可像海洋生物那樣工作數十年之久，通過海底機器人進行維護。

“親睹”颱風形成登入過程

“數字海洋”能在防禦包括地震、海嘯在內的海洋災害上大顯身手，其災害預警時間和預報準確性將比現在大大提高。人們將能在視頻上看到直觀的虛擬圖像———颱風在海面上形成、移動、登入……這都由“數字海洋”的超級計算機“導演”，它一旦接收到前方感測系統的異常海洋數據，就能對颱風行進路線、風速浪速、影響區域、損失估算等進行海量計算，建立全三維可視模型，為防災減災提供精確預判。此外，暗礁、海霧、洋流，以及石油泄漏、鹹潮赤潮等都能提前一覽無餘。

革命性變化

數位化的海洋世界將為海洋綜合管理與公益服務帶來革命性變化。通過整合氣象、海洋、海事、漁政、水務等部門信息系統，“數字海洋”將為海洋維權、經濟建設、環境保護、救助打撈等提供強大技術支撐。如建立船籍資料庫和“油指紋”系統後，不僅可在千里之外進行船型識別和導航，對溢油事故責任人的認定也能言之鑿鑿，有力地服務於國際航運中心建設。

海洋是蔚藍色的國土。隨著信息技術的發展和充分套用，中國將以積極構建“數字海洋”為重點，努力提高海洋開發和管理工作的信息化水平。

主要內容

“數字海洋”的主要內容包括：建設近海海洋信息基礎平台、海洋綜合管理信息系統和“數字海洋”原型系統；逐步完成 “數字海洋”空間數據基礎設施的構建，基本滿足全國中比例尺(局部區域大比例尺)海洋空間數據的獲取、交換、配準、集成、維護與更新要求；重點突破“數字海洋”建設所急需的支撐技術；完成“數字海洋”原型系統的開發，實現試運行，並開展套用示範研究，開發出一批可視化程度高的新型海洋信息套用產品。

重要空間

海洋是地球生命的搖籃，是人類生存與可持續發展的重要空間。自有人類以來，認識海洋、征服海洋、利用海洋等海洋活動就從未停止過。資訊時代的到來，第一次為人類全面準確而深入地認識和了解海洋提供了可行的技術支撐。1998年1月31日，美國的戈爾（A. Gore）提出了數字地球的概念，認為數字地球是一種可以嵌入海量地理數據、多解析度和三維的地球表示，並可在其上添加許多與人們生產生活相關的各種信息。這一概念被迅速套用到政治、經濟、軍事等各個領域，而由數字地球引申出的數字海洋也成為人類駕馭海洋的必經之路。

數字海洋的由來與定義

明確的概念

數字海洋在世界上還沒有一個明確的概念，已開發國家如美國、日本等從信息技術套用的角度出發，提出了海洋綜合觀測系統的概念，即數字海洋就是立體化、網路化、持續性的全面觀測海洋，並海量獲取數據。美國國家海洋大氣局資助的“Sea Grant”項目對數字海洋的描述是：數字海洋計畫通過海量的數字信息與模型，將海洋裝進“晶片”，從而能夠將海洋化學、海洋生物、海洋物理等要素數據轉變成人類利用海洋、保護海洋的最有效工具。我國許多專家、學者、有關部門在呼籲數字海洋建設的同時也對數字海洋進行了各自的描述，比較集中的表達是：數字海洋是隨著數字地球戰略的提出應運而生的，是一項龐大複雜的系統工程，是由海量、多解析度、多時相、多類型空間對海洋觀測數據和海洋監測數據及其分析算法和模型構建而成的虛擬海洋世界。通過對當前現實海洋景觀和過程的直接表達，以及對未來現實海洋場景的預測、預現，數字海洋將促進人類對海洋開發利用的方式更趨合理，保障海洋的可持續發展。

數字海洋是空間地理技術、信息技術、格線技術及信息化環境發展到一定階段的產物，是一個國家經濟、科技等綜合實力的體現。以信息化概念來解釋時，數字海洋涵蓋了三個層次：數據立體實時和持續採集、信息格線集成、知識綜合套用。

數據立體實時和持續採集

套用高科技手段全面、深入地觀測和了解海洋的變化過程，是指在一定的時空內對海洋進行立體觀測（海面之上、海面、海底）。空間觀測是利用各類遙感新技術，如高解析度高光譜衛星圖像技術、雷達衛星技術、小衛星技術、植被衛星技術、水色衛星技術等，對海面及海面下一定深度範圍內的海洋特性進行全面地觀測。海面觀測是由岸基海洋觀測站、高頻地波雷達、各型浮標等組成的海面觀測網，對海洋動力、大氣、環境、突發事件等實行全天候觀測。海底觀測是由海底工作平台、海底數據和動力特殊光纜、水下滑翔器、海底機器人等智慧型終端組成的海底觀測網，對海洋深處動力、生物、化學、地球物理要素數據進行精確而持續的採集。現代網路技術和能源技術使得以上立體觀測的三個內容能夠長時間持續地進行，具備了對海洋地球物理、化學、生物、動力變化過程不間斷的觀測能力，為人類最終駕馭海洋奠定了基礎。

信息格線集成

把浩瀚大海中的各種要素，包括歷史的、動態的數據集中存儲、分析和研究，是處理海洋經濟發展、環境保護、災害預防等活動中的各類問題的最有效工具。數字海洋充分利用高科技與現代信息技術手段，將分散式的立體觀測終端、分散式的資料庫體系、分散式的各級終端計算，通過格線技術協同數據採集、集成信息處理、統一運行計算，使網路上的所有資源合力工作，從而完成傳統方式無法完成的海洋活動中的各種複雜計算，建立功能強大的各種套用與決策模型，實現對海洋的深入精確認識。數字海洋實現這一目標的核心是日益成熟的格線計算、數據同化與融合、分散式資料庫等技術。

知識綜合套用

數字海洋的突出作用在於它所產生的先進、豐富、實用的海洋知識。因此，完整的數字海洋體系必須在海量信息集成平台上，搭建公共性強、綜合性廣、功能齊全的基礎海洋信息服務平台與產品開發和綜合套用平台，並按照資源合理開發利用的原則，實現一次採集、一次集成、統一開發、各家共用的理想目標。這個信息服務平台既是用戶根據各自的業務所需，獲取相關海洋信息與知識的視窗，又是用戶進行信息交換、共享、開展知識二次開發的平台。

數字海洋與海洋信息化

實質

早在數字地球理念提出之前，我國已經把信息化建設放在首要位置。鄧小平同志在1984年就提出了“開發信息資源、服務四化建設”的戰略構思。2006年5月8日，中國未來15年信息化發展戰略《2006—2020年國家信息化發展戰略》正式出台。自1980年代中國開始走信息化建設道路以來，信息化建設已上升到了國家發展戰略的高度，這對海洋信息化建設無疑具有權威性和指導性作用。在這個背景下，數字海洋作為海洋信息化發展戰略的基礎項目，是實現海洋信息化的必由之路。數字海洋把遙感技術、感測技術、機器人技術、地理信息系統和網路技術與可持續發展等海洋需求聯繫在一起, 把原始的海量數據變成可理解的信息，為海洋信息化提供一個戰略基礎框架。數字海洋的實質是信息化的海洋，它是充分利用信息、實現海洋信息化的有效手段。

目測和經驗

人類認識海洋要從航海活動出現開始，最初只是為了捕魚、尋找新大陸等，觀測海洋靠的是目測和經驗。隨著人類社會的不斷進步，對海洋的需求已不僅僅局限於航海，海洋經濟、海洋環境、海洋管理等都成為人類賴以生存的需求領域。人們對海洋認識的要求也從觀測航線發展到觀測海洋地球物理、海洋動力、海洋化學、海洋生物等各類要素數據。在冷戰結束之前，國際環境迫使許多高科技技術以及1960年代後發展起來的信息技術多處於軍事保密狀態下，並未廣泛地用於民用海洋事業，對海洋的認識也基本停留在乘船出海、定點取樣、實驗室分析等靜態局限的傳統方式。1990年代以來，國際環境發生了巨大變化，各種高新技術不斷套用于海洋開發之中，帶來了海洋觀測手段的變革，隨之而來的是對認識海洋、管理海洋、開發海洋的一場革命。

認識海洋

認識和了解海洋一直是海洋活動的基礎，一般認為現代海洋學起始於1872年12月30日，這一天，英國皇家艦隊“挑戰者”號，在環球航行期間(1872—1876年)建立了第一個海洋觀測站。從那時起，藉助不斷發展進步的科學技術，各種海洋觀測手段與方式不斷豐富著人們獲取的海洋知識。這種認識過程推動了以開發利用海洋資源為特徵的海洋經濟的發展，增強了以海洋環境預報為特徵的海洋災害抵抗能力。海洋是一個變化複雜的整體，僅僅依靠海洋觀測站、船舶調查等傳統觀測方式僅能提供有限的靜態和動態數據。這種觀測海洋的局限性，造成了對海洋的認識多是滯後的，缺乏對海洋變化過程的了解。以信息高新技術為基礎的數字海洋，採用立體觀測海洋的方式，全面綜合而持續地從海洋採集數據。這種觀測體系，使得科學家能夠綜合大量的靜態與動態數據，通過實際觀測掌握海洋自然演變過程，使海洋認識實現了質的飛躍。

管理海洋

海洋管理在各國尤其是在海洋大國的國家利益中，占有非常重要的位置。現代海洋管理一般是指海洋權益、海洋資源、海洋環境三類海洋行政管理。隨著科技的進步與發展，海洋管理的技術手段也在不斷更新。在冷戰結束後，大量高科技對民用解禁，同時民用市場反過來促進了高科技的飛速發展，這也是美國矽谷在1990年代繁榮的一個主要原因。信息技術套用于海洋管理後，實現了海洋管理的信息化、網路化和智慧型化，即在數字海洋框架下的海洋現代化管理。例如，在維護海洋權益上，數字海洋的實時立體觀測體系，能夠對我國沿海200海里範圍內的經濟專屬區海域，進行全天候無遺漏的實時監視，任何違反我國法律的海洋活動和行為如非法勘探、非法排污等，都將在第一時間通過無縫高速網路系統傳回我國海監指揮中心，以便及時形成維權的決策，並以最快的速度調集海監執法飛機和船隻趕到維權地點，確保國家的海洋權益不受侵犯。

開發海洋

海洋是人類賴以生存的第二疆土，因此，以獲取和控制資源為目標的海洋開發歷來是沿海各國的重點發展戰略。傳統意義上的海洋資源僅包括航行、捕魚、製鹽。隨著社會發展和大量先進的科學手段在海洋活動中的套用，現在一般認為的海洋資源則包括旅遊、可再生能源、油氣、漁業、港口和海水六大類。在人類對石油、天然氣等不可再生資源的需求越來越大的情況下，海底石油、天然氣成了海洋資源爭奪的重點。由此可見，海洋開發的演進與科學技術的進步是密不可分的，海洋開發的程度受制於對海洋的認識程度，而對海洋的認識程度又取決於所採用的工具與手段。數字海洋強大的信息集成和綜合展示功能，為每一個海洋開發項目提供了大範圍、精確的海洋環境數據。同時，利用格線、超算等信息技術，將項目的需求、效益、成本以及對周邊海域的影響等進行綜合，向決策者展示最佳方案。數字海洋為人類真正走出海洋開發的盲目性，提供了可靠的基礎保障，是可持續開發利用海洋的前提。

戰略目標

基本簡介

確立數字海洋的戰略目標時要站在國家的高度，並面向未來相當一段時期內海洋事業的發展。選擇目標必須建立在三個原則基礎之上。一是建設內容以服務我國未來10年到20年的海洋發展戰略為主，在海洋經濟發展上立足能源、生物、旅遊等新興海洋產業，範圍要由近海向遠洋發展；在環境保護和災害防範上要實現由被動向主動轉變、預報向預警轉變；在國防安全上，要達到對海上威脅的早期預警和對300萬公里2海洋國土的無縫監視。二是技術與設備選擇上既要注重安全性與可靠性，又必須大量採用先進的甚至是帶有實驗性的技術，因為數字海洋本身就是一個海洋先進科技裝備的開發平台。三是鑒於數字海洋是一個戰略性的海洋基礎型工程，所需資源必須得到保證。

我國建設數字海洋的目標主要為五個方面。第一是實現覆蓋300萬公里2海洋立體觀測體系，確保獲取我國安全與經濟所需的全球海洋綜合信息數據；建設完備的基礎與專題資料庫體系，達到對海洋安全、經濟、科研、格線、綜合、虛擬的套用與服務支撐。第二是推動海洋信息技術自主創新能力和建設能力達到世界一流水平，海洋信息產品力求先進、實用、功能強大，滿足海洋活動中的各方需求。第三是海洋信息安全水平能確保國防安全、海洋經濟、海洋科研方面的信息安全要求。第四是形成完善的海洋信息化發展體制、政策環境和標準規範，實現以海洋信息化建設帶動海洋各項事業的健康發展。第五是用信息化手段和信息化產品，做好各項決策的保障支撐，為海洋可持續開發利用奠定基礎。

我國數字海洋建設的動態

在國家信息化戰略的推動下，我國海洋信息化建設的力度在不斷加強，以數字海洋為目標的各類海洋信息化建設專項和項目，在國家和地方正緊鑼密鼓的展開。自1990年代起，我國沿海省市在地方電子政務建設的帶動下，一批與涉海部門相關的海洋電子政務項目正在建設，有力地促進了沿海海洋管理與海洋經濟的發展，如“海上山東”信息化工程、福建省海洋電子地圖及空間基礎地理信息系統、廣東省的海洋信息化五大工程等。

用信息化帶動工業化是國家信息化戰略的指導思想，因此用信息化來帶動我國海洋事業的現代化是海洋強國的一條基本措施。2003年，在由國務院批准實施的我國近海資源調查專項（908專項）中，確立了建設“中國近海‘數字海洋’信息基礎框架”，這一重大決策也拉開了我國實施數字海洋戰略的序幕。國家海洋局與上海市政府從海洋信息化建設的全局出發，決定在上海共同建設“數字海洋”上海示範區，為我國全面建設數字海洋鋪下了第一塊基石。

建設“數字海洋、生態海洋、安全海洋、和諧海洋”是我國海洋強國戰略的具體目標。在這四個目標中，數字海洋是基礎，是國家安全建設、海洋經濟開發、海洋現代化管理的必要條件。在實施過程中，要充分發揮我國信息產業、海洋裝備製造業等高科技產業的創新能力和生產能力，使數字海洋工程成為我國海洋先進裝備製造能力、海洋科技創新能力、海洋高科技產品的研發能力的強大驅動引擎。在推進數字海洋建設中，要充分考慮我國海洋管理與開發的現狀，以跨部門套用、整合資源、集成建設為原則，成立職權責明確的綜合領導機構來統籌國家數字海洋建設，確保工程效益的最大化、資源利用的最最佳化，以及套用性能的最佳化。

關鍵字

國家海洋局局長孫志輝日前表示，構建“數字海洋”，實現海洋的信息化和“透明化”，不僅為我們深入認識海洋、開發海洋、管理海洋開闢了廣闊的途徑，提供了有效的手段，而且對於未來高科技條件下更好地維護國家海洋權益和安全具有重大而深遠的戰略意義。

近些年來，中國組織實施了一系列重大海洋調查專項，積累了海量的寶貴數據和資料，為加快推進“數字海洋”工程建設創造了良好的條件。

“我們的任務就是要在現有基礎上，充分借鑑國內外信息化建設的經驗，完善建設近海‘數字海洋’信息基礎框架，使我國數字海洋發展的總體規劃與布局達到國際先進水平。”孫志輝說。

908專項通過總驗收

908專項於2004年正式實施，包括近海海洋綜合調查、綜合評價和“數字海洋”信息基礎框架構建三大任務。國家累計投入經費20.59億元，沿海省（區、市）匹配經費近3億元。在專項實施過程中，採用了世界先進的海洋調查儀器設備，動用大小船隻500餘艘，航程200多萬公里，海上作業約2萬天。全國180餘家涉海單位的3萬餘名海洋科技工作者，經過8年多的努力圓滿完成專項確定的各項任務。

2012年10月26日，我國近海海洋綜合調查與評價專項（簡稱908專項）在京通過總驗收。專項圓滿完成了預定任務，基本摸清我國近海海洋環境資源家底，對海洋環境、資源及開發利用與管理等進行了綜合評價，構建了我國“數字海洋”信息基礎框架。全國政協副主席陳宗興出席驗收會並講話，國土資源部黨組成員、國家海洋局局長、908專項領導小組組長劉賜貴作總結講話。

陳宗興指出，發展海洋事業，建設海洋強國，關鍵要在資源、科技、理念三方面打好堅實基礎，908專項在這三方面都有突出的表現。下一步，要加快專項成果的推廣和轉化，科學規劃海洋調查工作，大力推動常態化的海洋調查和“數字海洋”服務工程建設，使海洋調查更好地服務於國家經濟社會發展。劉賜貴表示，國家海洋局將繼續發揮專項成果的作用，把重點放在為經濟社會發展服務，為維護海洋權益服務，為學科建設和科學研究服務，為廣大人民民眾服務上；同時，開展常態化海洋調查，不斷更新和補充重要信息資料。

通過908專項調查與研究，基本摸清了我國近海海洋環境資源家底，更新了我國近海海洋基礎數據和圖件，對海洋環境、資源及開發利用與管理等進行了綜合評價，構建了中國“數字海洋”信息基礎框架，提出了有關我國海洋開發、環境保護和管理政策的系列建議，為國家巨觀決策、海洋經濟建設、海洋管理和海洋安全保障提供了有效的支撐和服務。專項首次獲取我國大陸海岸線長度和海島數量等高精度實測數據，我國大陸海岸線長度為19057公里，海島數量為10312個。專項首次查明了我國海洋能等新興海洋資源分布及開發潛力：除台灣省外，我國近海海洋可再生能源總蘊藏量為15.80億千瓦；我國重要海砂資源區面積約30.3萬平方公里，估算資源量約4749億立方米，已探明具有工業儲量的濱海砂礦產地共91處。此外，專項首次系統地獲得了準同步、全覆蓋的我國近海海洋環境基礎數據；全面摸清了我國近海空間資源的基本狀況及利用前景；全面掌握了我國主要海洋災害的分布、特點、強度及影響；全面深化了近海環境基本特徵及其變化規律的科學認識；系統認識了我國近海海洋生態系統健康狀況和服務價值；系統編撰了一批集中反映我國最新海洋研究成果的系列圖集、專著及大型工具志書等。