智慧海洋多平台数据管理规范研究

我国未来智慧海洋观测系统将集成多种观测平台，获取全球范围、长时间和准实时的海洋数据。为更加科学而高效地管理数据，文章结合我国智慧海洋发展趋势，分析存在的问题，借鉴相对先进的数据管理规范，为建设智慧海洋国际共享应用平台提供参考。研究结果表明：与观测平台、传感器和通信技术的快速发展相比，我国海洋数据管理的发展十分缓慢，缺乏数据质量控制和存储等规范，严重制约海洋观测数据的有效管理和共享应用，不利于海洋大数据的融合和信息挖掘技术的发展；为各类观测平台制定科学而合理的数据管理规范，对于智慧海洋建设至关重要，亟须尽快组织专业人员成立工作组，落实和保障该项工作的有序开展，从而提升我国在海洋大数据信息处理方面的能力。     

一种精细化的海洋浮标数据质量控制方法

针对海洋浮标数据获取特点及常见数据错情,本文提出了一种精细化的海洋浮标温盐数据质量控制方法。通过范围检验、尖峰检验、莱因达准则等六个步骤实现浮标数据质量控制,其创新性在于有效集成了多种质量检验法,并且研究了一种融合传统尖峰检验与莱因达准则的质量检验新方法;并以中国近海观测研究网络黄、东海站浮标温盐观测数据为例,验证了本方法的有效性和适用性。该方法可广泛用于海洋浮标温盐观测数据的质量控制,识别出长时间序列数据的异常值。经过本方法质控后的浮标观测数据对于海洋科学研究、海洋气象预报、海洋灾害预警以及渔业发展等具有重要意义。     

海洋科学中的数据同化方法--意义、结构与发展现状

卫星观测数据的同化技术已成为海洋动力学研究的一个有效手段。详细讨论了数据同化方法的意义、系统结构及其发展近况，并总结了海洋科学研宄中的应用及发展状况．     

海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用——以温州市和台州市为例

为完善海洋观测体系,提高海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用性,文章以海洋经济较发达和遭受海洋灾害较多的温州市和台州市为例,选取潮位、波浪和水温3个重要海洋观测要素,分析海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用,并提出对策建议。研究结果表明:由于观测时间较短、地理位置特殊和数据代表性不足,海洋观测站的潮位数据未能在台风风暴潮的预报和防灾减灾中有效发挥作用;由于波浪观测仪器布设位置的地形阻挡和观测站少,波浪数据的预报准确性和实际应用不足;个别观测站的水温数据不适用于大面海洋环境和赤潮的预报,且缺少对低温灾害的观测。针对海洋观测数据的实际应用与相关业务脱节的问题,未来应提高观测数据质量、紧密结合当地海洋预报和海洋防灾减灾工作需求、开展重点目标保障预报工作以及加强海洋观测宣传教育。     

面向原位数据的海洋观测客户端软件设计与实现

原位数据在海洋观测过程中具有重要作用。本文针对面向原位数据的海洋观测客户端软件开发复用率低、不同观测平台之间数据通用性差的问题,结合已有的海洋观测软件,利用ActiveX控件开发技术、WebGIS以及WebService技术,提出面向原位数据的海洋观测客户端软件设计模型,通过原型系统验证了模型设计的有效性。该设计模型对于面向原位数据的海洋观测客户端软件的高效率开发具有重要作用。     

海洋技术信息库的研究与实现

在海洋观测系统研究和业务化运行过程中,在获取海洋观测数据的同时,产生了大量的相关技术信息,这些信息包括：海洋观测体系技术信息、海洋观测技术类数据以及海洋观测技术发展动态信息等。文章首先解释了海洋技术信息的内涵及信息来源,进而简要地描述了海洋技术信息库的总体构架和组成,介绍了海洋技术信息库现阶段的工作进展,重点说明了４类技术信息数据库以及两个应用系统的建设情况,最后总结并指出未来的工作方向。     

差分GPS卡尔曼滤波技术

本文介绍了两种型号GPS接收机实时读取观测数据、星历信息的输入码,讨论了海洋DGPS卡尔曼滤波算法及自适应技术,通过实例计算,得出几点有益结论。     

海洋观测仪器的通用技术要求

海洋观测仪器是实施海洋观测活动的基础,其性能影响海洋观测数据的准确性和海洋观测活动的质量。按照不同观测平台对海洋观测标准体系进行分类,梳理了海洋观测要素及其仪器有关的基本参数; 根据海洋观测活动的特点列出了海洋观测仪器的一般技术要求,有助于推进海洋观测仪器应用的标准化工作。 从海洋观测仪器的检定校准和现场比测 2 方面整理了海洋观测数据的质量控制方法,为提高海洋观测数据质量提供支撑。     

海洋观测预报业务多源异构数据与信息集成分析

海洋观测预报数据信息是地方经济建设和社会发展重要基础数据之一,由于其数据源与信息源分布于多个不同网络中,且存储与展示形式各异,一直难以被统一集成和很好地应用。从分析海洋观测预报业务数据源与信息源入手,应用目前成熟的网络技术和数据库技术,对海洋观测预报数据信息集成中的若干问题进行深入研究,从而提出并实践了从网络集成、数据集成、知识集成到应用集成的一整套海洋观测预报数据集成的技术框架和方法体系,继而开展基于多源异构数据与信息集成的海洋观测预报服务系统研究,为海洋观测预报数据信息集成的实践过程提供方法支持。     

人工智能辅助的海洋立体观测与探测

海洋立体观测与探测是获取海洋信息的重要手段,是海洋科学研究、环境保护、经济发展的基础。近年来海洋立体观测网络的快速发展带来了观测数据质量与数量的显著提升,进一步推动了海洋信息处理技术从“模型为主”逐步迈向“数据与模型双驱动”的新范式。在这一过程中,人工智能(AI)与海洋信息的交叉融通发挥了重要作用。从海洋立体观测和探测 2 个方面,讨论经典方法的局限性,回顾 AI 辅助下海洋物理场重建、水下目标检测与水下目标定位的研究新进展,重点阐述 AI 辅助的海洋立体观测与探测研究中亟需解决的关键科学问题及潜在的解决思路,并展望了该领域未来的发展方向。     

嵌入式Linux技术在海洋自动观测系统中的应用研究

随着Linux技术逐步走向成熟，嵌入式Linux技术在海洋自动观测系统中的应用将全面提高海洋观测系统整体性能，降低系统开发成本，进一步推进我国海洋自动观测系统产权自主化的建设。文章就如何研制适用于海洋自动观测系统的嵌入式Linux系统进行了论述。     

国际海洋观测技术发展趋势与中国深海台站建设实践

20世纪80年代以来,海洋观测呈现"多元化、立体化、实时化"的发展趋势,地区和国家的海洋观测系统在关键海域发挥着重要作用。随着技术的发展和理念的创新,区域海洋观测系统被广泛应用并得到不断完善。国际海洋观测台站如英国爱尔兰海区域、美国卡罗来纳州海区和加拿大维多利亚海底实验观测网的多元化观测系统(VENUS)都是值得借鉴的例子,他们把多元化、立体化的实时测量数据与海洋物理、生态和生物化学模式紧密结合起来,实现了海洋环境的可预报性。同时,美国、英德法等国和日本实施的一系列海底观测系统,使海洋观测更加完备化。在这种国际大背景下,我国积极推进的海洋观测研究网络工程中的第一个深海台站——西沙海洋观测研究站在2008年已经建设完成并投入运行,该台站实现了长时效的多参数海洋环境实时监控。西沙观测系统主要包括自动气象站、岛屿外缘坐底式海底和海底边界层观测子系统、生物捕获器、西沙上层海洋环境观测子系统和海洋光学监测子系统等。由于海洋环境结构复杂、工作环境恶劣以及资源缺乏等因素的影响,海洋观测一直是高风险的工作。最后希望通过比较国内外观测系统,中国海洋观测事业能够学习国外先进的思路和技术,自身取得更大进步。     

基于LoRa的海洋多功能信标组网及特性研究

针对目前海洋观测网络通信距离、功耗、复杂度、抗干扰能力、成本之间的矛盾,提出了一种基于LoRa(long range)的海洋多功能信标组网观测系统。通过运用新型的LoRa调制技术,采用星型链路网络对多功能信标进行组网设计,并结合北斗通信,构建了一套覆盖范围广、功耗低,组网简单,抗干扰性强的海洋监测网络系统,能够有效实现近海和远海的全范围覆盖,同时降低了组网的成本。通过对多功能信标的低功耗设计,可有效降低信标功耗,延长了工作周期。通过室内和室外的模拟实验,验证了组网通信的有效性,以及远距离传输数据特性,为信标的升级设计和海洋组网观测打下了基础。     

面向典型海洋现象观测的水下滑翔机应用综述

水下滑翔机是一种浮力驱动的无人水下自治观探测平台, 具有持续性、鲁棒性、自主性等特点, 是构建海洋观测技术体系重要的水下航行器之一。文章从水下滑翔机发展历程、运行方式和专用传感器展开, 基于国内外海洋学文献综述研究, 重点对水下滑翔机在典型海洋现象观测应用方面进行总结。水下滑翔机的运行稳定性、长时续, 观测高分辨率、低成本的特点, 满足了对海洋中尺度涡、内波、湍流、环流/边界流和锋面的长时间、精细化立体观测要求; 鲁棒性、自主性的特点使其能够适应台风过境、地震、原油泄漏前后等紧急恶劣海洋状况的监测; 运行平稳、低噪声的特点使其成为声学监测与探测的良好平台。对比分析国内外的水下滑翔机(组网)应用状况可以发现, 国内水下滑翔机在传感器、数据处理和组网技术方面都需要进一步完善。最后总结并展望了国内外水下滑翔机面向海洋现象观测的应用。     

中国Argo计划:Argo观测和资料应用进展

文章回顾了中国Argo计划已经取得的成果,主要包括中国Argo观测网的建设、浮标技术、数据质量控制及共享等。同时,讨论了Argo数据产品的开发以及数据在海洋、气象和大气研究中的应用,特别是在热带气旋（台风）、海洋环流、中尺度涡、湍流、海水热盐储量与输送、大洋水团,以及海洋、天气/气候业务化预测预报中的应用。最后,文章阐述了中国Argo海洋观测网长期维护和持续发展所面临的挑战和机遇,我们应在印度洋增加浮标数量,同时建立南海Argo区域海洋观测网,促进Argo资料在东南亚和印度洋沿岸国家的应用。     

水下自航式海洋观测平台技术发展研究

水下自航式海洋观测平台是一种新型海洋观测平台，主要用于无人、大范围、长时间水下环境监测，包括物理学参数、海洋地质学和地球物理学参数，海洋化学参数、海洋生物学参数及海洋工程方面的现场接近观测。其特点是：成本低，环境适应性强，可冲破人工潜水极限而进入现场进行接近观测，免除了ROV需要水面支援母船的累赘，减少作业经费，体积小，使用方便，便于布放回收；可根据水声信号摇控或预置程序控制，按要求进行相关项目观测；有自主动力，水下运行时间相对较长，有源噪声低，可进行隐弊观测，正是基于以上的优点，近几年颇得海洋环境监测和海军方面的青睐，本文介绍了国际上水下自动观测平台的发展历史和现状，提出了我国开展研究水下自动观测平台的重要性及研究的面容。     

一种基于波浪能的海洋立体观测系统及应用

随着海洋波浪能发电技术的发展和成熟,其在海洋观测领域的应用受到关注和研究。自主设计并研制了一种集波浪能发电、海表/海底同步观测、实时4G 通信传输、远程无线控制于一体的海洋立体观测系统,于2021 年7 月在珠江口万山岛海域通过锚泊系留方式布放,开展海上波浪能供电和观测应用试验。海试期间连续获取了海底原位观测视频数据,以及海表波浪变化和波浪能发电参数等监测数据,并对波浪能发电电流、电压和功率进行了统计分析,讨论了波浪能发电水平受波浪变化的影响,分析了两者之间的相关性。试验结果表明：利用波浪能供电的海洋观测系统具备连续、长周期、全天候观测的优势和潜力,源源不断的波浪能可保障海洋观测系统的稳定观测和数据可靠传输,实现了海洋观测系统长期独立运行所需的绿色高效供能,验证了波浪能在海洋观测领域应用的可行性和先进性。     

基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统的设计与研发

北斗一代和北斗二代短报文每次通信数据长度只有78个字节，每次通信后间隔60秒或者300秒才能进行下一次通信，远远满足不了海洋观测实时通信的需求。设计了一套基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统，北斗多卡机作为数据发送端，采用哈夫曼压缩算法将观测数据压缩后分成多个数据包，通过多个北斗卡分别发送，岸站接收系统接收到分包的数据后，将接收的数据包解压缩并整合成完整的观测数据。哈夫曼压缩算法将观测数据压缩50%左右，将1组观测数据压缩后发送3次，通过岸上3个月和海上1个月的测试，观测数据接收成功率达到了96%以上，验证了基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统的可行性和实用性。     

三锚式浮标综合观测平台的研究和应用

在我国近海海域渔业活动频繁的情况下,为实现具有实时、连续、长期和稳定特征的近海海洋水体剖面观测,满足海洋科学研究对剖面水体数据的需求,通过借鉴目前我国近海广泛使用的10 m大型综合观测浮标的优点,在结构和稳性方面进一步优化,设计完成直径15 m的三锚式浮标综合观测平台,该平台通过在浮标中间预留中央透水井,使用绞车上下驱动多参数观测设备实现水体剖面的实时、连续、长期和稳定观测,并通过三锚式锚泊方式有效避免了剖面观测设备与固定锚系的缠绕问题,同时还具有智能判断、远程监控等功能,是一种新型的近海水体剖面观测平台。经过在我国东海海域一年的试验性观测表明,三锚式浮标综合观测平台整体运行效果良好,取得大量的水体剖面观测数据,在我国近海具有广泛的适用性。     

现场波浪观测技术发展和应用

介绍与海洋工程有关的应用于水下、水面、水上和太空不同空间位置的现场波浪观测技术。根据不同仪器量测的基本原理,分析其对工程应用的适合性和局限性;并讨论了现场波浪观测的发展趋势以及我国应采取的对策。