基于水下環境測量系統的數字化試驗海區建設構想

付德強 成芳 胡迺成

摘 要：依托我部水下環境測量系統，提出數字化試驗海區建設構想。包括建設內容、建設方案等內容。這對于提高試驗效率和決策水平具有重大意義。

關鍵詞：海洋環境；數字化試驗海區；水下環境測量系統

1 數字化試驗海區建設內容

1.1 數字化試驗海區的基本概念

所謂數字化試驗海區，就是指信息化的試驗海域，它包括了試驗海區大部分要素的數字化、智能化、可視化的全過程，是依托各種測量設備，利用地理信息系統（GIS）、衛星遙感（RS）、全球定位系統（GPS）等技術與現代海洋技術相結合，把大量的、多分辨率的、動態的各類海洋信息資源進行整合、集成、分析處理、利用和有效管理，組合形成一個大系統，快速、完整、便捷地為決策者提供全面、多層次的試驗海區海洋環境信息，為試驗的組織實施和結果評定提供強有力的技術支撐。

1.2 數字化試驗海區的建設內容

數字化試驗海區的建設是一個復雜的系統工程，從我部試驗任務對海洋環境的需求考慮，主要建設內容包括數字化試驗海域海洋環境信息基礎平臺、數字化試驗海域原型系統兩大部分。

1.2.1 海洋環境信息基礎平臺

1.2.1.1 數字化試驗海域標準規范的確立

海洋空間信息的來源多種多樣，要把這些數據資料按統一的參考坐標系統、統一的結構組織到數據庫中，應制定數據標準化處理、數據庫建設、數據交換、產品制作等系列規程和規范，以確保有效地開發與利用信息資源和信息技術。

1.2.1.2 試驗海區海洋環境信息的獲取

實現數字化試驗海域的基礎和關鍵是數據。海洋數據反映了海洋基本特征和動態變化，是海洋自然特征的數字化表現形式。隨著數據獲取方法手段的更新，數據獲取的時效性大大提高，數據更新周期已由過去的按年、多年，逐步發展為按日、時，甚至按分鐘計量。海洋數據的快速獲取和更新，將使海洋觀測數據形成海量積累，并逐步實現海洋的數字化，同時也為海洋的數字化表達及利用數字化和虛擬現實的手段還原海洋的真實情境創造了條件，這對靶場更客觀地認識了解海洋現象，探究發現海洋規律等具有重要的意義。

1.2.1.3 海洋環境信息數據倉庫的建設

數據倉庫系統是數字化試驗海域信息基礎平臺的核心，通過數據倉庫系統的建設和運行，實現海洋環境數據的統一高效管理，把分散的、多源的、海量的、內容多樣的、標準不一的各類海洋數據進行處理，為數字化試驗海域原型系統提供多源、多尺度的數據支撐。

數據倉庫由海洋水文、海底底質、海洋基礎地理數據庫等幾大類數據。具備數據查詢檢索、統計分析、數據抽取及更新等功能。

1.2.2 數字化試驗海域原型系統

數字化試驗海域原型系統是指在對大量海洋基礎數據和產品進行整合的基礎上，形成的一個信息集成與可視化顯示基礎平臺。它集成了海洋環境信息基礎平臺的各種數據和海洋計算模式，并基于三維球體模型，利用三維可視化、動態仿真等技術，對這些海洋環境信息進行空間分析和動態、直觀的可視化表達，并可以實現多類信息的綜合查詢。根據我部試驗任務的特點，此原型系統包括基礎信息模塊和海洋環境模塊等三大模塊。

1.2.2.1 基礎信息模塊

可以實現試驗海域海底地形的三維可視化表達與定位查詢。從不同角度對幾大試驗海區的海底地形地貌進行海洋基礎信息的全方位展示。

1.2.2.2 海洋環境模塊

利用統計、再分析、預報等多種類型數據，以單點查詢、過程曲線、顏色梯度填充、三維虛擬仿真等多種形式動態表達溫度、鹽度、密度、聲速、流速流向、波浪等水文要素。

2 數字化試驗海區建設方案

2.1 制定相關的標準規范

依據數字化試驗海域建設的總體要求和頂層設計，開展數字化試驗海域標準的總體設計，確定標準化目標、標準體系框架，編制數字化試驗海域標準化工作指南。分析現有與數字化試驗海域相關的行業標準、國家標準，研究確定擬采用的國際標準和國外相關標準，指定基礎性、關鍵性標準。

2.2 建立數字化試驗海域海洋信息獲取與更新體系

信息獲取與更新體系是數字化試驗海域建設的重要基礎和保持生命力的重要保障。目前，依托我部的水下環境測量系統（包括溫鹽深剖面儀、多普勒流速剖面儀、GPS羅經、側掃聲納、單波束測深儀、風速風向儀、測波雷達等）已初步形成由海底到海面的海洋立體監測數據獲取體系，形成了分布密度合理、監測要素齊全的數據采集體系，為實現海洋數據獲取與更新的實時化、自動化提供了技術支撐。

事實上，海量的海洋信息是數字化試驗海域建設的重要基礎。目前靶場已投入部分資金購置了水下環境測量系統這套海洋環境調查設備，并結合試驗任務和錨訓進行不同時間和不同地點對進行了觀測。但這些有限的數據量遠遠不能滿足數字化試驗海域建設低于海洋信息的大范圍、高精度、時空連續的全面要求。后續應在全面收集、利用各類海洋調查資料的基礎上，加大對海洋環境調查的投入力度，充分利用我部的水下環境測量系統進行海洋環境調查，為建立海洋數據倉庫系統提供強有力的數據支撐。

2.3 研究數字化試驗海域建設的關鍵技術

2.3.1 海洋信息處理技術

由于海洋是流動的水體，并且邊界模糊，導致獲取的海洋數據的誤差和用來描述海洋自然要素屬性或海洋物理性質的數據的復雜性。因此，有必要開展有關海洋數據的資料處理與質量控制技術、海洋特征的信息提取技術以及海洋重構與預測技術等。針對我部水下環境測量系統的設備組成，主要研究溫鹽深剖面儀、多普勒流速剖面儀、GPS羅經、側掃聲納、單波束測深儀、風速風向儀、測波雷達的的信息處理技術。

2.3.2 海洋數據組織與管理技術

隨著測量數據的爆炸性的增長和不斷積累，在海量的數據面前，反而更不容易發現有用的信息和知識。為此，有必要充分利用信息技術的最新研究成果，對海洋數據的組織管理等進行深入的研究。

2.3.3 海洋信息可視化與虛擬現實技術

可視化技術涉及計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計等多個領域，是研究數據表示、數據處理、決策分析等一系列問題的綜合技術。利用此項技術，可以使海洋自然屬性與要素的表達更逼真，更有利于揭示隱藏在大量數據和信息背后的海洋現象和變化規律。

3 結束語

數字化試驗海域建設是一項長期的具有戰略性和前瞻性的系統工程，是當前乃至今后一段時期靶場信息化領域的重要工作。在今后工作中，要在吸收和借鑒國內外相關領域工作經驗的基礎上，結合靶場試驗任務實際，盡快建立數字化試驗海域基礎平臺，建立健全海洋信息更新能力和機制保障，建立權威的海洋信息基礎平臺，搭建逼真的原型系統，探索符合靶場實際的海洋信息化建設模式，使之在為試驗組織實施和結果評定等方面發揮越來越重要的作用。

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作者簡介：付德強（1970-），男，本科，91439部隊第460所工程師，遼寧喀左人，主要研究方向為水中兵器試驗鑒定。