基于“科學(xué)”號線上運行管理平臺的我國海洋科學(xué)考察船信息化建設(shè)

姜秋富 尹宏 曾鋼 孔憲才 封婧

摘要：為提高我國海洋科學(xué)考察船運行管理水平，有力支撐海洋科學(xué)研究和海洋強國建設(shè)，文章在概述科考船信息化需求和進展的基礎(chǔ)上，重點分析“科學(xué)”號的信息化建設(shè)實踐，即“科學(xué)”號線上運行管理平臺的設(shè)計和應(yīng)用。研究結(jié)果表明：科考船信息化建設(shè)對于發(fā)揮數(shù)據(jù)作用和促進開放共享的意義重大，我國相關(guān)領(lǐng)域仍較落后;“科學(xué)”號線上運行管理平臺是我國首次建成的科考船運行管理全鏈條線上系統(tǒng)，根據(jù)不同的角色和需求提供不同的服務(wù)，通過創(chuàng)新引入“船時課題”實現(xiàn)核心模塊和評價指標的關(guān)聯(lián)，并成功與中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施共享服務(wù)平臺對接，為我國科考船信息化建設(shè)提供范例。

關(guān)鍵詞：大科學(xué)裝置;開放共享;船時課題;數(shù)據(jù)抽提;海洋裝備

中圖分類號：G203;P7153文獻標志碼：A文章編號：1005-9857（2019）10-0069-04

Informatization Construction of Oceanographic Research Vessel

Based on RV KEXUE Operation & Management Online System

JIANG Qiufu1，YIN Hong1，ZENG Gang2，KONG Xiancai1，F(xiàn)ENG Jing1

（1Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，Qingdao 266071，China;

2Bureau of Facility Support and Budget，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100864，China）

Abstract：In order to support the marine scientific research and the maritime power building，this paper revealed the need and status of informatization construction of research vessel，and further introduced the beneficial attempt of RV KEXUE in management information construction，aiming to improve the operation and management of our oceanographic research vessel.It was concluded that the informatization construction was an important foundation for propelling scientific data sharing and infrastructure opening.RV KEXUE Operation & Management Online System provided an excellent example for our research vessel′s informatization construction.

Key words：Large research infrastructures，Openness and sharing，Ship time item，Data extraction，Marine equipment

0引言

海洋科學(xué)是研究地球海洋的自然現(xiàn)象、性質(zhì)和規(guī)律以及與開發(fā)利用海洋有關(guān)的知識體系，與物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)和大氣學(xué)等學(xué)科緊密相關(guān)，與環(huán)境學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科也有交叉，逐漸發(fā)展成為綜合性很強的科學(xué)體系[1]。海洋科學(xué)的數(shù)據(jù)源主要包括3個類型：①現(xiàn)場觀測考察，依托平臺為海洋科學(xué)考察船和海洋觀測網(wǎng)等;②室內(nèi)實驗分析，依托平臺為精密儀器設(shè)備;③數(shù)值仿真模擬，依托平臺為超級計算機等。

作為海洋科學(xué)的重要數(shù)據(jù)源，科考船在現(xiàn)代海洋觀測體系中具有核心、基礎(chǔ)和不可替代的作用，是獲取海洋信息的直接手段和綜合平臺，集觀測、采樣和新技術(shù)試驗等多功能于一身，同時是其他觀測平臺布放和維護的必要支撐，具有大投資、高風(fēng)險、廣涉獵、多任務(wù)、長積累和大突破等特點。隨著海洋強國建設(shè)的加快推進，我國科考船的設(shè)計和建造已從“跟隨”進入“引領(lǐng)”的黃金期，新建和在建數(shù)量均居世界首位，海洋科學(xué)研究的硬件條件得到極大改善。與此同時，信息化在全球海洋治理體系的重大變革中發(fā)揮舉足輕重的作用，而包括科考船信息化在內(nèi)的我國海洋信息化能力仍不能滿足加快建設(shè)海洋強國的迫切需求。因此，加強對科考船信息化的研究和實踐，具有重要的現(xiàn)實意義。

1科考船信息化的需求和進展

隨著海洋科學(xué)的飛速發(fā)展，海洋科學(xué)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)海量和多源的特點。為更加精準和及時地發(fā)揮海洋科學(xué)數(shù)據(jù)對于發(fā)現(xiàn)新知識、創(chuàng)造新價值和提升新能力的重要作用，成熟可靠的信息化技術(shù)為科考船數(shù)據(jù)接入海洋大數(shù)據(jù)平臺提供有效保障，也是國際海洋觀測大數(shù)據(jù)的構(gòu)建基礎(chǔ)。如：全球海洋觀測系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)化和信息化技術(shù)為依托，統(tǒng)籌科考船、衛(wèi)星、浮標和潛標等多源數(shù)據(jù)，建立科學(xué)需求驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集為基和數(shù)據(jù)應(yīng)用分發(fā)三者關(guān)聯(lián)的框架體系;海洋觀測計劃基于信息化技術(shù)集成超過800套現(xiàn)場觀測儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)，并建立數(shù)據(jù)采集、存儲、加工、管理和分發(fā)全過程的體系和機制。

與此同時，作為各國大力投資建設(shè)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，科考船的運行目標和效率等須接受主管部門的綜合考核和績效評價，而只有開放共享才能充分發(fā)揮裝備優(yōu)勢、開展協(xié)同研究、取得重大成果和體現(xiàn)裝備價值，信息化技術(shù)可為促進科考船的開放共享提供有效的手段和方法[2]。2014年《國務(wù)院關(guān)于國家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器向社會開放的意見》強調(diào)建立統(tǒng)一的共享網(wǎng)絡(luò)平臺，中國科學(xué)院于2015年啟動“中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施共享服務(wù)平臺”建設(shè)，明確“科學(xué)”號和“實驗1”號等開放共享的要求和指標。

國際知名科考船運行管理機構(gòu)在實踐基礎(chǔ)上相繼建立涵蓋科考船運行管理全過程的線上系統(tǒng)。如：美國大學(xué)-國立海洋學(xué)實驗室系統(tǒng)（UNOLS）實現(xiàn)船時申請、航次安排、信息集成、航次跟蹤、設(shè)備管理和媒體宣傳等多方面的信息化;英國國家海洋研究中心（NOC）建立具有船時申請、航次統(tǒng)籌、信息集成以及數(shù)據(jù)提交和共享功能的信息化系統(tǒng)。目前我國科考船運行管理機構(gòu)根據(jù)業(yè)務(wù)需求也建立具有船時和數(shù)據(jù)申請等特定功能的信息化系統(tǒng)，但開放共享進展緩慢，已有信息較分散且多停留在網(wǎng)頁交流的層面，總體不夠全面和系統(tǒng)。

2“科學(xué)”號的信息化建設(shè)

“科學(xué)”號海洋科學(xué)綜合考察船是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，是滿足我國海洋戰(zhàn)略需求、同步國際海洋科學(xué)發(fā)展和提升國家海洋科技實力的重要支撐平臺。為使“科學(xué)”號更好地實現(xiàn)科技目標、促進開放共享和發(fā)揮社會效應(yīng)，中國科學(xué)院分解和細化國家大科學(xué)裝置管理要求，全面梳理“科學(xué)”號運行管理業(yè)務(wù)，在國內(nèi)首次建成可實現(xiàn)船時申請-航次計劃和過程管理-用戶服務(wù)和反饋-簡單統(tǒng)計的全鏈條線上系統(tǒng)，即“科學(xué)”號線上運行管理平臺。該平臺是我國海洋科考船信息化的有益嘗試，可成為海洋大數(shù)據(jù)和云計算等基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)的可接入信息源之一。

21總體架構(gòu)

針對投資方、科學(xué)家、社會公眾和運維組織等不同服務(wù)對象，“科學(xué)”號線上運行管理平臺具有科考船運行管理全鏈條服務(wù)功能，呈現(xiàn)一體化、多維度、多層次和多時序的特點，可實現(xiàn)與中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施共享服務(wù)平臺評價數(shù)據(jù)的抽提對接，滿足國家對大科學(xué)裝置運行管理的要求。此外，為提高客觀性、全面性、及時性、權(quán)威性和共享性，該平臺正搭建數(shù)據(jù)樣品統(tǒng)籌和分發(fā)以及研究成果追蹤等模塊（圖1）。

22建設(shè)內(nèi)容

“科學(xué)”號線上運行管理平臺的建設(shè)過程包括已有線下業(yè)務(wù)歸類、線下業(yè)務(wù)梳理、線下線上業(yè)務(wù)對接、線上系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、線上系統(tǒng)邏輯設(shè)計、線上系統(tǒng)模塊建設(shè)、在線測試和上線運行等環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)為線下業(yè)務(wù)梳理（圖2）。

根據(jù)服務(wù)對象和內(nèi)容的不同，分為對外模塊、對內(nèi)模塊和數(shù)據(jù)抽提服務(wù)接口3個部分。①對外模塊為船時申請人、登船首席科學(xué)家、登船隊長和登船隊員提供服務(wù)，根據(jù)角色設(shè)定提供申請船時、操作賬號、查看航次信息、瀏覽元數(shù)據(jù)、匯報成果、反饋調(diào)查和打印證明等功能;②對內(nèi)模塊為管理員和總負責(zé)人提供服務(wù)，其中對管理員提供管理用戶、管理申請、管理背景課題、管理航次、管理成果、管理調(diào)查反饋、管理運行狀態(tài)、管理統(tǒng)計報表和錄入元數(shù)據(jù)信息等功能，對總負責(zé)人提供各種審批功能;③數(shù)據(jù)抽提服務(wù)接口提供與中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施共享服務(wù)平臺的對接服務(wù)。

每個模塊主要采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，即搭建平臺總體架構(gòu)，列出功能模塊清單的編號、名稱和功能，并確定功能模塊之間的關(guān)系。

23建設(shè)要點

在模塊內(nèi)容需求方面，“科學(xué)”號線上運行管理平臺的船時申請、航次計劃管理、航次執(zhí)行管理和航次反饋等核心模塊的邏輯關(guān)系關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)相互引用，并采用適當(dāng)?shù)母拍顥l目準確串聯(lián)，這是平臺建設(shè)要點之一。目前科研項目管理中較常采用的“背景項目”難以滿足上述要求，原因在于航次支持的某個背景項目通常包括單一或若干作業(yè)內(nèi)容，而某個作業(yè)內(nèi)容也可能支撐單一或若干背景項目的執(zhí)行，背景項目與作業(yè)內(nèi)容之間為“一對一”“一對多”或“多對一”的關(guān)系，關(guān)聯(lián)較不穩(wěn)定。

在數(shù)據(jù)抽提服務(wù)方面，中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施共享服務(wù)平臺的后補助評價指標體系在“科學(xué)”號的運行情況、共享程度、共享成果、用戶評價和管理水平等一級評價指標中明確具體內(nèi)容和評分標準，一級評價指標與任務(wù)完成量、所外用戶任務(wù)量（課題）占比和用戶評價等二級評價指標的邏輯關(guān)系關(guān)聯(lián)，并采用適當(dāng)?shù)母拍顥l目有機聯(lián)系，也是平臺建設(shè)要點之一。目前的背景項目管理也難以全面反映各級評價指標的內(nèi)容要求。

為有效解決上述建設(shè)要點，經(jīng)充分梳理背景項目、航次任務(wù)和評價指標的內(nèi)在關(guān)系，“科學(xué)”號線上運行管理平臺創(chuàng)新性地引入“船時課題”的概念，即在分配航次船時時，根據(jù)背景項目航次的作業(yè)內(nèi)容需求，經(jīng)消化、分解和提煉而出的航次須執(zhí)行的課題。一方面，船時課題上承背景項目需求，下接作業(yè)內(nèi)容安排，在背景項目與作業(yè)內(nèi)容之間建立穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系，進而邏輯清晰地將船時申請、航次計劃管理、航次執(zhí)行管理和航次反饋等核心模塊相互關(guān)聯(lián)，同時確保模塊之間的數(shù)據(jù)引用形成“閉環(huán)”;另一方面，船時課題設(shè)置課題權(quán)重和完成比例等字段，有效地將航次用戶（船時課題負責(zé)人）、任務(wù)完成量、所外用戶任務(wù)量（課題）占比和用戶評價等有機結(jié)合，同時確保評議數(shù)據(jù)的有效提取。

24應(yīng)用效果

“科學(xué)”號線上運行管理平臺作為設(shè)施運行管理類專有系統(tǒng)，自2017年8月正式上線運行。在對外服務(wù)方面，截至目前注冊用戶超過300人，受理和處理船時申請超過78項，匯總用戶反饋超過90項;在對內(nèi)服務(wù)方面，航次計劃、航次執(zhí)行、航次課題和運行狀態(tài)等管理項均在線上完成，提高了辦事效率，降低了管理成本;在數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面，成功與中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施共享服務(wù)平臺對接，相關(guān)評議數(shù)據(jù)實時可查，并實現(xiàn)運行管理計劃、總結(jié)和年報等相關(guān)數(shù)據(jù)和表格的自動統(tǒng)計、生成、保存和查詢。

“科學(xué)”號線上運行管理平臺是我國首次建成的科考船運行管理全鏈條線上系統(tǒng)，主要有4個特點：①系統(tǒng)界面簡潔大方，功能模塊內(nèi)容豐富，涵蓋科考船運行管理的各個環(huán)節(jié);②模塊之間的邏輯關(guān)系清晰，數(shù)據(jù)引用準確，運行管理流程實時可查;③實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程抽提對接，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和利用快速便捷;④建立分權(quán)管理機制，根據(jù)角色和需求設(shè)置功能和權(quán)限，并保持與線下業(yè)務(wù)的一致性。

根據(jù)國家大科學(xué)裝置管理要求，“實驗1”號科考船的運行管理遷移應(yīng)用“科學(xué)”號線上運行管理平臺，新平臺于2018年8月成功上線運行。

3結(jié)語

科考船信息化建設(shè)不僅是海洋信息化發(fā)展的重要組成，而且是海洋強國建設(shè)的重要基礎(chǔ)。未來應(yīng)繼續(xù)充分調(diào)研國外科考船信息化建設(shè)的歷程和經(jīng)驗，立足我國科考船信息化發(fā)展現(xiàn)狀，加強對海洋科學(xué)、科學(xué)數(shù)據(jù)和科考船信息化的深入理解，梳理科考船信息化建設(shè)的要點和難點，支持和鼓勵科考船信息化建設(shè)的有益實踐，全面推進我國科考船信息化建設(shè)。

參考文獻

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