李彬 張奇 武潤(rùn)華 趙騰達(dá)

摘?要：現(xiàn)如今，隨著科技的發(fā)展和云時(shí)代的到來(lái)，人們愈發(fā)關(guān)注計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種其他學(xué)科進(jìn)行的融合。自古以來(lái)我國(guó)的海洋經(jīng)濟(jì)就是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)支柱，所以如何系統(tǒng)地、深刻地了解海洋，如何高效地利用海洋的資源一直是我們無(wú)法避開(kāi)的問(wèn)題。其實(shí)在海洋領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)與海洋技術(shù)的關(guān)系也十分密切，計(jì)算機(jī)技術(shù)作為一個(gè)現(xiàn)代化的研究工具使海洋技術(shù)的研究更加準(zhǔn)確、智能。通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，人們對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)將更加深刻。下文我就淺談一下計(jì)算機(jī)技術(shù)在海洋發(fā)展中的一些技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù);傳感器技術(shù);大數(shù)據(jù);可視化;海洋監(jiān)測(cè)

1?現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)信息和對(duì)其高效處理的重要性在各個(gè)領(lǐng)域中日益凸顯，并得到人們的高度重視。比如，自動(dòng)化與嵌入式技術(shù)在自動(dòng)測(cè)量方面的應(yīng)用，配合精確的傳感器和糾錯(cuò)算法使測(cè)量精度大大提高，同時(shí)也減少了人工成本。計(jì)算機(jī)技術(shù)在海洋發(fā)展方向有著廣泛的應(yīng)用，比如，大數(shù)據(jù)與海洋預(yù)報(bào)的相結(jié)合使人們對(duì)海洋的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確，防患于未然。

1.1?數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

數(shù)據(jù)可視化在廣義上來(lái)講它涉及很多種學(xué)科，例如我們所熟知的信息技術(shù)，以及自然科學(xué)、圖形學(xué)、交互設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)分析等。數(shù)據(jù)可視化細(xì)分可具體分為科學(xué)可視化、信息可視化和可視化分析，這三個(gè)領(lǐng)域通常被視為數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的三個(gè)分支。

科學(xué)可視化，它融會(huì)了圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)，隸屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[1]。科學(xué)可視化的作用就是用各種圖形化的方式來(lái)說(shuō)明所獲得的數(shù)據(jù)，使研究人員能夠從中了解數(shù)據(jù)內(nèi)涵、說(shuō)明數(shù)據(jù)和收集數(shù)據(jù)的規(guī)律。

用來(lái)增強(qiáng)人類認(rèn)知的抽象數(shù)據(jù)的交互式視覺(jué)被稱為信息可視化，數(shù)字和非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都是人們所說(shuō)的抽象數(shù)據(jù)，如矢量信息與文本信息。信息可視化與科學(xué)可視化存在數(shù)據(jù)方面有不同的地方，前者所處理的數(shù)據(jù)一般有天然的幾何結(jié)構(gòu)，就比如磁感線等，而后者所處理的數(shù)據(jù)是抽象的。柱狀圖、趨勢(shì)圖、流程圖、樹(shù)狀圖等，這些圖標(biāo)都屬于信息可視化，這些圖表都將抽象的概念轉(zhuǎn)化成為我們可理解的、簡(jiǎn)明的信息。

可視分析學(xué)，它的主要任務(wù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是提供給人們一種舒服的易于接受的新界面形式，這樣就能讓人們通過(guò)這個(gè)界面進(jìn)行分析和推理。它是跟著前兩者的成長(zhǎng)而構(gòu)成的新領(lǐng)域?qū)W科。它將這種交互式視覺(jué)表示和基礎(chǔ)分析的這一過(guò)程結(jié)合，能有效執(zhí)行比較復(fù)雜高級(jí)的推理演算。

可視化實(shí)現(xiàn)流程：在技術(shù)上可視化是十分好理解的，就是將枯燥的數(shù)據(jù)映射到圖表上。例如我們接觸的柱狀圖、趨勢(shì)圖、流程圖等這些都是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)可視化?？梢暬瘜?shí)現(xiàn)流程一般是這樣的，是先對(duì)已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和過(guò)濾，然后轉(zhuǎn)變成通過(guò)視覺(jué)動(dòng)畫(huà)可以表達(dá)的形式，最后渲染成用戶可見(jiàn)的各種圖表等。

1.2?大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)就data?acquisition、data?preprocessing、data?storage和data?analysis[2]這四個(gè)方面組成了我們所說(shuō)的大數(shù)據(jù)技術(shù)，它們也是大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心。大數(shù)據(jù)采集就是指在各種各樣的數(shù)據(jù)來(lái)源中的各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有結(jié)構(gòu)化的，也有非結(jié)構(gòu)化的，都需要分類進(jìn)行處理。大數(shù)據(jù)預(yù)處理是指在數(shù)據(jù)分析之前對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行“清洗、填充、平滑、合并、歸一化、一致性檢驗(yàn)”等一系列操作，旨在提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，為以后的分析打下基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)預(yù)處理就是在正式處理前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)初步的篩選。大體要經(jīng)過(guò)去掉異常數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)集成，然后特征工程等一系列的操作。大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)就是字面意思，對(duì)預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠存儲(chǔ)[3]。

（1）數(shù)據(jù)采集和傳輸層。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。

（3）數(shù)據(jù)分析層。

（4）OLAP引擎。

（5）資源管理層。

（6）工作流調(diào)度器。

1.3?傳感器技術(shù)

傳感器（Sensor）是一種生活中非常常見(jiàn)的卻又很重要的器件，它是感受規(guī)定的被測(cè)量的各種指標(biāo)并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的精確裝置?，F(xiàn)在傳感器技術(shù)被用在生活的方方面面，因?yàn)樗粌H體積小而且測(cè)量準(zhǔn)確。傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)還有通信技術(shù)，它們?nèi)齻€(gè)被稱為信息技術(shù)的三大支柱[4]。傳感器技術(shù)而且還能和很多其他計(jì)算機(jī)技術(shù)融會(huì)貫通，傳感器的應(yīng)用范圍十分廣闊。

2?計(jì)算機(jī)在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

2.1?數(shù)據(jù)可視化在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

人類通過(guò)操縱視覺(jué)獲得的信息量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其他器官。人的眼睛有很強(qiáng)的模式識(shí)別能力，它就相當(dāng)于一對(duì)傳輸量巨大的中央處理器。人類對(duì)圖像的敏感度大于文本，大量的視覺(jué)信息在人們的潛意識(shí)階段就已經(jīng)被預(yù)處理完成，人的圖像處理能力大約是文本處理能力的6倍，所以說(shuō)海洋數(shù)據(jù)的可視化十分重要。人的感知50%的功能是用于感知方面的處理，所以人類通過(guò)視覺(jué)來(lái)獲取外界信息比文本等其他形式獲取信息的方式更好。數(shù)據(jù)可視化正式運(yùn)用了人類與生俱來(lái)的這一特點(diǎn)，來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和組織效率。一些日常用到的基本統(tǒng)計(jì)方法，比如求平均值、求中位數(shù)等不符合人類的認(rèn)知天性。可視化可以幫助我們深刻地理解數(shù)據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)看數(shù)據(jù)的話一般很難看出規(guī)律，但是通過(guò)可視化技術(shù)展示出來(lái)，其中蘊(yùn)含的規(guī)律就非常清楚了。可視化還能增強(qiáng)人的記憶力和對(duì)規(guī)律的敏感度，所謂的一個(gè)圖就抵得上千言萬(wàn)語(yǔ)了。海洋數(shù)據(jù)對(duì)人類來(lái)說(shuō)十分重要，可視化智慧大屏等都是迫切需要，一旦數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)可視化，對(duì)于專家的研究乃至對(duì)未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)都具有重大意義。

2.2?大數(shù)據(jù)技術(shù)在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

隨著3S等技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)日前已經(jīng)形成了全方位的海洋監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)，包括空中檢測(cè)平臺(tái)、地面檢測(cè)平臺(tái)、海面檢測(cè)平臺(tái)、海底檢測(cè)平臺(tái)等。其中空中檢測(cè)平臺(tái)包括衛(wèi)星遙感、航空氣象氣球等。地面和海面設(shè)置有臺(tái)站和浮標(biāo)等裝置。檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，使得海洋數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)暴增。有這么數(shù)據(jù)就為大數(shù)據(jù)的分析奠定了基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)為海洋發(fā)展過(guò)程中帶來(lái)了諸多的優(yōu)勢(shì)：它能增強(qiáng)海洋數(shù)據(jù)的計(jì)算能力，更快也更加省時(shí)省力;它增強(qiáng)了各種海洋數(shù)據(jù)融合處理檢索能力，大大地提高了數(shù)據(jù)處理類工作的效率;它也擴(kuò)展了海洋數(shù)據(jù)分析的挖掘模型，依托于海量的數(shù)據(jù)使得模型更加精確;它增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的多角度被人類認(rèn)知能力，提高了數(shù)據(jù)的可讀程度;大數(shù)據(jù)還為海洋預(yù)測(cè)提供了數(shù)據(jù)方面支持，基于大數(shù)據(jù)的海洋預(yù)測(cè)越來(lái)越被廣泛應(yīng)用。目前大數(shù)據(jù)技術(shù)在管理執(zhí)法、船位監(jiān)控、應(yīng)急管理、災(zāi)害預(yù)警、生態(tài)評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用。

2.3?傳感器技術(shù)在海洋發(fā)展中的應(yīng)用

傳感器簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將各種被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種精密裝置，它被應(yīng)用于各種檢測(cè)場(chǎng)景下。傳感器的應(yīng)用范圍十分廣闊，在海洋技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用[5]。

各種水質(zhì)傳感器在海洋檢測(cè)中應(yīng)用廣泛，并且發(fā)揮著舉足輕重的作用。我們?cè)诳茖W(xué)研究中，需要檢測(cè)的各種水質(zhì)參數(shù)是十分多的，數(shù)據(jù)量也十分龐大。若是只依托人工來(lái)舉行監(jiān)測(cè)分析，必要耗損大量的人力物力。影響海水中水生生物的因素也很多，例如水的溫度、水中含氧量，以及水中其他各種微量元素的含量。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，我們完全可以用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)控，我們可以利用溫度傳感器探頭來(lái)監(jiān)控水的溫度，pH計(jì)探頭來(lái)監(jiān)控水的pH值，溶解氧傳感器探頭來(lái)檢測(cè)水中氧氣的含量，只需要安裝各種傳感探頭就可以獲得數(shù)據(jù)。這樣需要的人力資源不僅小了，而且它的精密程度在一定程度上也有提升。傳感器技術(shù)也可以和其他技術(shù)相結(jié)合，自動(dòng)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以和傳感器技術(shù)深度融合形成全自動(dòng)海洋水體檢測(cè)系統(tǒng)，加入大數(shù)據(jù)分析還能對(duì)未來(lái)的狀況進(jìn)行一定程度的預(yù)測(cè)。而且在人類到達(dá)不了的遠(yuǎn)?；蛘吆Ｑ笊钐庍M(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳感器技術(shù)無(wú)疑是人類的得力工具。人們還能根據(jù)自己的想法和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)自主的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這樣能及時(shí)對(duì)突發(fā)狀況做出預(yù)警，有效減少人工成本，實(shí)現(xiàn)海洋水體檢測(cè)的全稱自動(dòng)化。

隨著現(xiàn)代科計(jì)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在海洋監(jiān)測(cè)方面使用的專用傳感器越來(lái)越多，它們不僅精度非常的高，而且能抵抗它所在的不良環(huán)境。如今還有很多新型的傳感器，比如生物密度傳感器，利用這個(gè)傳感器能幫助我們輕松地獲取我們要觀測(cè)的數(shù)據(jù)。并且因?yàn)樗募皶r(shí)性人們能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，并且對(duì)其進(jìn)行人工干預(yù)或調(diào)節(jié)。在當(dāng)今時(shí)代的海洋監(jiān)測(cè)中，我們用計(jì)算傳感器技術(shù)和其他技術(shù)的深度融合使得現(xiàn)代海洋監(jiān)測(cè)更加自動(dòng)化，也更加智能化。

3?計(jì)算機(jī)在海洋發(fā)展中應(yīng)用的展望

黨的第十八次代表大會(huì)強(qiáng)調(diào)了海洋強(qiáng)大的重大部署，而且海洋經(jīng)濟(jì)從古至今一直是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)。海洋數(shù)據(jù)對(duì)人類來(lái)說(shuō)是十分重要的，一旦數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)可視化，對(duì)于專家的研究乃至對(duì)未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)都具有重大意義。而且隨著人類探索的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在人類到達(dá)不了的遠(yuǎn)海或者海洋深處進(jìn)行監(jiān)測(cè)無(wú)疑是面臨的重大挑戰(zhàn)，此時(shí)傳感器技術(shù)無(wú)疑是人類的得力工具。由于技術(shù)的增長(zhǎng)，我們掌握的海洋數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，這些數(shù)據(jù)都是指導(dǎo)我們認(rèn)識(shí)海洋，保護(hù)海洋，改造海洋的重要依托。未來(lái)的海洋發(fā)展，不論是檢測(cè)還是治理方面與計(jì)算機(jī)的深度融合是必然趨勢(shì)，智能化、精確化也是對(duì)在檢測(cè)海洋中提出的必然需求。我相信不遠(yuǎn)的未來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)一定會(huì)和海洋技術(shù)更加融合，進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在這個(gè)歷史機(jī)遇的時(shí)刻將會(huì)與各個(gè)領(lǐng)域結(jié)合，并大放異彩。

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作者簡(jiǎn)介：李彬（1999—?），男，漢族，河北滄州人，在讀本科生，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究;張奇（2000—?），男，漢族，河北邯鄲人，在讀本科生，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究;武潤(rùn)華（2000—?），男，漢族，河北邢臺(tái)人，在讀本科生，從事海洋科學(xué)研究;趙騰達(dá)（2000—?），男，漢族，河北衡水人，在讀本科生，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究。