賴粵龍 李 凱 傅雨佳

（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海 200011）

0 引言

自20 世紀(jì)20 年代開始，隨著人類對海洋的探索與開發(fā)，出于不同需求與目的，人們結(jié)合更先進(jìn)的技術(shù)，賦予了浮標(biāo)越來越多傳統(tǒng)使用方式以外的功能。目前，已有多個國家或組織已經(jīng)形成了功能多樣化的系列成熟產(chǎn)品，并建立了自己的浮標(biāo)體系，如隸屬于美國國家海洋和大氣管理局的國家資料浮標(biāo)中心、由世界氣象組織與聯(lián)合國教科文組織下屬的政府間海洋學(xué)委員會聯(lián)合成立的資料浮標(biāo)合作組，以及包括美國、英國、德國和法國在內(nèi)的由多個國家共同推進(jìn)的Argo 計(jì)劃等[1]。目前各個國家或組織的浮標(biāo)體系在全球海洋廣泛部署，為人類的海洋探索與開發(fā)提供了海量數(shù)據(jù)。

為了更好地探索、開發(fā)海洋以及維護(hù)國家海洋主權(quán)，本文提出建立1 套智能浮標(biāo)體系的設(shè)想，既可以作為公共基礎(chǔ)設(shè)施、用于滿足人們對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)日益增長的需求，又能作為海疆的前沿哨所、承擔(dān)起維護(hù)國家海洋安全的使命。

1 海上浮標(biāo)智能化需求

海上浮標(biāo)是以錨定在海上的觀測浮標(biāo)為主體組成的海洋水文水質(zhì)氣象自動觀測站，可以收集海洋的各種氣象水文數(shù)據(jù)，同時兼顧航標(biāo)功能。目前海上浮標(biāo)的通信方式主要是全球移動通信系統(tǒng)傳輸、無線電傳輸及衛(wèi)星傳輸?shù)葻o線通信方式，存在傳輸速率低、受天氣影響大以及成本高等缺點(diǎn)。隨著海洋的不斷開發(fā)以及中國海軍的不斷建設(shè)，傳統(tǒng)的海上浮標(biāo)已經(jīng)無法滿足軍事和民事對海洋數(shù)據(jù)信息逐漸增長的需求。

我國擁有近300 萬km2的領(lǐng)海，廣袤的海域蘊(yùn)藏著豐富資源。隨著海洋開發(fā)利用的不斷深入，人們在海洋活動過程中的信息化、智能化需求也日益增長，而海洋惡劣復(fù)雜的環(huán)境已成為人類海洋活動信息化、智能化的阻礙。為滿足人們在海洋活動過程中對通信、導(dǎo)航和水文氣象等通用服務(wù)、海洋科學(xué)研究，以及維護(hù)國家海洋主權(quán)的信息化與智能化的需求，本文提出了基于海底光纜技術(shù)、海上浮標(biāo)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能浮標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)想。

2 智能浮標(biāo)體系架構(gòu)

智能浮標(biāo)系統(tǒng)旨在構(gòu)造1 個覆蓋特定海域的觀測預(yù)警、提供各類海洋活動服務(wù)的體系。相較于傳統(tǒng)的浮標(biāo)，在整體上，它是1 套能采集、傳輸、感知與計(jì)算存儲海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，并能夠指導(dǎo)海上作業(yè)的智能體系；在個體上，智能浮標(biāo)具備更多的觀測手段與更高的信息傳輸性能，同時具備一定的邊緣計(jì)算能力。

依托于海底光纜的有線傳輸，以及短波、超短波、衛(wèi)星通信等無線通信手段，并且利用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將智能浮標(biāo)進(jìn)行聯(lián)通組網(wǎng)，使分布式的浮標(biāo)構(gòu)建成為1 套智能體系：平時可以作為提供民用服務(wù)的海上氣象水文數(shù)據(jù)的觀測系統(tǒng)，戰(zhàn)時可以作為軍事用途的前沿哨所。通過軍民結(jié)合的方式，有效提高海上指揮浮標(biāo)體系的利用率。

2.1 智能浮標(biāo)系統(tǒng)裝備體系

本文對智能浮標(biāo)系統(tǒng)裝備體系的設(shè)想如圖1 所示。

圖1 智能浮標(biāo)系統(tǒng)裝備體系示意圖

在各級的節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)上安裝感知設(shè)備，獲取海洋情報(bào)：次級節(jié)點(diǎn)通過有線或無線方式傳輸數(shù)據(jù)至中心節(jié)點(diǎn)；中心節(jié)點(diǎn)通過有線方式傳輸至數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心再將收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為服務(wù)信息，響應(yīng)來自于岸基或船平臺上服務(wù)終端的請求。這樣的海洋網(wǎng)絡(luò)就可以為來往船舶（甚至無人設(shè)備）提供數(shù)據(jù)、視頻、音頻和報(bào)文等服務(wù)，或是將海洋的情報(bào)傳輸至岸上、艦上的數(shù)據(jù)中心，為民事和軍事用途提供情報(bào)支撐。

2.1.1 邊緣節(jié)點(diǎn)

邊緣節(jié)點(diǎn)相較于系統(tǒng)內(nèi)的其他部分，具有體積最小、數(shù)量最多、分布最廣和功能基礎(chǔ)等特點(diǎn)，同時具備一定的邊緣計(jì)算能力。為了方便將數(shù)據(jù)匯聚到中心節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)，邊緣節(jié)點(diǎn)一般要圍繞中心節(jié)點(diǎn)布置。它應(yīng)當(dāng)相對固定地錨定在海域的某點(diǎn)，這樣的節(jié)點(diǎn)才能穩(wěn)定地采集海洋數(shù)據(jù)，向船平臺提供穩(wěn)定的服務(wù)。

首先，邊緣節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)是收集海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的觀測站。其可以將水文氣象、溫度、濕度和鹽度等環(huán)境數(shù)據(jù)探測設(shè)備，通過規(guī)劃調(diào)配，合理地分配到某片海域的邊緣節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)上進(jìn)行裝配。

其次，邊緣節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)是智能浮標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)基站。其將自身收集的數(shù)據(jù)與船舶平臺服務(wù)終端發(fā)來的請求數(shù)據(jù)向上一層級傳輸，將上一層級發(fā)來的控制命令或服務(wù)信息傳輸至各終端設(shè)備（包括裝配在浮標(biāo)上本身的探測設(shè)備以及接入智能浮標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的船舶平臺服務(wù)終端）。

2.1.2 中心節(jié)點(diǎn)

除了在邊緣節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)上裝配的設(shè)備，中心節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)上應(yīng)當(dāng)裝配功能更多、范圍更廣的探測設(shè)備。相較于邊緣節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)體積更大、數(shù)量更少、功能更強(qiáng)且計(jì)算能力更強(qiáng)。中心節(jié)點(diǎn)同時也需要具備相對于邊緣節(jié)點(diǎn)更高的穩(wěn)定性，可以依靠海上的島、礁建設(shè)，因地制宜布置；能將邊緣節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)收集的數(shù)據(jù)向上一層傳輸，將控制命令或服務(wù)信息向邊緣節(jié)點(diǎn)傳輸。智能浮標(biāo)平臺構(gòu)想如圖2 所示。

圖2 智能浮標(biāo)概念圖

2.1.3 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心分為收發(fā)中心與管理中心兩部分。前者主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一收發(fā)，由若干數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)備組成；后者主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的使用、存儲和管理，由若干數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)計(jì)算設(shè)備和系統(tǒng)管理設(shè)備組成。數(shù)據(jù)中心相當(dāng)于整個系統(tǒng)的大腦，它匯集著來自整個智能浮標(biāo)系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行不間斷的計(jì)算并存儲操作形成各種服務(wù)信息，最后根據(jù)用戶的服務(wù)請求，通過網(wǎng)絡(luò)將這些信息傳輸?shù)椒?wù)終端。數(shù)據(jù)中心作為整個系統(tǒng)的核心，具備匯聚數(shù)據(jù)、計(jì)算存儲和響應(yīng)服務(wù)等作用，因此應(yīng)當(dāng)具備強(qiáng)大的信息交互與信息處理能力。

數(shù)據(jù)中心的硬件設(shè)施，應(yīng)當(dāng)根據(jù)整個系統(tǒng)的覆蓋規(guī)模合理地進(jìn)行建設(shè)。王進(jìn)等[2]介紹了目前已經(jīng)開始施工安裝的海底數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目。本系統(tǒng)的收發(fā)中心機(jī)柜等設(shè)備以及數(shù)據(jù)中心計(jì)算設(shè)備、存儲設(shè)備等可布置安裝于類似的海底數(shù)據(jù)中心，以解決大量機(jī)柜的冷卻散熱問題，減少能源消耗。將管理中心建設(shè)于沿海地區(qū)的陸地上，可實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理與監(jiān)控。

2.1.4 服務(wù)終端

服務(wù)終端是直接面向用戶的窗口。用戶方通過服務(wù)終端向數(shù)據(jù)中心發(fā)起請求，請求信息上傳至數(shù)據(jù)中心的管理中心，再由管理中心響應(yīng)請求，并將服務(wù)信息下傳回服務(wù)終端；服務(wù)終端接收來自數(shù)據(jù)中心的服務(wù)信息后，通過合理的形式（如聲音、畫面和圖表等）展示出來。

服務(wù)終端根據(jù)使用環(huán)境的不同，可以分為海上與陸上2 種情況，根據(jù)不同的應(yīng)用場景開發(fā)不同的終端設(shè)備與應(yīng)用軟件，同時為注冊在系統(tǒng)內(nèi)的用戶形成用戶數(shù)據(jù)庫并分配不同的權(quán)限。它應(yīng)當(dāng)具備便于安裝、維修、更新，以及用戶界面人性化、用戶軟件標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用場景多樣化等特點(diǎn)。

從邊緣節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)中心，再到服務(wù)終端，整個過程形成原始信息采集、傳輸匯聚、計(jì)算存儲、需求提交、服務(wù)提供的閉環(huán)。

2.1.5 承載網(wǎng)絡(luò)

承載網(wǎng)絡(luò)是信息流通的高速通道，基于大規(guī)模的海底光纜鋪設(shè)與成熟的短波、超短波、衛(wèi)星通信等有線、無線通信手段，利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備和無線接入設(shè)備等，將分布式的邊緣節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)中心和服務(wù)終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，保證數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定與安全地傳輸。高建文等[3]構(gòu)想的一體化海洋通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，設(shè)想了1 套“三層兩系統(tǒng)”的技術(shù)體系網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架（“三層”指多元接入層、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)層、協(xié)同服務(wù)層，“兩系統(tǒng)”指運(yùn)維管控系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)），通過多網(wǎng)系融合、多平臺資源統(tǒng)籌，擬實(shí)現(xiàn)一體化海洋通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

目前網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)愈發(fā)成熟完善，網(wǎng)絡(luò)能承載的數(shù)據(jù)流量日益增長，網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備性能、環(huán)境適應(yīng)能力也不斷提升。運(yùn)用于陸地上的互聯(lián)網(wǎng)已運(yùn)行了數(shù)十年，帶來了生產(chǎn)和生活的革命。將這樣的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適應(yīng)海洋環(huán)境的改造，提升設(shè)備的防水、防腐蝕和防浪涌等環(huán)境適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)承載智能浮標(biāo)的構(gòu)想。

2.2 智能浮標(biāo)技術(shù)架構(gòu)

從技術(shù)能力的角度分析，指揮浮標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下層級：感知層、傳輸層、計(jì)算存儲層和服務(wù)層。如果將整個體系比作人身體的神經(jīng)系統(tǒng)，那么感知層即相當(dāng)于各種感受器，傳輸層相當(dāng)于輸入神經(jīng)與輸出神經(jīng)，計(jì)算存儲層類似神經(jīng)中樞，服務(wù)層則相當(dāng)于效應(yīng)器。每一層都應(yīng)當(dāng)擁有相應(yīng)的硬件與軟件，用以支撐起本層應(yīng)當(dāng)具有的能力。智能浮標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)示意見圖3。

2.2.1 感知層

作為系統(tǒng)的最底層，感知層是整個智能浮標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它應(yīng)當(dāng)具備自然環(huán)境感知、非自然環(huán)境感知以及自身感知這3 種感知能力。

2.2.1.1 自然環(huán)境感知

自然環(huán)境感知分為水上感知部分與水下感知部分，利用氣象儀、氣象雷達(dá)、電磁場探測儀和溫濕度計(jì)等成熟傳感器設(shè)備，以海洋智能浮標(biāo)為依托，采集包括但不限于水文氣象、電磁環(huán)境、溫度、濕度和鹽度在內(nèi)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對海洋自然環(huán)境的感知。水上部分探測風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、能見度和電磁環(huán)境等因素，水下部分探測波浪、洋流等。以下列舉一些常用的自然環(huán)境傳感器并簡單解釋其原理：

（1）風(fēng)速風(fēng)向感知

采用風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器。風(fēng)力帶動傳感器轉(zhuǎn)動，風(fēng)速不同導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不同，利用霍爾元器件產(chǎn)生的脈沖，計(jì)算出相應(yīng)風(fēng)速并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即可感知風(fēng)速；利用格雷碼盤作為基礎(chǔ)元件，采用特殊編碼方式，以光電信號轉(zhuǎn)換原理，將風(fēng)向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。某個點(diǎn)位的風(fēng)速風(fēng)向信息一般在幾個字節(jié)到幾十個字節(jié)之間，將其轉(zhuǎn)換為IP 報(bào)文進(jìn)行有線或無線傳輸占用帶寬極小。

（2）溫濕度感知

采用熱敏電阻（如鉑電阻、鎳電阻和銅電阻）。該電阻阻值隨溫度變化而變化，恒定電壓加載于電阻時，可通過測定電流感知計(jì)算出環(huán)境氣溫，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；采用濕敏電容或濕敏電阻，傳感器的電容值或電阻值隨相對濕度變化而變化，根據(jù)對應(yīng)的電容值或電阻值計(jì)算對應(yīng)的濕度，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。某個點(diǎn)位的溫濕度信息一般在幾個字節(jié)到幾十個字節(jié)之間，利用有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸時占用極小的帶寬資源。

（3）波浪、洋流感知

利用加速度傳感器。加速度傳感器隨波浪的起伏輸出加速度變化的信號，通過積分運(yùn)算即可計(jì)算出波浪起伏的方向與高度，進(jìn)而推算波浪的周期，將波浪的周期、高度和方向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；基于多普勒效應(yīng)，利用海流剖面儀向海水中發(fā)射聲波信號，即可測定不同層次洋流的流速流向。某個點(diǎn)位的波浪、洋流信息一般在幾十個字節(jié)到幾百個字節(jié)之間，利用有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸時占用極小的帶寬資源。

以上列舉了幾種自然環(huán)境感知的設(shè)備及原理。目前各種環(huán)境數(shù)據(jù)采集的成熟技術(shù)不一而足，本文不再舉例說明。王海濤等[4]將風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度和光照強(qiáng)度等傳感器設(shè)計(jì)為印制電路板（printed circuit board,PCB）共型模式，共用公共的控制單元、電源模塊及其他片上組件。采用類似的設(shè)計(jì)思路，可大大提高感知層集成度，減少空間資源與能源的消耗。

自然環(huán)境的變化通常是緩慢的漸變過程，故而對感知自然環(huán)境的實(shí)時性要求并不高，且該類數(shù)據(jù)信息并不是很大，故可以將數(shù)據(jù)格式進(jìn)行統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。將上述傳感器的一種或多種傳感器裝備于智能浮標(biāo)上，某片海域內(nèi)多個智能浮標(biāo)采集的信息進(jìn)行融合，即可實(shí)現(xiàn)對該海域自然環(huán)境的感知。

2.2.1.2 非自然環(huán)境感知

除自然環(huán)境外，海洋生物、人類活動和人造物等均被認(rèn)為是非自然環(huán)境。通過聲吶、雷達(dá)、光電探測設(shè)備和視頻監(jiān)視設(shè)備等探測儀器，感知水面和水下的目標(biāo)，探測出存在于海洋的生物群落以及人造艦艇所產(chǎn)生的光電與畫面等信息。

對于水面目標(biāo)（如船舶、浮標(biāo)和海上工作平臺等），通?？衫霉怆娫O(shè)備、視頻監(jiān)視設(shè)備和雷達(dá)設(shè)備等進(jìn)行感知。

光電設(shè)備與視頻監(jiān)視設(shè)備利用光學(xué)成像的原理，記錄所探測到海域的畫面，視頻監(jiān)視設(shè)備可記錄可見光頻段的信息。光電設(shè)備除可見光外，還能在黑暗、雨霧的條件下進(jìn)行紅外觀測并兼具激光測距的功能。光電設(shè)備與視頻監(jiān)視設(shè)備雖然能得到清晰的畫面，但是探測距離十分有限，且受環(huán)境影響較大，通常限制在目視距離范圍內(nèi)。

雷達(dá)設(shè)備利用電磁波反射回波的原理對目標(biāo)進(jìn)行探測。雷達(dá)天線發(fā)射電磁波信號，遇到障礙物即產(chǎn)生回波，周期性地向四周進(jìn)行電磁波發(fā)射與接收，即可探測周圍固定或移動的目標(biāo)。雷達(dá)的工作頻段很廣，包含甚高頻（very high frequency,VHF）、超高頻（ultra high frequency,UHF）以及L、S、C 等頻段，根據(jù)工作頻段的不同，其探測范圍也在幾十到幾百n mile 不等。在探測水面目標(biāo)時，可先使用雷達(dá)進(jìn)行探測，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入光學(xué)探測范圍時再進(jìn)行光學(xué)探測，以減少不必要的能源消耗和信息傳輸。

對于水下目標(biāo)（如海洋生物、潛航器等），目前主要的探測手段為聲吶探測，其原理與雷達(dá)類似。由于海水中高頻電磁波衰減極大，兩者不同點(diǎn)在于聲吶利用聲波的反射對水下目標(biāo)進(jìn)行探測。由于不同聲吶工作的頻率、視場角和成像原理不同，其探測范圍、分辨率也不盡相同，通常探測深度在幾十米到幾千米不等。

對于非自然環(huán)境中的船舶與潛航器，除上述探測手段外，還有船舶自動識別系統(tǒng)（automatic identification system,AIS）設(shè)備對船舶進(jìn)行識別區(qū)分，若是軍事船舶，甚至有敵我識別的手段進(jìn)行判別。非自然環(huán)境的感知信息（如監(jiān)視視頻、雷達(dá)目標(biāo)信息等）在幾兆至幾十兆比特之間，數(shù)據(jù)的傳輸將占用一部分的網(wǎng)絡(luò)帶寬，需利用有線手段進(jìn)行傳輸。將上述一種或多種設(shè)備配置于智能浮標(biāo)上，某片海域多個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非自然目標(biāo)的融合，即可實(shí)現(xiàn)對該海域非自然目標(biāo)的感知。

2.2.1.3 自我感知

自我感知是指在海洋上的智能浮標(biāo)平臺，對自身配置設(shè)備、探測范圍、位置信息、運(yùn)動狀態(tài)的感知。通過數(shù)據(jù)中心建立智能浮標(biāo)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，錄入每個浮標(biāo)的配置信息、設(shè)備信息，在智能浮標(biāo)上配置設(shè)備接入監(jiān)測系統(tǒng)并管理浮標(biāo)數(shù)據(jù)庫，即可實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)自身配置設(shè)備和探測范圍的感知。利用北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)智能浮標(biāo)平臺對自身位置信息的感知；利用加速度傳感器，即可實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)自身運(yùn)動狀態(tài)的感知。

智能浮標(biāo)的自我感知所產(chǎn)生的信息一般在幾百到幾千個字節(jié)之間，需定時向數(shù)據(jù)中心發(fā)送更新，可以建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)自我感知數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

分布于海域中的浮標(biāo)，利用各種傳感器采集來自海洋上的各類信息，獲取的海量數(shù)據(jù)將作為系統(tǒng)感知海洋、提供服務(wù)的基礎(chǔ)。本層在具備感知海洋、收集數(shù)據(jù)的同時，應(yīng)當(dāng)保留部分邊緣計(jì)算的能力以支撐一些簡單服務(wù)，如向浮標(biāo)附近的船舶發(fā)送自身坐標(biāo)信息，用以提供導(dǎo)航服務(wù)等。繆新穎[5]提及無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，其中若干條同樣適用于本系統(tǒng)，如節(jié)點(diǎn)小型化、能源有效利用、系統(tǒng)可靠性和傳輸有效性等。除此之外，本文認(rèn)為應(yīng)當(dāng)考慮海洋環(huán)境的特殊性與多樣性，增加生命頑強(qiáng)性、探測多樣性的設(shè)計(jì)原則。

2.2.2 傳輸層

傳輸層是智能浮標(biāo)體系信息流動的依托，根據(jù)信息流動的方向?qū)鬏攲臃譃樯闲袀鬏?、下行傳輸和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥@3 個部分。它應(yīng)當(dāng)具備大容量、高帶寬和低時延的特性，支持海量的數(shù)據(jù)在傳輸層流動。

（1）上行傳輸

即從感知層與服務(wù)層到計(jì)算存儲層的信息傳輸鏈路。感知層與服務(wù)層通過有線或無線的通信方式，將感知的環(huán)境數(shù)據(jù)、服務(wù)的請求數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算存儲層，為計(jì)算存儲層實(shí)現(xiàn)對海洋環(huán)境的感知、海洋作業(yè)服務(wù)信息的形成提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）下行傳輸

即從計(jì)算存儲層到感知層與服務(wù)層的信息傳輸鏈路。計(jì)算存儲層通過有線或無線通信方式，將控制信號傳輸至感知層，控制感知層各傳感單元的工作狀態(tài)，將計(jì)算存儲層處理后形成的服務(wù)數(shù)據(jù)下發(fā)至服務(wù)層，為海上作業(yè)人員提供所需的服務(wù)信息。

（3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

即整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接情況，包含邊緣節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)中心和服務(wù)終端在傳輸層的數(shù)據(jù)流動情況。需要建立有較強(qiáng)抗毀能力、較高冗余度的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性、健壯性和安全性，保證本層數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩⒖煽?、?jīng)濟(jì)。

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，以傳輸方式進(jìn)行區(qū)分，將傳輸層技術(shù)分為有線傳輸與無線傳輸。大批量的數(shù)據(jù)傳輸一般采取光纜傳輸?shù)扔芯€傳輸方式，故而有線傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)作為傳輸層的主要組成部分，是傳輸網(wǎng)絡(luò)的中心；而后，依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備，結(jié)合海底光纜體系，構(gòu)建智能浮標(biāo)傳輸層有線傳輸?shù)闹黧w?？紤]到存在移動式終端或不宜有線接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和傳感器，因此應(yīng)采取WiFi、ZigBee、藍(lán)牙、5G 等無線通信方式將短距離通信設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)中，采取短波通信、超短波通信、衛(wèi)星通信等方式將遠(yuǎn)距離通信設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)中。

傳輸層依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、信息安全技術(shù)等現(xiàn)代通信技術(shù)，連接智能浮標(biāo)系統(tǒng)的邊緣節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)中心和服務(wù)終端，保證上行與下行數(shù)據(jù)在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中高效、高速、安全流通。

2.2.3 計(jì)算存儲層

計(jì)算存儲層是智能浮標(biāo)體系的中樞。它將匯集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理與運(yùn)用，通過各種算法，使獲取的原始數(shù)據(jù)變?yōu)榭捎靡灾胃鞣N需求的服務(wù)信息。計(jì)算存儲層應(yīng)當(dāng)具備通用計(jì)算、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)分析這3 種能力：

（1）通用計(jì)算

作為即時性要求較高服務(wù)的計(jì)算支撐。將感知層獲取的原始數(shù)據(jù)快速解析，根據(jù)需求對解析數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行分類處理，對即時性要求高的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理，用于提供即時性服務(wù)，如某片海域的實(shí)時水文氣象、實(shí)時畫面和即時通信數(shù)據(jù)等。該功能小部分在邊緣節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)（如實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)加密解密、準(zhǔn)入認(rèn)證、入侵感知和預(yù)測維護(hù)等功能），大部分在數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)（如實(shí)現(xiàn)格式化數(shù)據(jù)的整理歸納和應(yīng)用分發(fā)的功能）。

（2）數(shù)據(jù)倉庫

作為即時性要求較低服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。將解析分類的格式化數(shù)據(jù)或其他來源的數(shù)據(jù)按需求存儲起來，根據(jù)不同需求設(shè)置存儲時限，得到1 個可以反映自然環(huán)境、非自然環(huán)境、浮標(biāo)本身和使用用戶的數(shù)據(jù)倉庫，用以支持如海洋科研、氣候分析和生態(tài)分析等需求。采取數(shù)據(jù)庫技術(shù)，并利用計(jì)算機(jī)輔助管理數(shù)據(jù)，便能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效可靠地添加、修改、刪除、處理、分類和理解。

（3）數(shù)據(jù)分析

將通用計(jì)算解析的即時性數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)倉庫存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，通過各種算法便能得到可以指導(dǎo)民事或軍事海上作業(yè)的信息，如判別海洋生物群落種類、跟蹤海上船舶軌跡、進(jìn)行海洋科研等。基于機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等分析識別技術(shù)，高效輔助人員對采集到的海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，融合各類數(shù)據(jù)構(gòu)建海洋自然環(huán)境和非自然環(huán)境的態(tài)勢，形成指導(dǎo)海洋作業(yè)的服務(wù)信息。

計(jì)算存儲層用以支撐指揮浮標(biāo)體系大量數(shù)據(jù)的計(jì)算與存儲，根據(jù)智能浮標(biāo)系統(tǒng)規(guī)模的不同，應(yīng)當(dāng)具備與之對應(yīng)的計(jì)算存儲能力。面向計(jì)算存儲層海量數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲和分析的需求，結(jié)合超算中心建設(shè)的成果，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，支撐數(shù)據(jù)存儲層感知海洋、分析海洋和服務(wù)海洋等能力。

2.2.4 服務(wù)層

服務(wù)層是面向用戶的層級，根據(jù)用戶不同的需求，完成相應(yīng)的服務(wù)。它將計(jì)算存儲層得到的可以滿足用戶需求的信息，根據(jù)不同用戶的權(quán)限與請求，通過聲音、畫面和圖表等形式展現(xiàn)給用戶。本層應(yīng)當(dāng)能提供至少包括通用服務(wù)、科研用途服務(wù)和軍事用途這3 種類型的服務(wù)：

（1）通用服務(wù)

用以滿足通用類的服務(wù)需求。錄入、管理用戶信息，為海上來往的船舶提供如水文氣象、通信、導(dǎo)航和數(shù)據(jù)報(bào)文等服務(wù)，為海上漁民提供作業(yè)指導(dǎo)。

（2）科研用途服務(wù)

用以滿足科研用途的數(shù)據(jù)需求。為科研工作者提供長期的海洋環(huán)境變化數(shù)據(jù)，成為如海洋數(shù)字孿生、數(shù)字海洋等科學(xué)研究的數(shù)據(jù)源。

（3）軍事用途服務(wù)

用于滿足軍事用途的需求。為軍事活動提供如海洋環(huán)境監(jiān)控、不明船舶入侵判別、跟蹤、報(bào)警以及戰(zhàn)時電磁環(huán)境管控、戰(zhàn)場態(tài)勢情報(bào)收集等服務(wù)。

服務(wù)層是面向用戶的層級，也是真正將海量數(shù)據(jù)化為各類服務(wù)的層級，用戶一方應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的接收設(shè)備用以接收本層發(fā)出的服務(wù)信息。采取客戶機(jī)-服務(wù)器（client/server,c/s）或者瀏覽器-服務(wù)器（browser/server,b/s）的服務(wù)架構(gòu)，實(shí)行數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)的形式，根據(jù)用戶需求、角色的不同，賦予用戶不同的數(shù)據(jù)知悉管理權(quán)限，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

智能浮標(biāo)系統(tǒng)的建設(shè)是一項(xiàng)結(jié)合了多種工程技術(shù)、多學(xué)科融合的綜合性工程。為了建設(shè)該系統(tǒng)，需要克服許多技術(shù)難題。以目前的技術(shù)水平，若要實(shí)現(xiàn)該智能浮標(biāo)系統(tǒng)的建設(shè)，需重點(diǎn)突破以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 海上接入海底光纜技術(shù)

長距離的無線傳輸無法滿足傳輸層的技術(shù)要求，而海底光纜技術(shù)的發(fā)展與突破，則為本層的實(shí)現(xiàn)帶來了可能。結(jié)合現(xiàn)有的海底光纜技術(shù)，將浮標(biāo)平臺上的信息設(shè)備接入廣布海底的有線網(wǎng)絡(luò)，能為智能浮標(biāo)系統(tǒng)傳輸層提供海量、高速、穩(wěn)定和低時延的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸支撐。

不過，智能浮標(biāo)系統(tǒng)的建設(shè)，必然涉及到大面積海底光纜的敷設(shè)，海面平臺如何接入海底光纜，該如何保證海底光纜的穩(wěn)定連接與可靠傳輸，都是目前亟待解決的技術(shù)難題。

首先是海面平臺接入海底光纜的技術(shù)。該技術(shù)要考慮到方方面面，如接入交換機(jī)的研究制造、安裝與連接，以及光纜的制造與敷設(shè)等；結(jié)合海洋的惡劣環(huán)境，還要考慮到海底的高壓、低溫、生物環(huán)境復(fù)雜、洋流變化等因素。因此，對接入交換機(jī)與海底光纜在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性與生存能力要求極高。

其次是保證海底光纜本身的安全穩(wěn)定。海洋環(huán)境復(fù)雜惡劣，影響海底光纜的因素有許多：自然因素包括地質(zhì)活動、海底腐蝕、水流激振和海洋生物等；人為因素包括錨害、漁業(yè)活動、工程建設(shè)和蓄意破壞等。在保證海底光纜不被破壞方面，陳宇俊等[6]提出：應(yīng)當(dāng)對海底光纜的路由地址提前進(jìn)行嚴(yán)格勘驗(yàn)，減少自然環(huán)境的影響；同時，落實(shí)宣貫工作，減少人為因素影響。

目前在海洋平臺接入海底光纜的技術(shù)上，仍有很大的探索空間。錢德沛[7]提及了目前的海底光纖光纜技術(shù)、水下中繼技術(shù)與水下分支技術(shù)，其中的光纖光纜技術(shù)已經(jīng)在規(guī)?；褂茫?6 纖對水下中繼器已經(jīng)可以商用，水下分支器技術(shù)也在更新?lián)Q代。

除了上述文獻(xiàn)中提及的技術(shù)外，海上平臺接入技術(shù)目前研究的程度還不夠深，未來尚有很大研究空間。

3.2 智能浮標(biāo)能源供給技術(shù)

在海洋環(huán)境下，智能浮標(biāo)平臺的能源供給是很重要的問題。本文提出以下3 種能源供給的形式：

（1）海底電纜供電

即通過海底電纜進(jìn)行跨洋輸電的技術(shù)。運(yùn)用于智能浮標(biāo)系統(tǒng)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大功率、長距離地供給電力，但存在成本高、損耗大等問題。萬光芬 等[8]介紹的秦皇島曹妃甸岸電示范工程，說明了海上平臺由路基通過海底電纜供電的可行性。

（2）定期更換蓄電池

即通過定期更換浮標(biāo)平臺蓄電池的方式進(jìn)行能源供給。這不僅需消耗許多人力、物力，并且對蓄電池的蓄能、自然損耗和壽命等要求也更高。

（3）自然能源轉(zhuǎn)換

即利用太陽能、風(fēng)能和潮汐能等多種自然能源，實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)化；通過蓄電池新材料、新技術(shù)的運(yùn)用，增加其蓄電能力，減少其自然損耗。不過，這種供能方式在浮標(biāo)平臺設(shè)計(jì)時存在很大的技術(shù)難題。吳明東等[9]提及多種利用波浪能轉(zhuǎn)換為浮標(biāo)使用能源的實(shí)例，海洋中本身也存在著巨大的能源可供我們加以利用。

以上3 種方式都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，若將3 種形式結(jié)合并進(jìn)行綜合性能源供給與規(guī)劃，也不失為1 種可能的方式，但目前也仍有許多工程問題亟需解決，許多技術(shù)問題需要突破。

3.3 智能浮標(biāo)系統(tǒng)的協(xié)同技術(shù)

智能浮標(biāo)系統(tǒng)是設(shè)備體系廣泛分布、成員之間互相協(xié)同的統(tǒng)一系統(tǒng)，如何動態(tài)地保障整個系統(tǒng)高效、節(jié)能、穩(wěn)定運(yùn)作，也是需要解決的問題之一。本文提出以下3 種協(xié)同工作類型：

（1）協(xié)同感知

分布于海洋的浮標(biāo)可用空間小、能源供給有限，單個浮標(biāo)無法裝配太多的探測設(shè)備，且海洋是動態(tài)的環(huán)境系統(tǒng)，各種感知設(shè)備的感知范圍隨著海洋環(huán)境變換而變化。為了全方位完整地實(shí)現(xiàn)海洋的感知，需要多個浮標(biāo)平臺協(xié)同起來，實(shí)現(xiàn)感知層的效率最大化。

（2）協(xié)同服務(wù)

智能浮標(biāo)系統(tǒng)的服務(wù)對象在數(shù)量、空間位置和服務(wù)類型上都是動態(tài)變化的。為了保證服務(wù)的質(zhì)量，需要管理中心、收發(fā)中心和浮標(biāo)平臺等設(shè)備的協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)服務(wù)層的高效。

（3）協(xié)同管理

智能浮標(biāo)系統(tǒng)設(shè)備組成復(fù)雜、分布廣泛，其狀態(tài)也是動態(tài)變化的。為便于系統(tǒng)的更新、維護(hù)和修理，需通過協(xié)同管理，保證系統(tǒng)運(yùn)作的安全穩(wěn)定。

智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)提出的“三層”、“兩域”體系模型同樣適用于本系統(tǒng)，對比張宏科[10]列舉的智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)在電信、高鐵行業(yè)應(yīng)用舉例，本系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)需要考慮到海洋環(huán)境的多變與惡劣。

3.4 智能浮標(biāo)系統(tǒng)的維護(hù)

智能浮標(biāo)系統(tǒng)建設(shè)完成以后，需對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。如何對這個覆蓋面積廣闊、設(shè)備設(shè)施多樣、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，也是一個巨大的 挑戰(zhàn)：首先，應(yīng)當(dāng)制定統(tǒng)一的設(shè)備體系標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)各型設(shè)備進(jìn)行規(guī)劃的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，保證裝備體系的產(chǎn)品質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化，便于后續(xù)的維護(hù)與修理；其次，還需制定相應(yīng)的巡查制度，對海域上智能浮標(biāo)系統(tǒng)的各種設(shè)備進(jìn)行有規(guī)律的巡查，檢查設(shè)備的運(yùn)行情況，防止系統(tǒng)被入侵與破壞，保證整個系統(tǒng)運(yùn)行的通暢與安全；除此之外，還應(yīng)當(dāng)有與智能浮標(biāo)系統(tǒng)維修相關(guān)配套的裝備體系（例如：水面需要有以維修本系統(tǒng)為使命的配套船舶，水下需要有配套潛航器，浮標(biāo)平臺上需要有對應(yīng)的簡單維護(hù)設(shè)備，整個網(wǎng)絡(luò)需要有運(yùn)行維護(hù)的監(jiān)控系統(tǒng)）。

4 智能浮標(biāo)的應(yīng)用構(gòu)想

構(gòu)建起如文中所描述的智能浮標(biāo)系統(tǒng)，將能為海洋探索、開發(fā)，國家的海洋主權(quán)維護(hù)提供前所未有的便利。

4.1 民用服務(wù)

通用服務(wù)是指只要在智能浮標(biāo)系統(tǒng)（包括中心浮標(biāo)與邊緣浮標(biāo)）信號覆蓋范圍內(nèi)，接入到智能浮標(biāo)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，并具備相應(yīng)權(quán)限，就能提供的服務(wù)。

（1）通信服務(wù)

通信服務(wù)包括話音、視頻、數(shù)據(jù)等在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信。船平臺間的通信，可以通過船舶平臺上的服務(wù)終端接入邊緣節(jié)點(diǎn)或中心節(jié)點(diǎn)的接收基站，將通信數(shù)據(jù)上傳到海底與陸地上的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，通過IP 尋址方式，實(shí)現(xiàn)船舶平臺間的高質(zhì)量通信。同理，也可以通過相同方式實(shí)現(xiàn)船舶平臺與陸地之間的通信。若將智能浮標(biāo)網(wǎng)絡(luò)與其他公共網(wǎng)絡(luò)連接，可以大大增加通信服務(wù)的類型。

（2）導(dǎo)航服務(wù)

智能浮標(biāo)應(yīng)當(dāng)大致固定在海域的某點(diǎn)，故而可以根據(jù)浮標(biāo)布設(shè)位置，給浮標(biāo)預(yù)設(shè)大致的經(jīng)緯度，智能浮標(biāo)向接入網(wǎng)絡(luò)的船舶轉(zhuǎn)發(fā)這個經(jīng)緯度，便可起到輔助導(dǎo)航的作用。此外，還可以在某些特定浮標(biāo)上裝配北斗、GPS、GLONASS 等導(dǎo)航設(shè)備，提高導(dǎo)航的精度。

（3）海洋環(huán)境預(yù)報(bào)服務(wù)

智能浮標(biāo)系統(tǒng)可以將探測到的某片海域的水文氣象、溫度、濕度和鹽度等信息發(fā)送至接入網(wǎng)絡(luò)的船舶，提供來自于數(shù)據(jù)中心對該片海域的天氣預(yù)報(bào)信息，或是由智能浮標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)來自于其他途徑的天氣預(yù)報(bào)信息。

（4）海上作業(yè)輔助服務(wù)

根據(jù)智能浮標(biāo)探測到的生物或非生物物體的信息，輔助海上作業(yè)。例如根據(jù)探測到的生物群落活動情況、水文氣象情況，輔助海上魚類養(yǎng)殖與捕撈作業(yè)、海底沉船打撈作業(yè)等。

（5）遇險(xiǎn)救生服務(wù)

智能浮標(biāo)可以通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)船舶發(fā)出的遇險(xiǎn)救生信號，智能浮標(biāo)本身可以作為海上的緊急避難所，常備應(yīng)急的水與食物，裝備遇險(xiǎn)求生的通信設(shè)備，給海上遇難的人員爭取時間。

智能浮標(biāo)體系建立后，在這樣的基礎(chǔ)設(shè)施支撐下，能夠開發(fā)出更多、更好的通用服務(wù)，提供給需要海洋數(shù)據(jù)服務(wù)的組織或個人，便于人們對海洋的利用，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)對海洋活動更好的管理規(guī)劃。

4.2 科學(xué)研究

海洋的科學(xué)研究需要大量的數(shù)據(jù)支持，智能浮標(biāo)系統(tǒng)將收集的海洋數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分類，建立以時間為順序的海洋數(shù)據(jù)庫，可為海洋科學(xué)研究提供基礎(chǔ)的海洋數(shù)據(jù)。

（1）洋流研究

將智能浮標(biāo)系統(tǒng)收集的水文氣象數(shù)據(jù)，提供給海洋科學(xué)研究人員，可以成為長期跟蹤洋流變化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在單日、季度、年度甚至更長時間跨度內(nèi)反映洋流變化，對于研究洋流規(guī)律有極大幫助。

（2）局部氣候研究

智能浮標(biāo)系統(tǒng)收集的溫度、濕度等氣候數(shù)據(jù)，能夠成為科研人員研究海洋氣候的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）海洋生物研究

將聲吶等探測設(shè)備收集到的生物群落信息（如種群大小、活動軌跡等）數(shù)據(jù)記錄存儲到數(shù)據(jù)庫中，提供給海洋生物群落的研究人員，在不同的時間跨度下反映出海洋生物群落的變化規(guī)律。

（4）海洋數(shù)字孿生

各類傳感器、探測器收集到的海洋數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫，可以作為海洋數(shù)字孿生研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

聶婕等[11]對海洋多模態(tài)智能計(jì)算的構(gòu)想與本文所述智能浮標(biāo)系統(tǒng)契合，本文構(gòu)想的智能浮標(biāo)系統(tǒng)架構(gòu)作為海洋感知的依托，為海洋多模態(tài)大數(shù)據(jù)內(nèi)容分析、數(shù)據(jù)和知識協(xié)同的推理決策和演變預(yù)測、海洋多模態(tài)大數(shù)據(jù)的交互分析3 個應(yīng)用場景提供了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。智能浮標(biāo)體系收集到的數(shù)據(jù)建成海洋數(shù)據(jù)庫后，將為海洋科研帶來極大的幫助。除了以上所述的海洋研究外，能運(yùn)用到海洋數(shù)據(jù)庫的場景還有很多。在智能浮標(biāo)系統(tǒng)的支持下，人類對海洋的研究探索也將變得安全、便捷。

4.3 軍事用途

智能浮標(biāo)系統(tǒng)作為一種公共設(shè)施廣布于海洋上，除了在民事方面的運(yùn)用，也可以運(yùn)用于軍事方面。它分布在中國的領(lǐng)海內(nèi)，既是對中國海洋主權(quán)的象征，也可作為海疆防衛(wèi)的軍事前哨。

（1）水面、水下航行器感知識別

作為海洋的軍事前哨，智能浮標(biāo)系統(tǒng)將時刻監(jiān)視著海洋的情況，對來往的水面、水下航行器進(jìn)行感知識別。一般來說，水下的航行器利用聲吶進(jìn)行探測，水面的航行器利用雷達(dá)、視頻監(jiān)控、光學(xué)儀器等設(shè)備進(jìn)行探測。水面上，對接入智能浮標(biāo)系統(tǒng)的船舶，顯示船舶信息，對未接入的船舶以及水下航行器，則記錄其形狀大小、移速和航向等信息，為后續(xù)識別提供參數(shù)。

（2）不明艦艇入侵警告、監(jiān)控

對于感知識別后確定為非法入侵的外國艦艇，利用公頻無線電或聲學(xué)設(shè)備進(jìn)行警告，通過覆蓋海域的浮標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)跟蹤監(jiān)控，并向數(shù)據(jù)中心進(jìn)行告警，通過雷達(dá)、聲吶和視頻監(jiān)視等探測設(shè)備跟蹤顯示入侵艦艇的信息。

（3）戰(zhàn)場態(tài)勢情報(bào)收集

在戰(zhàn)場環(huán)境下，收集來往艦艇的信息，統(tǒng)計(jì)包括形狀、數(shù)量和編隊(duì)情況等在內(nèi)的情報(bào)信息，顯示敵方的畫面信息等，并報(bào)送給我方人員。

（4）戰(zhàn)時電磁環(huán)境管控

在戰(zhàn)場環(huán)境下，檢測海洋的電磁環(huán)境，保障我方人員的通信安全與穩(wěn)定；甚至可以在浮標(biāo)上裝備電磁武器，干擾敵方的電磁信號，為我方創(chuàng)造優(yōu)勢。

智能浮標(biāo)系統(tǒng)可以成為我國海疆國防建設(shè)的重要部分，作為海洋的軍事前哨，實(shí)現(xiàn)對海洋的監(jiān)視、管控，以及對戰(zhàn)時的情報(bào)收集、電磁環(huán)境管控，為我方創(chuàng)造優(yōu)勢。

5 結(jié)語

隨著人們對海洋的探索與開發(fā)需求的增長，海上網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)變得更加必要與迫切，海底光纜技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、能源技術(shù)和超級計(jì)算機(jī)等前沿技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)字海洋、透明海洋等前期的科學(xué)設(shè)想帶來了新的可能與突破。

本文提出的智能浮標(biāo)系統(tǒng)，建立了1 套將陸地上網(wǎng)絡(luò)延伸至海洋的設(shè)想，提出了智能浮標(biāo)的裝備體系與技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)想其應(yīng)用場景，并分析了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。對于文中可能存在的不足與瑕疵，希望后期能在此基礎(chǔ)上不斷完善與創(chuàng)新，從而勾勒并實(shí)現(xiàn)人類開發(fā)海洋、利用海洋的美好愿景。