1.3 海洋大数据特征

21世纪既是太空、网络的世纪，也是海洋的世纪。随着现代高新技术的发展，特别是信息技术、感测技术和导航技术的发展，人类对海洋的认识从局部、概略、不精确，逐渐发展到全面、定量、精确。对海洋价值的再认识使得人类的海洋活动更加深入、多样、复杂。海洋大数据呈现出复杂、多维、时变、隐含等特征。

随着人类海洋活动的丰富和深入，海上、陆地、空中、太空的情报数据、传感器数据、全球定位和导航数据、人类活动数据、海洋环境数据、各种军事和非军事的指挥与控制数据呈爆炸式增长，网络数据、舆情/政情信息汹涌而来，显示出海洋大数据特征。同时，随着信息技术的发展，人类的各种海洋活动更多地以数据的形式反映出来，即人类海洋活动数据化，海洋日益数字化。

自古以来，人们认识、改造、利用世界均源于描述和精确刻画世界。从测量物体的线度到测量物体的体积、质量，从描述各种现象到描述事物的属性、特征和行为方式，人类对世界的数据化一直在进行之中。近年来，人类的海洋活动不仅空间不断扩大，而且内容不断拓展，从具体的海洋普查、深海探测、油矿开采到海上巡航、强制隔离、航运保护、武力展示、海上作战……人类的海洋活动遍及开发、应用海洋的各个方面。航运、养殖、观光、考古、资源勘探等各种海洋开发活动，以及应急救援、海上护航、海上作战等军事和非军事行动，将产生各种数据，包括时空环境数据，目标与状态变化数据，风、浪、雷电、大气波导、盐雾、潮汐、杂波、多路径效应等海洋环境特征数据和水文气象数据，兵力/兵器数据，作战平台数据，武器系统和设备状态数据，机场、港口、导弹阵地数据，补给物资数据，指挥与控制数据，弹道导弹攻击数据，火控与导引数据，电磁信号和辐射源数据，情报保障数据，等等。

当人类的海洋活动具有精确化、信息化、定量化的需求时，海洋活动就从重视数量、规模演变为多种力量联合行动和信息联合使用。海洋活动的数据化是充分运用各种感知、测量、描述方法与技术，并以图形、图像、视频、声音、语音、文字、符号等各种形式描述为与海洋活动相关的各类实体数据、行动要素的格式化/非格式化的数据，通过有线网络、无线网络、微波接力通信、数字光纤、对流层散射通信和卫星通信等手段传输数据，采用传感技术、通信技术、计算机技术对所有相关数据进行收集、处理、交换和使用，从而描绘一个与实际的海洋活动一致的画面。

随着信息技术的发展和人类对海洋认识的不断深入，无论海洋资源的开发和利用，还是海上航运、海洋执法、应急救援和海上作战，人类的海洋活动变得越来越数据化。人类海洋活动的数据化，其实质是追求各个环节的智能化，并在广域信息空间的链接下将这些环节有机地互联，从而实现一体化联动。例如，在未来多域体系的作战组织中，各种新型雷达、平台、通信和导航设备、电子对抗频谱、武器系统的控制指令及其他各种光电信息都将构成极为密集且复杂的信号环境，侦察、警戒、监视、跟踪及各种武器系统的制导、搜索、识别、跟踪、射控、各级/各类通信联络、战场管理、系统控制等均需要通过信息技术实现，只有在某个层面或标准上达到共享的态势及对上级和友邻意图的清楚了解，才能快速部署联合行动决策，最大限度地聚焦于广泛分布的兵力和火力，使各级/各类指挥与控制人员、行动人员、保障人员共享数据库，使其获得清晰、准确、适合、需要的海洋环境空间画面及实时的情报数据。在人类海洋活动数据化的过程中，大数据因其突出的作用而开始成为各种海洋活动的宝贵资源。

从物理层面来看，海洋活动的数据化还体现在各种现代化信息系统装备的运行和网络支撑上，如海上侦察系统、情报信息采集系统和天基情报侦察系统。在所有这些系统中，用于提供预警信息和定位数据的预警卫星、通信导航卫星和云计算设备是海洋活动数据化的关键。例如，在2003年的伊拉克战争中，美军的第四机械化步兵师的装甲车、士兵都带有数字化装备，士兵能随时将自身的数据传递给其他士兵和指挥系统，指挥人员也能在指挥所同步看到士兵的准确位置和战场时况。

相对于海洋活动的数据化，数字化海洋就是用二进制编码（0或1）表示海洋现象、海洋活动和海洋规律，即在技术上把模拟信号或模拟数据转换成用0和1表示的二进制编码。海洋是一个包括海岸、水体、海底、岛礁、海峡、水道，以及海面以上天空的泛实体空间，是一个多目标环境，存在各种自然物、人工建造物，数量众多、种类多样。从近海到远洋、从水上到水下、从低纬度到高纬度、从春季到冬季……空间跨度大、属性多样、环境复杂的各种要素丛生，主要包括海洋环境要素和相关实体运动要素两大类。

● 海洋环境要素包括两类：一类是海洋自然环境要素，包括幅员、水深、底质、海流、海水跃层、海岸地理、岛礁分布、海底地形等；另一类是人工环境要素，包括灯塔、航标、钻井平台、港口、沿海机场、观通站、海底电缆、声呐基阵等。

● 相关实体运动要素包括两类：一类是有形的运动实体，包括商用船舶、海军水面舰船、水下潜艇，以及其他各类水面和水下的航行物、海空两栖飞机、飞艇、鱼群等；另一类是各种无形的运动实体，包括声波、光波、电磁波、核辐射等。按照存在的状态，相关实体又可分为固定的实体和变化的实体、静止的实体和运动的实体。

相应的，从水下、海上、空中至太空，数字化海洋的信息主要包括：

● 海洋地理信息：例如，海域和海陆的界限、幅员、深度、海底地形及海洋底质等。

● 海洋物理要素信息：例如，海水的温度、盐度、密度场及声场的分布和变化，海洋重力场及磁力场的分布和变化，海上电磁场的环境和变化，海冰分布及冰情，等等。

● 海洋动力学要素信息：例如，流场、浪场、潮汐与潮流的变化，以及海洋内波的形成与传播情况等。

● 海洋气象要素信息：例如，风场、海面气温、海雾、海面能见度等。

现代信息技术的快速发展，特别是导航技术、海洋遥感技术、海洋探测和监视技术的发展，使数字化海洋成为可能。同时，为了更有效地进行海洋活动，更好地应用和利用海洋，人类也需要更全面、更准确、更深刻地了解海洋。例如，在海上应急救援行动中，准确掌握目标位置、所处环境和状态、危险程度、救援力量等信息是搜救能否做到及时、准确、可靠无误的关键。

数字化海洋实际上是海洋物理域内容的数字化和信息化。其本质是对海洋资源的数字化共享，从而实现信息处理、存储、分发、应用的标准化和智能化，以及人类对海洋及其环境的感知从以前的定性和笼统，逐渐过渡到定量和精确。目前，人类已广泛应用全球海洋观测系统进行立体检测，包括采用卫星遥感技术、浮标监测技术、走航拖曳式XBT技术、航空投放式AXBT技术、多普勒海流计技术、高频地波雷达技术、天波超视距雷达技术、水下CTD检测技术等高精尖技术，以及海洋水色扫描仪、多光谱扫描仪、合成孔径雷达、微波辐射计等高精度仪器进行海洋探测、检测、分析、测绘和记录。其中的统一时空坐标是数字化海洋的基础。1978年，世界上第一种全球定位系统（GPS）成型，从20世纪80年代开始对民用开放^[5]。由于全球定位系统及授时系统的发展，人们可利用各种传感器感知目标，从而对海洋中活动或不活动的物体、因素、条件、情况进行统一的时空定位，并对其状态进行检测和标定，对其特征进行描述和数字化编码，从而实现相关海域的精确控制与定量分析。例如：

● 将海域内的天空、海面、海中、海底、海岸、临海大陆架、岛礁等各种要素环境图像数字化。

● 将舰艇、空中飞行物、雷达、辐射的声/光/电信号等数字化。

可以预见，在不久的将来，包括人在内的海上各种装备、系统和平台都将进行数字化、矢量化处理。海洋活动将趋于数据化、透明化。

从海洋大数据的内容、来源、种类、属性看，海洋大数据具有以下突出特征。

1.内容、来源多样

海洋大数据跨越自然界和人类海洋活动的各个领域、层次，主要包括：

● 人类的海洋活动数据：例如，由航运、养殖、开采、勘探、旅游、考古等活动产生的数据。

● 由科研活动产生的数据：例如，由海洋科学试验、海洋科研论文、海洋学术报告等产生的数据。

● 由与海洋活动和海洋形势有关的社会、政治、经济、军事、外交等活动产生的数据：例如，由海洋外交、海上贸易、海事谈判、海上护航、军演、反恐、海上搜救、武力展示等活动产生的数据。

● 与海洋经济活动、非战争性军事行动和战争性军事行动相关的行业产生的数据：例如，在航道、港口、海关、渔政等地产生的数据，以及由造船业、钢铁业、仪器仪表制造业产生的数据。

值得一提的是，仿真等虚拟世界的发展，使得由各种“数据工厂”产生的数据也在大量增加。

2.种类、属性、类型多样

● 从种类的角度看，海洋大数据既包括图像情报、雷达情报、声呐情报、光电情报、电子侦察情报、技侦情报、人工情报、公开情报等数据，又包括有关目标类型、属性、数量、状态等数据，还包括海洋环境、行动意图、行为规划、活动计划、活动方案、作战条令、指挥与控制指令等数据。

● 从属性的角度看，海洋大数据既包括系统、平台、人员、设备、网络、射频等数据，也包括地形、地貌、气象、水文、兵力调动、行动计划、火力跟踪等数据。

● 从类型的角度看，除了传统的文字、图表、数字等类型的格式化数据，海洋大数据越来越多的是以音频、视频、图片、可扩展标记语言、超文本标记语言、网络日志等形式出现的半结构化或非结构化数据。

3.稳态和动态并存

从时间效应的角度看，海洋大数据有快速变化的、有缓慢变化的。从时间特征的角度看，海洋大数据有连续信息、断续信息、周期信息、非周期信息、时变信息、非时变信息等。大多数信息在不久之后消失，有些信息在消失后还会再次出现，并迅速变化。例如，随着战役的展开，通信信号和某些特定信息（关于敌情、目标、指挥与控制的信息）可能会在某个阶段呈现出爆发式增长的变化，出于保密性的需要，战场通信具有猝发性、跃变性，传递的信息往往是点状的、片段的。因此，海洋大数据具有稳态和动态并存的特征。

4.基础性数据较多

人类的海洋活动往往与海洋环境、装备技术、经济活动、外交活动等密切相关。这就决定了在海洋大数据中的基础性数据较多。海洋大数据中的基础性数据包括地理数据、水声环境数据、气象水文数据、海洋设施数据、平台属性数据、装备数据、声/光/电数据、频谱数据、国内外的舆情数据及历史数据等。

5.真假数据并存

由于海洋大数据是全局、全体的数据，因而数据是混杂的，即真数据、“带毛”的数据、噪声数据、死数据和假数据大量掺杂、并存。

全局、全体的数据是指全局的所有数据。由于技术原因或人为原因，因此从客观上讲总会缺失一些数据，特别是在作战环境中，作战双方总是尽可能地隐真示假，从而这就导致某些信息不完整或某些信息严重缺失。例如，某些作战平台采用“隐身”技术，将有关平台的信息（如运动信息、状态信息）隐藏起来，造成关于平台的位置信息、节点信息、通信参数信息等不完整或缺少必要的信息。此外，环境自身具有各种干扰，系统在环境中运行时难免会因受到环境干扰而产生大量的噪声数据。

所谓“带毛”的数据是指未经剪裁、修饰的原始数据。“带毛”是大数据的典型特征。这些数据不同于样本数据或抽样数据，利用“带毛”的数据可还原真实世界或反映世界的真实性。例如，水下波束域信息经声呐、目标检测、方位跟踪后形成的波束，往往具有不规则的特性，带有许多的“毛刺”。

信息间既可能是互补的、相互支持的，也可能是相互矛盾的、冲突的。例如：

● 严重失真或扭曲的信息：例如，对于一些不得不发出的信息进行加密、变形，使得即使信息被其他人截获也无法得知信息的真实内容，或者无法在短时间内获取信息的真实内容。

● 虚假信息：例如，有目的性地制造一些有关属性、通信、指挥与控制等方面的虚假信息，用于欺骗、引诱或迷惑对手，以达到某种战术/战略目的。

● 模糊、跳跃、不确定的信息：例如，信息关键项缺失或随时变化、不稳定，达不到想要的质量，以及声呐在对潜探测时可能出现极弱的模糊信号，或者在多目标的复杂环境下出现弱目标信号、时敏脉冲信号等。

6.战略性信息数据与战术性信息数据并存

由于人类海洋活动本身既可能基于某种战略性的考虑，也可能出于战术性或技术性的考虑，因此在海洋大数据中，战略性信息数据和战术性信息数据往往是混合在一起的。

● 战略性信息数据：包括地缘政治信息、军事信息、国内外政情信息、国内外舆情信息等。例如，建设海上大型钻井平台、设置防空识别区、建设海上基地、开展海上联合演习、部署战略性导弹系统，以及航母、战略轰炸机的活动数据等。

● 战术性信息数据：包括某个既定海域的勘探、水面常规舰艇和潜艇活动等信息。

值得一提的是，水声环境数据、电子信息系统参数、电子对抗系统参数、通信信号的参数和密码等，通常具有战略性和战术性的双重属性。

7.技术性显现

海洋大数据主要有人工获取和技术获取两大来源。人工获取是传统获取数据的手段。随着技术的不断发展，海洋大数据的收集、获取、存储、处理、利用显现出越来越高的技术性。

● 在空中和太空，各种气象卫星、海洋监测卫星、电子侦察飞机，每时每刻都在收集有关气压、温度、风向、海洋中活动与不活动的物体、射频电磁信号等的巨量数据，以便用于分析大气环流、天气变化、海洋状况、人工活动、电磁活动等。

● 在地面和海洋，各种监测站、侦察机、雷达声呐设备、电子侦察船、磁探仪等，可不断收集、获取陆地和海洋中的数据和信息。

● 在海面和水下，各种先进装备可通过声、光、电，以及生物、化学等手段，对海面上的目标、水下潜航的目标、水底的环境和目标，以及海洋周围的环境和目标等进行多方面的探测、侦察。

目前，各种海洋情报侦察系统可全面掌握海洋态势，为海洋活动的指挥与控制提供有力支撑。这种多样化、多类型的信息供给的直接结果是形成海洋指挥信息系统的大数据形态，包括卫星图像、电子信号、移动目标数据，以及通过互联网获取的各种信息等。