楊保華，張昭，郭飛

（1.北京機(jī)電工程研究所，北京 100074； 2.中國航天科工集體團(tuán)，北京 100854 ）

引言

隨著信息化、智能化、無人化技術(shù)的高速發(fā)展，“智慧海洋”逐步替代“數(shù)字海洋”， 成為海洋信息化發(fā)展的必然趨勢。本文針對“智慧海洋”建設(shè)過程中缺乏及時(shí)高效、高精細(xì)的海洋實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)觀測手段問題，開展基于無人布設(shè)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程自主監(jiān)測系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究，以期提升“智慧海洋”環(huán)境實(shí)時(shí)信息獲取及數(shù)據(jù)提供能力，加速推進(jìn)“智慧戰(zhàn)場”環(huán)境保障能力建設(shè)。

1 國內(nèi)外發(fā)展情況

1.1 國外海洋監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展情況

海洋發(fā)達(dá)國家積極推動(dòng)海洋信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，高度重視新一代信息技術(shù)和裝備在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用，大力實(shí)施國家級海洋專項(xiàng)，持續(xù)提升海洋信息領(lǐng)域整體能力，不斷拓展戰(zhàn)略利益空間[1]。從上世紀(jì)80年代起，美國聯(lián)合加拿大等相關(guān)國家啟動(dòng)并部署建設(shè)了多個(gè)海洋監(jiān)測系統(tǒng)：如“綜合海洋觀測系統(tǒng)（IOOS）、大西洋區(qū)域監(jiān)測計(jì)劃（AZMP）、北極監(jiān)測和評價(jià)計(jì)劃（AMAP）等，構(gòu)建了一套完整的岸基-海洋自動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)，從多個(gè)領(lǐng)域?qū)Ｑ蟓h(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，涵蓋生物、物理、化學(xué)及軍事等多個(gè)學(xué)科。主要運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)，對海洋信息參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過海洋浮標(biāo)、近海平臺、衛(wèi)星等手段傳輸至岸基系統(tǒng)。其海洋監(jiān)測覆蓋面積廣，實(shí)時(shí)性高等優(yōu)勢使其在海洋監(jiān)測領(lǐng)域做出了極大的貢獻(xiàn)。

1.2 國內(nèi)海洋監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展情況

我國已經(jīng)構(gòu)建了以近岸（海島）固定式海洋監(jiān)測站為主，船舶自動(dòng)觀測設(shè)備、海洋觀測浮標(biāo)為輔的初級海洋環(huán)境監(jiān)測體系，和美國等發(fā)達(dá)國家相比還存在著起步較晚、時(shí)空覆蓋范圍與監(jiān)測尺度不足的缺點(diǎn)[2]。目前的觀測方式以岸基站常規(guī)監(jiān)測為主，依靠國家海洋局的若干觀測站、大型海洋固定觀測浮標(biāo)以及ARGO浮標(biāo)，以及近年來建立的海底觀測網(wǎng)，缺少布設(shè)靈活機(jī)動(dòng)、大范圍、多維度、長時(shí)間的海洋環(huán)境監(jiān)測手段，在科學(xué)領(lǐng)域，無法滿足海洋科學(xué)研究長期、連續(xù)、實(shí)時(shí)、多學(xué)科同步的綜合性觀測需求[2]，在軍事領(lǐng)域，無法滿足關(guān)鍵海域戰(zhàn)時(shí)快速、實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的針對性觀測需求。

因此，發(fā)展基于無人布設(shè)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程自主監(jiān)測技術(shù)，建立一套可以應(yīng)用于平戰(zhàn)時(shí)的基于無人機(jī)的快速布設(shè)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取、信息高速傳輸?shù)暮Ｑ蟓h(huán)境數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程自主監(jiān)測系統(tǒng)，作為國家海洋環(huán)境監(jiān)測體系的有益補(bǔ)充，對于加快“智慧海洋”建設(shè)，推進(jìn)“智慧戰(zhàn)場”環(huán)境保障能力形成，具有深遠(yuǎn)的意義。

2 基于無人布設(shè)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程自主監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

針對我國海洋研究、海洋開發(fā)、海洋管理和其它海上活動(dòng)（含軍事活動(dòng)）等缺乏及時(shí)高效、高分辨率的海洋實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)觀測手段問題，研究無人機(jī)自主空投布放、大規(guī)模分布式隨機(jī)接入、大并發(fā)物聯(lián)信號全概率檢測接收等關(guān)鍵技術(shù)，研制低成本、長待機(jī)、長壽命、免維護(hù)的監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)，快速、高效的基于無人機(jī)的自主空投布放系統(tǒng)與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，直觀、全面的基于衛(wèi)星的地面數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺，大幅提升海洋環(huán)境實(shí)時(shí)信息獲取及數(shù)據(jù)提供能力。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用基于LoRa通信協(xié)議的分布式架構(gòu)。通過無人機(jī)自主空投布放系統(tǒng)完成對低成本的小型監(jiān)測浮標(biāo)在預(yù)定海域的批量快速布防。小型監(jiān)測浮標(biāo)作為節(jié)點(diǎn)完成對預(yù)定海域水下溫度、壓力、水聲等環(huán)境數(shù)據(jù)采集，利用LoRa設(shè)備低功耗、遠(yuǎn)距離通信、低成本特點(diǎn)，構(gòu)成大容量的傳感器網(wǎng)絡(luò)，并遠(yuǎn)距離無線傳遞命令及數(shù)據(jù)。無人機(jī)以指令巡航的方式大范圍融合監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，形成LoRa通信基站并與衛(wèi)星通信，再由衛(wèi)星中轉(zhuǎn)將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給地面接收管理服務(wù)平臺。小型監(jiān)測浮標(biāo)與無人機(jī)、無人機(jī)與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面接收設(shè)備之間均采用加密傳輸。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.3 系統(tǒng)組成及功能指標(biāo)

系統(tǒng)主要由一定數(shù)量的小型監(jiān)測浮標(biāo)、無人機(jī)（加裝自主式空投布放系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)）、基于衛(wèi)星的地面數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺組成。

無人機(jī)考慮運(yùn)載量及航程，可基于運(yùn)-12等通用飛機(jī)完成改裝研制，使運(yùn)-12具備大重量、遠(yuǎn)航程和快速便捷的無人化空中運(yùn)投能力，載重≥1.5 t，航程≥1000 km。

小型監(jiān)測浮標(biāo)為剖面漂流浮標(biāo)，以一定周期漂浮在洋面上或沉入水中作業(yè)，通信時(shí)需浮于海面上，功能指標(biāo)如下： 最大工作深度：≤300 m；定位方式：北斗；通信方式：LoRa 433 MHz；采樣間隔：≥1 h（可設(shè)定）；工作時(shí)間：≥150天（1 h間隔條件下）；具備溫度、壓力、水聲等參數(shù)測量能力；重量：≤10 kg；能夠承受海面嚴(yán)峻的環(huán)境。

在空曠海面上，無人機(jī)與小型監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽距離≥5 km；同時(shí)支持的浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)目≥5000個(gè)。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.4.1 低功耗遠(yuǎn)程無線傳輸方案

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)日新月異，有WIFI、Bluetooth、Zigbee、4G、5G等成熟通信手段，也有新興的LiFi、AirGig、量子通信等，更有應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的LoRa、NB－IOT等技術(shù)手段。通過從技術(shù)成熟度、功耗、成本等角度綜合考慮，選擇LoRa作為系統(tǒng)無線傳輸手段。

LoRa主要針對廣域網(wǎng)（WAN）應(yīng)用，旨在為具有特定功能的低功率WAN提供支持，以便在IoT和M2M中支持低成本的移動(dòng)安全雙向通信智能城市和工業(yè)應(yīng)用。針對低功耗優(yōu)化并支持具數(shù)百萬臺設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)速率范圍為0.3 kbps至50 kbps。

綜合考慮傳輸速率與通信距離，選擇SF（擴(kuò)頻因子）=8，BW（信道帶寬）=500，bps（速率）=12500，負(fù)載=64，傳輸距離大于10 km，通信耗時(shí)約為43.65 ms，適合典型應(yīng)用場景。若節(jié)點(diǎn)發(fā)射頻率為1次/小時(shí)，無人機(jī)作為節(jié)點(diǎn)理論上可接入的小型監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過82500個(gè)。

節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)過程如下：

1）將小型監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)部署到洋面后，節(jié)點(diǎn)從北斗獲取位置信息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的LoRa通信范圍不小于10 km，保證處于無人機(jī)覆蓋范圍。監(jiān)聽433 MHz頻段，頻率433～434 MHz，共3個(gè)信道。

2）浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)依次向所有頻點(diǎn)發(fā)送LoRa入網(wǎng)申請，入網(wǎng)申請包類型定義為0×01，數(shù)據(jù)包如圖2。

圖2 入網(wǎng)申請包

3）無人機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)接收到入網(wǎng)申請包后，將通信鏈路強(qiáng)度（RSSI，4字節(jié)有符號整型）寫入數(shù)據(jù)區(qū)，入網(wǎng)申請響應(yīng)包類型定義為0x02，組成入網(wǎng)申請響應(yīng)包發(fā)回給節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)包如圖3。

圖3 入網(wǎng)響應(yīng)包

4）節(jié)點(diǎn)獲得從無人機(jī)返回的響應(yīng)包，發(fā)射節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽頻點(diǎn)入網(wǎng)響應(yīng)確認(rèn)包，入網(wǎng)響應(yīng)確認(rèn)包類型定義為0×03，數(shù)據(jù)包如圖4。

圖4 入網(wǎng)響應(yīng)確認(rèn)包

無人機(jī)接收到入網(wǎng)響應(yīng)確認(rèn)包后，將該節(jié)點(diǎn)ID存入節(jié)點(diǎn)列表中，開始數(shù)據(jù)接收。

2.4.2 大容量并發(fā)信號全概率檢測接入方案

在系統(tǒng)中，無人機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)同時(shí)接收多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行1次/h的數(shù)據(jù)發(fā)射過程中，如不采用算法干預(yù)的情況下，很大概率會發(fā)生碰撞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。而節(jié)點(diǎn)能量有限，使用檢測重傳機(jī)制會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能耗大大增加，降低壽命。因此，系統(tǒng)提出節(jié)點(diǎn)輪詢機(jī)制，并預(yù)估節(jié)點(diǎn)預(yù)輪詢時(shí)間。當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于采集過程中，LoRa發(fā)射接收模塊休眠，待輪詢時(shí)間到達(dá)前觸發(fā)接收模塊監(jiān)聽消息，從而達(dá)到全概率檢測、低功耗的要求。

浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)依次向所有頻點(diǎn)發(fā)送LoRa入網(wǎng)申請，無人機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)接收到入網(wǎng)申請包后，將通信鏈路強(qiáng)度（RSSI）寫入數(shù)據(jù)區(qū)，組成入網(wǎng)申請響應(yīng)包發(fā)回給節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)獲得從無人機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)返回的響應(yīng)包，發(fā)射監(jiān)聽頻點(diǎn)入網(wǎng)響應(yīng)確認(rèn)包，接收到入網(wǎng)響應(yīng)確認(rèn)包后，將該節(jié)點(diǎn)ID存入節(jié)點(diǎn)列表中。

機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在存節(jié)點(diǎn)ID或接收節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)之后，根據(jù)策略設(shè)置預(yù)輪詢時(shí)間，將該時(shí)間填入預(yù)輪詢時(shí)間包發(fā)送給浮標(biāo)。浮標(biāo)收到預(yù)輪詢時(shí)間包后，發(fā)送預(yù)輪詢確認(rèn)包。機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)根據(jù)節(jié)點(diǎn)列表，在指定輪詢時(shí)間發(fā)送輪詢請求包，請求采集數(shù)據(jù)。浮標(biāo)接收到請求后，將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)接收到節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)后，存儲至緩存中，并定期向衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)。

2.4.3 小型低成本免維護(hù)海洋數(shù)據(jù)監(jiān)測浮標(biāo)方案

相較于定點(diǎn)觀測的方式，剖面浮標(biāo)具備大范圍、準(zhǔn)同步、投入產(chǎn)出比高等優(yōu)勢，成為國際海洋監(jiān)測活動(dòng)中大量使用的高技術(shù)設(shè)備，如ARGO自持式剖面探測漂流浮標(biāo)（簡稱剖面浮標(biāo)或浮標(biāo)）。

ARGO自持式剖面探測漂流浮標(biāo)隨洋流自由漂移，可以每隔10天通過內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)充氣、注油或者抽回氣體和油，來改變自身在海水中的浮力，實(shí)現(xiàn)自主下沉或者上浮，并從約2000 m深處上浮到海面的過程中分層采集海水的溫度和鹽度數(shù)據(jù)，科學(xué)家稱其為一條“剖面”或者一幅“圖像”。其還可以遠(yuǎn)程控制，只要在陸上實(shí)驗(yàn)室為它們重新設(shè)置指令，就可以控制它們的沉浮循環(huán)周期（1天、2天、5天或者10天）和測量的最大深度（1000 m、1500 m或者2000 m），方便捕捉變化無常的海洋環(huán)境[3]。

為滿足使用場景需求，同時(shí)降低終端的成本，將參照Argo浮標(biāo)的工作原理，研制一種小型低成本免維護(hù)海洋數(shù)據(jù)監(jiān)測剖面浮標(biāo)，可以在海洋中自由漂移。工作時(shí)，預(yù)先設(shè)定浮標(biāo)的沉浮循環(huán)周期（1 h、1天、3天、5天等），可采集下沉深度300 m的海洋環(huán)境參數(shù)（如溫度、壓力、水聲等），發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)浮出水面。剖面浮標(biāo)可通過北斗衛(wèi)星定位，通信時(shí)將自身的位置信息及傳感器采集信息（溫度、壓力、水聲等）通過無人機(jī)和衛(wèi)星發(fā)送至地面數(shù)據(jù)中心。此外，剖面浮標(biāo)具有自診斷、自修復(fù)功能，自帶大容量電池，可以滿足長期免維護(hù)工作，待機(jī)時(shí)間不低于150天（1次/h發(fā)射頻率，普通3.7 V，3000 mAh電池）。剖面浮標(biāo)的設(shè)計(jì)涉及定深控制技術(shù)、海水參數(shù)測量技術(shù)和低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

2.4.4 無人機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)方案

無人機(jī)機(jī)載數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通過低功耗遠(yuǎn)程無線傳輸、大容量并發(fā)信號全概率檢測接入技術(shù)與小型海洋數(shù)據(jù)監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信并獲取數(shù)據(jù)后，還需要將數(shù)據(jù)信號發(fā)往衛(wèi)星，再由衛(wèi)星將信號傳送到地面接收站。

考慮到通信帶寬，按最大節(jié)點(diǎn)容量計(jì)算，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)速率達(dá)到近350 kB/s，北斗衛(wèi)星難以承受如此高的負(fù)重，擬選用天通一號通信機(jī)制。天通一號衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶終端組成，空間段由多顆地球同步軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星組成。覆蓋區(qū)域主要為中國及周邊、中東、非洲等相關(guān)地區(qū)，以及太平洋、印度洋大部分海域。支持電話、短信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，系統(tǒng)容量100萬用戶，可支持同時(shí)5000對用戶通話，根據(jù)不同的終端類型，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可支持9.6 kbps或384 kbps。

2.4.5 無人機(jī)自主式空投布放系統(tǒng)方案

加裝在無人機(jī)上的自主式空投布放系統(tǒng)主要完成對小型海洋數(shù)據(jù)監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)的自主空投布放。考慮到需要確保一定的散布面積，布放拋灑的方式選擇有動(dòng)力源拋灑，動(dòng)力源可分為氣囊拋撒、中心管拋撒和發(fā)射管拋撒等，主要取決于無人機(jī)內(nèi)部空間限制、技術(shù)成熟性和監(jiān)測浮標(biāo)的適應(yīng)性。氣囊拋撒對監(jiān)測浮標(biāo)產(chǎn)生的過載較小，而中心管拋撒和發(fā)射管拋撒對監(jiān)測浮標(biāo)的過載較大，會對監(jiān)測浮標(biāo)的可靠性有一定的影響，因此布放拋灑的方式選擇氣囊拋撒。

無人機(jī)到達(dá)目標(biāo)海域上空一定位置時(shí)，打開下部艙門，自主式空投布放系統(tǒng)相應(yīng)的起爆單元發(fā)出爆轟能量，經(jīng)燃?xì)獍l(fā)生裝置的傳爆組件將爆轟能量轉(zhuǎn)化為傳火信號，啟動(dòng)相應(yīng)的燃?xì)獍l(fā)生器。燃?xì)獍l(fā)生器接收到發(fā)火能量后作用產(chǎn)生大量氣體，釋放在燃爆器內(nèi)，并通過燃?xì)鈱?dǎo)管將氣體引致氣囊，對氣囊充氣。氣囊充氣，推動(dòng)監(jiān)測浮標(biāo)，監(jiān)測浮標(biāo)出艙。監(jiān)測浮標(biāo)出艙后，被賦予一定初始速度和姿態(tài)。監(jiān)測浮標(biāo)按照預(yù)先設(shè)定好的程序分別打開減速傘，穩(wěn)定降落在預(yù)定海域。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 大規(guī)模分布式隨機(jī)接入技術(shù)

小型監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)采用剖面浮標(biāo)的形式，工作時(shí)會隨洋流漂移，接入無人機(jī)具有隨機(jī)性。系統(tǒng)采用基于LoRa的無線傳感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，LoRa為信號傳遞方式，輻射整個(gè)被測海域；節(jié)點(diǎn)接入時(shí)，搜索可通信范圍內(nèi)最近的無人機(jī)，按特定入網(wǎng)協(xié)議，可以迅速接入無線網(wǎng)絡(luò)。

3.2 大并發(fā)物聯(lián)信號全概率檢測接收技術(shù)

大并發(fā)物聯(lián)信號全概率檢測接收技術(shù)是系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)場大量節(jié)點(diǎn)處于無序發(fā)射狀態(tài)時(shí)，將出現(xiàn)大量的信號碰撞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、能量損失，需要制定一種節(jié)點(diǎn)輪詢機(jī)制，并預(yù)估節(jié)點(diǎn)預(yù)輪詢時(shí)間方案，采用該技術(shù)，可以保證覆蓋范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)的有序有效發(fā)射，實(shí)現(xiàn)信道資源的高效充分利用。

3.3 基于非對稱加密機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)安全通信技術(shù)

實(shí)際使用要求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通信過程中具有信號抗截獲功能，這就需要引進(jìn)信號傳輸加密機(jī)制。與對稱加密相比，非對稱加密不需要密鑰傳輸，保密性、安全性好。通過證書和密鑰存儲區(qū)域設(shè)計(jì)、證書簽名及權(quán)限設(shè)計(jì)，約束各節(jié)點(diǎn)、接收設(shè)備的密鑰持有條件，分析證書驗(yàn)證過程，保證數(shù)據(jù)即使被其他組織截獲，也無法還原原始數(shù)據(jù)。

3.4 遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)免維護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)

部署于海洋的小型監(jiān)測浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離海岸，需要盡可能的提高自身的可靠性、免維護(hù)以及電池續(xù)航能力。小型監(jiān)測浮標(biāo)大部分時(shí)間潛在水下工作，需要依靠自身攜帶的電池供電；免維護(hù)設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面：

1）實(shí)現(xiàn)高可靠性硬件、軟件設(shè)計(jì)；

2）浮標(biāo)采用空投布放，需要具備耐沖擊能力；

3）浮標(biāo)選擇高性能鋰電池供電；

4）浮標(biāo)需要具備潛水能力，不能長期在海面工作；

5）浮標(biāo)具備健康狀態(tài)自檢、北斗定位授時(shí)、獨(dú)立密鑰、LoRa通信能力；

6）浮標(biāo)壽命到期后，考慮提供自毀機(jī)制，例如自沉。

3.5 基于柵格化的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)控制技術(shù)

地面數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺將收集到的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過一定的數(shù)據(jù)格式發(fā)布，通過用戶端軟件進(jìn)一步分析與顯示。海洋環(huán)境數(shù)據(jù)需要包含地理位置信息，并且最終展示也需要與地圖結(jié)合，以達(dá)到直觀形象的效果。柵格化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種顯式的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以方便的描述地理要素和地理現(xiàn)象之間的關(guān)系，主要包括空間位置、拓?fù)潢P(guān)系和屬性等幾個(gè)方面的內(nèi)容。

4 應(yīng)用前景

基于無人布設(shè)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)自主監(jiān)測系統(tǒng)可以應(yīng)用于包括氣候觀測、海洋健康、海洋活動(dòng)（含軍事行動(dòng)）等多個(gè)方向：

1）氣候觀測：針對短期氣候異?，F(xiàn)象，通過系統(tǒng)的快速部署，在目標(biāo)區(qū)域監(jiān)測短期氣候變化，并提供預(yù)報(bào)氣候變化所需的觀測資料。

2）海洋健康：針對意外發(fā)生的海洋污染時(shí)間提供應(yīng)急監(jiān)測，提供有關(guān)海洋環(huán)境惡化特征與范圍、海洋資源、自然變化和海洋健康方面的信息。完成資料收集、健康監(jiān)測和健康影響評估。

3）海洋活動(dòng)（含軍事行動(dòng)）：監(jiān)測在目標(biāo)海域、港口、航道等開展的海洋活動(dòng)（含軍事行動(dòng)），其他還包括海洋測繪、海洋救援等。

5 結(jié)論

綜上所述，系統(tǒng)針對“智慧海洋”建設(shè)過程中及時(shí)高效、高分辨率的海洋實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)獲取問題，以智能化、無人化為主線，通過無人機(jī)自主空投布放、大規(guī)模分布式隨機(jī)接入等技術(shù)手段，初步構(gòu)建了基于無人布設(shè)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程自主監(jiān)測系統(tǒng)方案，能夠?yàn)榧铀偻七M(jìn)“智慧戰(zhàn)場”環(huán)境保障能力建設(shè)提供強(qiáng)有力的支撐。