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发布时间:2020-09-26 15:30:13

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作者:胡志强

出版社:电子工业出版社

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大数据时代的海上指挥与控制

大数据时代的海上指挥与控制试读:

内容简介

本书是国内第一部从大数据的角度论述海上指挥与控制的专著。全书以大数据时代海上联合行动为背景,从“三个世界”理论出发,系统地论述了大数据指挥与控制的概念、内涵和本质,诠释了大数据时代指挥与控制的组织形态,提出了几种典型的海上大数据指挥控制行动及相关大数据;基于云计算,提出了海上大数据联合作战行动体系平台框架和功能模型,突出了“以数据(知识)为中心”的联合作战体系建模思想,阐述了大数据处理的内容和方式;系统分析了大数据指挥活动,阐述了云作战机理及以大数据为中心的指挥控制体制;论述了大数据联合作战空间管理、战场资源管理、精确火力控制及大数据海上应急救援等军事行动和非军事行动指挥控制的有关内容。

本书内容丰富、题材新颖,具有较强的创新性和应用研究价值,可供军民用指挥与控制领域的专家、学者和科研人员,特别是与海洋行动指挥控制有关的科研院所、大学、部队机关、军事院校、海警院校、海洋行动等有关单位研究参考。

代序

21世纪,一股夹风带雨的“大数据浪潮”汹涌澎湃而来,掀起了新世纪的狂潮。举目四望,天上星机、地下轨道、海上舰船油井、地面厂房电站、交通枢纽、仓储物流、办公会议……电视、电话、移动宽带、网络硬盘、光驱、微博、Twitter、搜索引擎等争先恐后,越来越多的传感器、移动终端接入互联网;云计算、物联网、电子商务、虚拟社区遍布发展,开启了这个世界信息爆炸后数据快速增长的闸门,大数据时代已经到来。

大数据起源于商业、互联网和金融。大数据“以一种前所未有的方式,通过对海量数据进行分析,获得有巨大价值的产品和服务,或深刻的洞见”。随着大数据的发展,大数据像材料和能源一样成为一种战略资源,日益受到人们广泛的关注。如何利用大数据发掘知识、促进创新、提升效益,使其为国防安全、政府管理、企业决策乃至为个人生活服务,是大数据技术追求的目标。2012年3月29日,美国奥巴马政府在白宫网站上发布了《大数据研究与发展倡议》,并正式成立“大数据高级指导小组”,标志着美国政府开始把应对大数据技术革命带来的机遇和挑战提到了国家战略层面。随后,美国国家科学基金会(NSF)、国家卫生研究院(NIH)、国防部(DOD)、能源部(DOE)、国防部高级研究局(DARPA)、地质勘探局(USGS)6个联邦部门和机构承诺投入超过2亿美元的资金,用于研发“从海量数据信息中获取知识所必需的工具和智能”。2012年5月,我国在北京召开了“大数据科学与工程——一门新兴交叉学科”第424次香山科学会议。这是我国第一个以“大数据”为主题的重大科学工作会议,中国计算机学会、通信学会分别成立了“大数据专家委员会”,并于2012年年底在中关村成立了相应的大数据产业联盟。

目前,大数据在商业、金融、社会管理、智慧城市、智能交通、疾病预防等领域得到了广泛的应用,取得了显著的成就。在国防军事领域,自20世纪50年代美军成功研制SAGE半自动化防空指挥控制系统以来,指挥信息系统发展迅速。从最初的C2系统,逐步发展到C3系统、C3I系统、C4I系统、C4ISR系统和C4KISR系统。指挥与控制由20世纪50年代以指挥为中心发展到60、70年代以通信和情报为中心,80、90年代以一体化C4ISR为中心,并于20世纪末开始在信息基础层面建立全球信息栅格GIG,试图通过层次化和开放的作战体系结构收集、处理、存储、分发各种情报、信息和数据,以高效地向全球各地作战人员、决策人员和后勤保障人员提供情报、信息和数据,夺取作战优势。在这一连串嬗变过程中,反映了信息爆炸后大数据时代,传统指挥与控制所面临的信息量急剧增长、信息种类繁多、实时处理要求提高等重大挑战。在海洋,事务的国际化和海洋行动固有的敏感性决定着海洋行动绝不仅仅是军事行动。海洋行动需要提升对国际形势、世界和平、国内外政治、经济、文化和舆论的广泛关注,需要维持国际组织、非政府组织、社会组织与军队之间广泛的互动交流和信息共享水平。云计算、大数据等新型的制信息权方式上升成为当前国家层面指挥控制行动的关键。信息处理速度、目标态势获取时间、获取知识的能力和高层次决策水平及其快速响应程度决定着各种现实行动的成败。以美国为首的世界海洋大国正在不断加强和拓展信息融合、任务指挥辅助决策和人工智能等重点领域的发展,围绕“大数据”进行战场指挥信息系统建设,加快诸信息的利用和流转,发展“从数据到决策”的能力体系。“大数据”这一互联网领域的研究热点开始延伸到海洋行动和安全军事领域。指挥与控制开始转向“以数据(知识)为中心”,即大数据指挥与控制。

情报、预测、决策、评估,大数据推动着一切;从局域的因果关系到广域的相关关系,大数据蕴含着这个世界所有的知识和结构。大数据将因果关系纳入相关关系之中,因果关系和相关关系在客观物质世界和客观知识世界相互结合。在信息、数据贫乏的时代,人类的指挥控制主要是从有限的信息、数据,通过抽象建立大模型(如各种物体运动模型、作战指挥模型)来进行的。在信息化充分发展的大数据时代,人类开始有条件直接从大数据中得到知识,实施指挥控制。大数据改变了人类的思维模式。大数据有什么用,有多大用?关键看你怎么认识它,怎么应用它!迄今为止,人类的认识和实践,几乎可以归结为数据的搜索、处理、挖掘和创新!本书第一次较为全面、系统地将大数据和海上指挥控制连接起来,从客观知识的角度诠释了现代指挥控制的概念、内涵和本质,分析了几种典型的海上大数据指挥与控制行动及其大数据,针对大数据时代海上联合作战、战场管理、火力控制、应急救援等海上军事和非军事行动指挥控制提出了大数据指挥与控制平台架构,阐述了大数据处理的内容和方式,进而论述了有关的大数据指挥活动、指挥体制、云作战组织及其控制机构。基于“三个世界”理论,本书将情报、信息和数据从客观物质世界独立出来,成为客观知识世界的组成部分。根据这种认识,大数据不再从属于客观物质世界。大数据一经产生就属于客观知识世界,具有客观性、自主性和相对独立性,对指挥与控制就不仅仅是辅助指挥控制与决策,而是客观物质世界指挥与控制必然的主体;人、各类系统、平台及设备只是指挥与控制的执行者,这样就把对大数据的认识提高到了一个新的层次,有助于深化对大数据时代指挥与控制的认识。对于传统的信息融合,大数据信息融合不只是数据范围扩大的信息融合,还上升到了广域的客观知识世界的智能层次和领域。最后,本书还总结了未来指挥与控制的发展趋势,提出了实施大数据指挥与控制的对策和建议。这些都显示了本书的特色和研究成果。

计算资源的集中化和虚拟化,任务系统的服务化是现代各种应用系统的发展趋势。从软件即服务(SaaS)、平台即服务(PaaS)到基础设施即服务(IaaS),大数据指挥与控制,特别是移动、复杂对抗环境下大数据指挥与控制的基础还比较薄弱。互操作问题,网络实时、带宽、可靠、安全问题,单一云环境下建设多层次密级网络域目前在技术上还很棘手。大数据产品、网络平台、系统终端和用户不断分离是指挥控制系统的发展趋势,基于大数据的指挥控制体系构建是一个不断发展的过程。其中,包括构建指挥信息系统的大数据生态、创新基于社会-技术网络的新型能力体系架构、云际互操作,以及针对突发、时敏等大数据处理和分析技术还需要进一步深化研究。PREFACE 前言

世界的本质是数据。世界正进入“大数据”时代。“大数据商业应用第一人”ViktorMayer-Schönberger断言:大数据将开启一次新的重大时代转型。

实际上,数据与生俱来。伴随着自然的产生和人类活动,各种数据就产生了。只不过在人类活动的中早期,自然和人类产生的数据还没有多到人类无法掌握的程度,还没有发展到足以改变人类固有局域思维的地步。尽管如此,数据对人类的活动还是起着重要的作用。譬如人类利用过去数百年乃至数千年积累的气象数据用于预报某个地方将来的天气。毕竟,知识的功能是认识世界。根据卡尔·波普尔(K.Popper,1902—1994)“三个世界”的理论[1],数据一旦产生,就将成为客观物质世界(世界1)、主观精神世界(世界2)之外的客观知识世界(世界3)及其存在物,并将在“世界3”里按照自身指数发展的逻辑增长,具有客观性、自主性和实在性,并以其独特的主体性对其之外的客观物质世界和主观精神世界具有越来越大的作用。自20世纪70年代以来,随着以信息技术为先导的现代高新技术的快速发展及以前所未有的广度和深度向各个自由王国和必然王国的扩展和深入,人类社会产生和获取的各种数据和信息以排山倒海之势汹涌而来。围绕个体和人类集体组织行为,一个与物质世界平行的数字世界开始形成并发展壮大,并产生了空前的作用和影响。知识爆炸的大数据时代已经到来。这就是大数据时代。

数据是一种资源。掌握资源就掌握优势。如何掌握资源,把握大数据?大数据处理和应用是关键。大数据从相关性出发,分析广泛、多元的全源数据,快速高质量地获取所需的、相关的、足以应用的各种数据、知识和关联的特征信息,挖掘数据背后的知识。这就是大数据技术,以及运用大数据的手段和方法。在过去的工业时代,人们依据局部数据、抽样数据和片面数据,甚至仅仅依赖经验、理论假设和价值观去发现未知领域的知识和规律,采取行动或指导行动。这往往是简单的、肤浅的、人为的和扭曲的。随着信息时代数据获取与计算机处理技术的不断发展及移动互联网的广泛应用,人类第一次有机会和条件在商业、金融、工程、医疗、社会管理、科研等许多领域和非常深的层次获取和使用全面数据、完整数据和系统数据,全面、深入地直接探索发现现实世界未知的规律和知识,得到过去无法企及的机会。而人类掌握和应用这些数据的激情也与日俱增。“云计算”既是一种新型集中式、Web化的并行计算模式,也是一种可伸缩、高效、灵活的信息和IT服务交付与运营模式,以其分布式处理架构支持许可设备在任何时间、任何地点随需访问海量信息,获取知识。相应的大数据跨界创新课题更是被提上日程,并被广泛应用于政治、经济、军事和工程等诸多领域。2012年3月,美国联邦政府出台“21世纪大数据研究和发展计划”政策文件,提出在信息大爆炸背景下海量数据及其相关技术“已经带来一场革命”,强调必须提高自身从海量数据中获取知识和价值的能力,以巩固在军事、情报、科技、工程、教育等领域的领先地位。

海洋行动是人类社会活动的一个重要领域。21世纪的海洋是数据爆炸的海洋。现代海上指挥与控制则是包括复杂的地缘政治关系,军事和非军事活动,高科技,系统体系对抗,气象、地理、水文知识等在内的人类组织活动。无论是平常的海洋环境监视、海洋勘探、海上巡航维权,还是战时掌握敌人的军事企图,发现并打击敌人关键的作战节点和平台,进行效果评估,查找并追踪重点目标,以及进行战场管理、海上航运保护和应急救援行动,都面临着信息爆炸而知识匮乏的困境。其数据处理内容、复杂程度、广度和宽度也超越了以往任何时期的海洋行动。现有指挥与控制概念和理论反映了工业时代或信息化时代前期人们对于指挥与控制的认识。指挥,主要依靠情报、信息和有限的数据,通过人脑及其现代科技的延伸物——计算机和各种辅助决策系统实施指挥;控制,主要是通过反馈信息执行技战术面的规定。应该说,这基本满足了工业时代和半信息化时代人们指挥与控制行动的需求。在海洋、陆地和空中,代表性成果是各种指挥控制行动职能机构的设置及与之匹配的各执行部门的不同层次的C2组织设计,如装备在各类海洋行动平台上的指挥控制系统、编队指挥控制系统、区域指挥控制系统和国家层面的战略指挥控制系统。21世纪海洋是一个充斥行动、数据和知识的海洋。海、陆、空、天、电、网络,电子侦察、人工情报、国际国内政治军事情报、舆情情报、气象地理水文数据、历史信息等,涌现了海量的数据;现代作战理论的创新、各种高精尖装备的使用,多种指挥方式的交叉运用,多维空间行动和海洋态势产生了巨大的信息和数据。如何细分战场、创新作战模式?如何利用大数据实施海上指挥与控制,或者说在大数据的海洋如何进行指挥与控制?自20世纪90年代以来,新一轮以消除各领域、多军兵种“烟囱式”C2组织的“互连、互通和互操作”的重构高潮兴起,但难以克服的问题仍然出现,诸如:即使装备有最先进的C2系统,扁平化边缘组织体系对抗在行动中依然难以实现,传统的权威主义和战场英雄主义——最高决策者及其建立的层级指挥体制依旧驾驭战争和其他各种行动;现代无人作战系统和平台广泛投入战场行动后,其行动和有人平台能否实现自主同步?多大程度上能实现自主?如何实现优势自主?战术层面的局部控制往往阻止不了整体战略层面偏离的趋势;在信息处理和获取上,信息的广泛获取并没有带来所期望的信息优势,有时反而造成了决策劣势,等等。[2]在海上,已有的指挥与控制系统不能响应,以致不能应对这种变化,更难以适应这个时代有针对性地提供指挥控制决策。如何理解和应用大数据?大数据为现代指挥与控制的发展和效能的提升提供了历史性的机遇。大数据在宏观层面使得海上指挥与控制变成大数据的指挥与控制;作战云使现代海上作战演变为利用数据的战争;现代战争成为利用数据打仗;海上应急救援变成利用数据的行动。

从海量数据中发现知识,寻找隐藏在大数据中的模式、趋势和相关性,揭示各种社会现象和社会发展规律,以及可能的应用前景,迫切需要人类具有更好的数据洞察力。大数据分析技术使人们从对因果关系的渴求转向关注相关关系,可以提供更多的预测、对策、精确和可能,甚至可以透视结果。这是对人类思维方式的深刻变革。因果关系通向“金字塔”的建造,而相关关系通向扁平化的实现。大数据由此带来对世界的重新认识,不是在古希腊的阿波罗神庙,而是在小世界网络中认识自我。

但是,大数据并不是对所有人都是平等的。掌握大数据的人占有优势,没有或缺少大数据的人将可能采用虚假或极端的恐怖行动。特别是在具有博弈性和竞争性的行动中更是如此,譬如大量的“灌水”和投机欺诈行为。尽管如此,隐私的信息和数据应该得到保护而不是滥用。数字世界应该有数字世界的公平、正义和规则。如果在数字世界,虚拟的行动可以得到值得确信的结果,则物理世界的行动可以提前展开或尽早结束。

注释:

[1] 卡尔·波普尔.舒炜光,等,译.客观知识——一个进化论的研究[M].上海:上海译文出版社,1987:163-172.

[2] 孙强,阳东升,张维明.C2及相关概念术语的起源与演化[J].火力与指挥控制,2014,36(2):1-5.第1章21世纪海洋形势及其大数据特征

21世纪,人类除了进一步向太空、网络和信息空间掘进之外,海洋是人类重要的发展领域。随着海洋技术的发展、海洋资源的新发现,以及海洋固有的国际战略价值和通道作用使得21世纪人类海洋活动的内容不断升级,范围不断扩展,呈现出广泛、多维、复杂、高技术态势。

从海洋活动信息和数据的产生、堆积、处理和应用看,21世纪水下、海上、空中和太空情报、信息和数据正以前所未有的速度快速增长,显示出新世纪海洋海量的大数据特征。大数据在各种海洋行动中发挥着越来越大的作用。海洋领域的大数据时代已经到来。1.1 21世纪海洋形势

在深邃浩瀚的宇宙,地球是亿万个天体中的一个非常特别的星球。山河湖海,水陆相生。海洋占据了这个星球7/10的面积,孕育了生命和人类文明。从浩瀚的宇宙俯瞰地球,大片的水体相互连通构成统一的世界海洋,占地球表面积的70.89%。陆地只占这个星球表面积的29.11%。这些巨大的水体包括广袤的太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。其中太平洋是最大的洋,周边由亚洲大陆、美洲大陆、澳洲和南极洲围拢而成。在四大洋的边缘地区,分布着大大小小54个海,有些海属于海中之海,如地中海沿岸的许多海就是这样。在太平洋区域,由北向南依次分布有白令海、鄂霍次克海、日本海、渤海、黄海、东海、南中国海、苏禄海、珊瑚海等28个海。珊瑚海面积为479万平方千米,既是太平洋面积最大的海,也是世界上面积最大的海;其次是南中国海,面积为360万平方千米。无垠的海洋通过岛屿、水道和海峡[1]将地球7大洲连成一体。

广阔的海洋与人类的生存发展息息相关。自古以来,人类就在海边结网捕鱼、繁衍生息。1891年在印度尼西亚爪哇岛上发现的类人猿化石表明,人类至少在石器时代就在海边活动。人类栖水而居,丰富的渔业水产和食用盐藻滋养着沿海的居民,沿海航运贸易促进了当地工商业的发展,逐渐形成集市和最早的濒海城镇。根据文字和史料,地中海东海岸的杰里科(Jericho)极可能是人类最早连续居住的濒海城市。由于杰里科有充足的水源,而且位于死海北岸至地中海与加利利至耶路撒冷两条路线之间,因此手工业和商业均十分发达,被称为“棕榈树之城”。随着航海技术的发展和人类社会的进步,人们开始从获取海洋资源到以海洋为载体,进行远距离航海、探险和贸易。唐宋时期,有阿拉伯商人远渡重洋进入中国东南沿海地区。15—17世纪,世界各地,特别是在西欧掀起了一场声势浩大的跨洋航海运动。1492年,意大利探险家Christopher Columbus率先横渡大西洋,最后发现了美洲“新大陆”;1497年,葡萄牙航海家Vasco da Gama南下非洲绕过好望角首次到达印度洋;1518年,航海家Fernando de Magallanes则经由关岛开辟了太平洋航线。大航海开启了全球海洋时代的新纪元,史称“大航海时代”。由此,从欧洲到北美,从红海、阿拉伯海,经孟加拉湾至中国南海,众多的海上航线成为人类航运、贸易的交通要道。此后,海上贸易和海上航运一直以其独有的优势促进着世界经济、文化和工商业的发展与繁荣。“海洋不再是阻隔人类交往的障碍,而是一条将不同国家和地区连成一体的金光大道,从而迎来了人类海洋文明和海洋活动的巨变。”[2]经大航海时代的开辟,整个欧洲快速发展并奠定了此后超越亚洲繁荣的基础。但同时,海洋也不再是只有涛声的单弦乐,而是交织着螺旋桨和机器轰鸣,直至枪炮声的交响曲。葡萄牙、西班牙、荷兰、法国和英帝国相继竞逐海上贸易、殖民地和海洋霸权。中国则在秦汉时期开始出现航海活动。史料记载,最晚在汉代,中国人在南中国海首先发现了南海诸岛,并以“涨海”之名泛称整个中国南海。至隋唐两代,中国人进入南海的生产经营活动范围已远至西沙群岛。在东海岸,隋炀帝曾派使臣朱宽召台湾和钓鱼岛附近的琉球国归顺。14世纪,琉球王正式进贡明王朝,成为中国的藩属国。1372年,中国人杨载首先驻足钓鱼岛。明永乐年间出版的《顺风相送》明确记载:“北风东涌开洋,用甲卯取彭佳山。用甲卯及单卯取钓鱼屿。南风东涌放洋,用乙辰针取小琉球(今台湾)头,至彭家、花瓶屿在内。正南风梅花开洋,用乙辰针取小琉球。用单乙取钓鱼屿南边,用卯针取赤坎屿。”表明中国至少在14、15世纪已发现并命名了钓鱼岛。中国大规模的航海和贸易始于1405年开始的郑和下西洋。公元1405年,大明七宝太监郑和首次率领庞大的船队远下西洋,其后七下西洋曾远至非洲东海岸和红海岸。这些远洋活动促进了东西方文化、物质的交流,直至郑和去世,明朝晚期宣布禁海为止。

以航运贸易为代表的人类海洋活动促进了世界经济的发展,给工业国带来了巨大的财富,形成了众多的港口、滨海城市和沿海经济中心。现今,全球已有超过60%的人口和几乎所有的经济贸易中心都位于濒海地区。世界海洋形势则是随着人类对海洋资源的开发、海上贸易的不断发展和国家权益扩张形成的。近代以来,由于工业化社会的发展,以钢铁、石油、煤、天然气为代表的人类物质能源消耗急剧攀升,陆地资源日益匮乏。海洋除了具有丰富的渔业水产资源外,还有其他极其丰富的资源可以开发利用。据不完全统计,海底油气资源占全球油气资源总量的1/3以上;各种海底多金属结核、多金属软泥、钴结核、锰结核等储量巨大。以海底多金属结核矿为例,有专家估计其总量可达3万多亿吨,其中含锰4000亿吨,镍164亿吨,铜88亿吨,钴58亿吨。此外,还有潮汐能、温差能及其他资源可供利用。战略上,海洋资源的丰富性和地球总体资源的有限性决定着国家间竞争的永恒性。同时,海洋作为世界航运及战时远距离兵力投射的战略通道更是居于不可替代的位置。以岛礁归属、领海基线划分为焦点的海洋权益内含着国家的长远发展与国家安全。美国海军战略学家和历史学家A.T.马汉(1840—1914)认为,海权与世界大国的命运休戚与共。在考察过去300年来西班牙、葡萄牙、荷兰、英和法等国兴衰历史的基础上,马汉强调指出:要想成为大国必须拥有海权。“谁控制了海洋,谁就控制了世界,世界权力的重心也就会集中在那些拥有海洋并控制海洋的国家手里。”根据马汉的观点,殖民时代的商业贸易与竞争和国家扩张性之间的联系使武装冲突成为规律。19世纪末20世纪初,英、法、德、日、美等世界大国就海外殖民地和关键海区与通道的控制权展开了激烈的争夺。从大西洋到太平洋,从直布罗陀海峡到马六甲海峡,从第一次世界大战到第二次世界大战,海洋均为重要的战场。第二次世界大战结束后,以苏联为首的“华约”和以美国为首的“北约”两大阵营展开了对峙。这一段时期,全球海上和陆上的地缘政治态势处于相对制衡的均势。

冷战结束后,两极体制崩解。一超多强,世界多极化在曲折中向前发展。尽管各国科技经济发展和地区战略力量发展并不平衡,但这并不影响全球和地区海洋国家的发展战略定位,追求利益的强大动力使得各国对海洋价值的认识进一步提升。岛礁主权争端、海洋权益划分、海洋资源争夺及地缘战略博弈成为21世纪新的“四位一体”国家海权战略要素[3]。在大陆的边上、海洋的深处,各国的海洋活动空前广泛、活跃。从日益升级的渔权纠纷、资源开采,到激烈的外交争执、海上冲突和军事演习,时而风声乍起,时而归于平静,波谲云诡。21世纪的海洋呈现出人类活动升级、加剧,海洋争端激化、地缘政治形势复杂化等特点。

1.人类开发应用海洋的活动升级、内容扩大、程度加深

海洋既是生命的摇篮,也是世界经济发展的摇篮。海洋蕴藏着极其丰富的资源,是人类进一步发展的源泉。截至目前,“人类已经发现并记录的海洋生物约有20万种,科学家估计但尚未查明的深海物种大约还有1000万种;海洋中可供捕捞的生物资源每年有2亿多吨,海产动物蛋白超过陆地牛、羊、家禽和蛋类的总量;世界石油的27%~45%储存于海洋中;海底多金属结核、多金属软泥、钴结核、锰结核等资源量十分巨大;海水本身也是巨大的液体矿,囊括80余种化学元素,其中仅食盐含量就达4亿亿吨;海洋的潮汐能、波浪能、温差能、海流能、盐差能等被称为21世纪的新能源,总蕴储量在30亿千瓦以上;海洋中的水资源更是人类水资源的最后保障。”[4]随着海洋技术的发展和人类对海洋的不断认识,人类的海洋开发活动不断深入,范围空前扩大。从近海到远海、从浅海到深海,人类日益频繁地在全球海域从事各类海洋勘探、测绘、采掘、养殖等开发利用活动。凭借先进的全球卫星导航技术和日益发达的深海探测技术,人类已可以全天候抵达全球任何一个海域从事各类海洋活动。人类的活动范围、内容和海洋的开发利用程度已经远远超越了大航海时代。海上航线遍布世界,包括大西洋航线、大西洋-印度洋航线、太平洋航线和太平洋-印度洋航线。在深海,继1928年世界上第一台深海探测装置诞生以来,美、日、巴西、俄罗斯、英、法、德、中等世界海洋大国在深海领域展开了激烈的竞争。以美国的“Alvin”号和中国的“蛟龙”号深海探测器为例,现今人类的下潜深度已达万米以下,可至全球99%的海底执行广泛的环境调查、资源勘探、样本和数据采集、抢险、救生、修理、摄影等作业任务。

特别是当代以来,随着地区和全球海洋强国的国家发展战略定位,沿海大国纷纷将本国发展的目标瞄向了海洋,人类开发利用海洋的活动不断升级。从原料资源的简单获取到对海洋资源的深度发掘和加工利用,人类开发应用海洋的活动内容不断扩展,程度加深。在沿海,各国开发海洋油气和矿产资源等的活动风起云涌。仅西太平洋沿岸,从东海、南中国海、暹罗湾到塔斯曼海区就有日本、越南、中国大陆、印度尼西亚、马来西亚、文莱等国在进行不同深度的海底油气开采和矿藏勘探活动。当前,在全世界所有发现可采油气和矿藏的海域,都开始有了人类活动。据不完全统计,人类已在全球近海和深海开采了1600多个油气田。除了油气矿藏开采和传统的海洋捕捞、水产养殖、盐业之外,人类还创造性地在全球海洋对海洋资源进行深度开发和综合利用,进行内容广泛的深海采掘、海水淡化、氘元素提取、海上放牧、海上城建、海洋观光、潮汐能发电、风力发电、海洋考古等活动。在人类最后的大洋处女地——北冰洋,近年来,美、俄、加拿大、挪威等北极圈周边国家相继进行资源勘探和发掘,并划分自己的领地。其他地区的国家则纷纷举起国际海洋法,诉求属于自己的权益。

为了实现海洋经济和战略目标,沿海各国还不断强化海洋研究、开发应用和执法的力度,纷纷建立自己的海洋开发与学术研究机构;强化海洋行政管理机关,建立海岸警卫队;在濒海修建、扩建港口,增建集市码头,扩建修造船厂;在沿海大肆填海造陆,扩大岛礁面积,改造海岸线,修凿海峡、运河。

20世纪中叶以来,由于全球经济一体化和区位化进一步深化,包括石油、铁矿石等在内的原材料进出口,电子电器、汽车、钢铁、鞋帽等各类工业制成品和日常生活用品的贸易使得21世纪的海洋贸易和航运活动更加频繁。在亚洲,仅通过南中国海和马六甲海峡的船只每年就多达8万艘。在欧洲,每年往来英吉利-多佛尔海峡的船只超过15万艘。繁忙的海运和人员物资往来进一步加深了21世纪人类开发、利用海洋的活动程度。

2.海洋权益和领土争端趋于激化,地缘政治军事复杂化

海洋与人类的生存发展密切相关,这既包括人类对海洋的认识和利用,也包括利益相关国因海洋而起的竞争和争夺。海洋是大陆的延伸和由陆向海发展的空间。随着人类认识和驾驭海洋的能力不断提升,人类的各种海洋活动和海上行动往往直接关系到一个国家的海洋权益、海洋发展战略,涉及周边相关国家和地区的海洋权益和安全,地缘政治军事敏感,因而成为各方关注的焦点。大航海时代,伴随着新航线的开辟和海上贸易,不同大陆和国家经由海上和陆上贸易开始紧密联系在一起。海外土地、财富和人口的巨大吸引力使得最先通过大航海发展起来的国家走上了由贸易而殖民的对外侵略扩张道路,由此拉开了全球海洋权益和海外领土争夺的大幕。

17、18世纪,欧洲爆发了以蒸汽机为代表的第一次工业革命。以蒸汽机的广泛使用为标志的第一次大工业革命彻底改变了传统社会生产方式的面貌,蒸汽动力超过了水力、风力和畜力,广泛应用于纺织、冶金、采矿、船舶、铁路等行业,极大地推动了欧洲各个工业部门的发展。从此,欧洲成为世界经济和工业的中心。在海上,大工业革命加快了大航海时代以来全球航运、海上贸易和列强对外侵略扩张的步伐。葡萄牙、西班牙、英、法等国相继前往世界各个角落展开了对全球财富、领土和人口等要素的争夺。由于资本主义发展的不平衡,争夺海外殖民地和世界霸主地位的冲突和战争频繁爆发。率先经由工业革命发展起来的英国通过英西战争、英荷战争、英法战争,取得了控制全球海洋的霸权,在海外建立了庞大的殖民体系,由此确定了“日不落”帝国的地位,直至法国大革命和拿破仑战争爆发,形成英、俄、奥、普鲁士四国把持的“维也纳体系”为止。两次世界大战结束后,以美国的崛起和美苏争霸为标志,全球进入了两极对峙的相对均势格局。1991年苏联解体,美苏两极对峙的世界均势不复存在,全球进入了所谓“一超领先、多强争霸”的时代。如果说19世纪的海洋权益和领土争端主要发生在英、法、荷、西班牙等老牌资本主义国家之间,那么冷战期间,地缘政治和对全球海洋和战略通道的控制则主要是在美苏两大阵营对抗的框架之下。共同的社会制度和同一个阵营暂时掩盖了各自内部对海洋权益的争夺。冷战结束后,缺乏两大阵营对峙的世界开始了“一超多强”的国际竞争。社会制度和国际主义意识形态的思维开始让位于最为现实的国家民族利益。地缘政治和地域政治关系突出表现为现代国际关系格局中的主要矛盾。与过去强权国家赤裸裸地对海洋战略权益的排他性掠夺和控制不同的是,现代全球紧密联系在一起,各国的发展和竞争强调的是综合国力的发展和竞争。与此相伴的是,大国间相互竞逐地区和世界的主导权与控制权。海洋,攸关各国的战略纵深和海洋权益;平时是海上运输的战略通道,战时则为海上行动的战略要道。丰富的海洋资源对陆地资源日益匮乏的国家和地区具有更大的吸引力,各利益攸关方无不虎视眈眈,不约而同地将目光投向海洋。目前,全球已有100多个国家把开发利用海洋作为自身发展的基本国策。全球海洋权益的划分和海洋开发步伐加快,矛盾也日益显现。1994年11月16日,《联合国海洋法公约》的生效进一步催化了沿海国家通过领海、大陆架、毗连区和海洋专属经济区对相关区域海洋权益的争夺。由于各国政治经济力量发展的不平衡,现有的国际秩序和旧的国际格局已不完全适应全球力量对比的变化。各种新的、老的,历史的、现实的,区域内的、区域外的海洋权益和领土纠纷在新的环境和形势下趋于激化。从中东、波斯湾地区、索马里海域,到西太平洋沿岸、加勒比海,乃至北冰洋,不是世界热点地区,就是敏感区域。地缘政治复杂化:一方面,发展中海洋国家维护自身海洋权益的活动高涨;另一方面,一些大国出于自身的海洋战略利益和主导权着手强化干预/争夺相关的岛礁和海洋权益。毫无疑问,这种海洋权益的争夺伴随着某些领土和历史问题激化了现有的地缘政治形势。在全球海洋战略和海洋权益的争夺中,海上战略通道一直居于最为突出的地位。[5]20世纪中叶,为了控制连接亚非与欧洲的海上战略要道苏伊士运河,1956年8月2日,英、法、美三国公然发表苏伊士运河“国际化”公报,在遭埃及拒绝后,英、法悍然出兵埃及,以战争手段夺取苏伊士运河的控制权;在欧洲,为了掌握黑海,确保自己在欧洲的战略纵深及黑海至地中海的战略通道,2014年3月,俄罗斯不惜用武力从乌克兰手中巧夺了黑海门户克里米亚半岛,划要地塞瓦斯托波尔港为己有。在北冰洋,由于潜藏的巨大资源和可能形成的环球航道,近年来,加拿大、俄罗斯、冰岛等北极圈国家纷纷提出北冰洋的领土和海洋主权。

21世纪,由于环太平洋经济圈的崛起,世界政治经济的重心由欧洲开始转向亚洲,由大西洋地区转向太平洋区域。在环太平洋区域,中、俄、巴西、印度是世界经济发展最快和最有潜力的四大金砖国,同时集中了美、中、日GDP位于世界前三的国家。由于海洋固有的疆界权益和海上战略通道作用与各海洋权益攸关方的各种行动及复杂的地缘政治关系密切地联系在一起,因而这一区域又是地缘政治关系极为复杂的地区。特别是在西太平洋区域,关系并集中了中、日、韩、美、俄、东盟等多方利益,牵扯印、澳等利益相关国,分布着北到北令海峡、南至印度尼西亚群岛、西通马六甲海峡、东达马里亚纳群岛的诸多战略要地和战略通道[6],历来为兵家必争之地,国际地缘政治军事极为敏感,而相关国家追求自身利益极大化的结果使得国家和地区间的关系进一步紧张,包括“从日本海以南经澳大利亚到孟加拉湾的广阔水域”成为一个巨大的动荡地带,[7]如图1.1所示。图1.1 西太平洋沿岸地缘政治形势和海洋争端

西太平洋地区是20世纪末以来世界经贸发展最快的地区,也是岛礁、海洋权益争夺最激烈的地区。如图1.1所示,在西太平洋,地理分布有朝鲜半岛、东海、中国大陆、日本、台湾海峡、越南、菲律宾、马来西亚、新加坡、南中国海等诸半岛、沿海、大陆、列岛、海峡和水道。中国大陆北面俄罗斯,南临缅、越等南亚和东南亚诸侯,西接中亚哈萨克斯坦等国,东向太平洋,与日本、韩国隔海相望,横跨太平洋与美国本土遥对。改革开放以来,中国大陆取得了令人瞩目的经济成就,2010年的GDP首次超越日本位居世界第二。与此同时,中国大陆对外的依存度也日渐加深,石油、天然气、铁矿石等原材料,乃至大豆、小麦等农副产品都大量依赖进口,工业制成品则大量依靠出口,形成两头在外的经贸格局。历史条件和客观的地理环境决定了中国的进出口贸易主要通过海上完成,见图1.2。可见,中国大陆的稳定和可持续发展与国家的海洋权益密切相关。其中,黄渤海扼大陆京津之咽喉、台湾则当海陆之要冲,为东南锁钥;台湾海峡为东北亚进入南中国海,经马六甲海峡取道印度洋到达中东的战略通道;其他如宫古海峡、关岛等均为西太平洋战略要道和关键岛礁。从地缘战略看,必须确保钓鱼岛至台湾一线岛屿和海域,保障南海战略资源和西进海上通道的安全与可控,确保海上战略纵深和海洋战略通道的安全,保留东进太平洋的战略纵深。日本在亚洲是除中国之外的另一世界大国。在东北亚,乃至整个环太平洋地缘政治竞争中,中、日围绕历史问题、东海油气田和钓鱼岛问题,纷争和博弈不断。然而,中、日两国一衣带水,技术经济互补性强。和则两利,斗则两伤。在西南太平洋,自20世纪60、70年代开始,东盟之一的越南就利用其有利的地理条件,一方面在沿海大肆开采油气田,另一方面陆续抢占了南中国海数十个岛礁,设立行政管辖区,并在一些关键岛礁上进行驻军,以彰显其所称的主权。与此同时,东盟的菲律宾、马来西亚等国也纷纷占据了诸多南中国海岛礁,主张自己的南中国海领海主权和权益。图1.2 中国的海洋贸易和海洋战略利益示意图

近年来,中、日、韩、越、菲、马来西亚等国出于各自的海洋权益和国家战略,围绕东海、南中国海等岛礁及相应的渔权、海上油气田纷争合纵连横,争夺激烈,形势变得错综复杂。美国基于自身的全球战略利益,集中部署力量于地缘政治热点和要害资源区域,积极插手东亚和东南亚海域,推行其21世纪的“亚洲再平衡”战略:一方面在经济上,极力倡导其亚太TPP协议;另一方面在政治军事上,以日、美同盟为基轴,结合韩国、菲律宾、澳大利亚,联手越南、印度等国,构筑所谓东亚/东南亚攻防体系,频繁进行“利剑”、“黎明闪电”、“关键决心”、“乙支自由卫士”、“马拉巴尔”、“对抗北方”、“肩并肩”等双边和多边联合军演。所有这些使得客观形势上,东北亚诸国、东盟各国和美国构成亚太地缘政治的核心区域,澳大利亚、印度、俄罗斯构成核心区域外的紧密相关区域,南美、欧洲和中亚构成外围区域。

21世纪的地缘政治复杂化,广袤的海洋已成为21世纪由海向陆力量和走向远洋力量汇聚并存的一个焦点。特别是西太平洋沿岸各国的海洋权益和领土争端伴随着频繁的军事演习使得海洋形势更加复杂尖锐。卫星监视、飞机巡航、导弹瞄准、舰船游弋、潜艇出动……一时间平静的海洋背后危机四伏。

3.航运保护形势严峻

航运保护是伴随航运和经济贸易的风险应运而生的。海盗(Pirate)是一个有着悠久历史文化的社会现象。公元前1000多年,东地中海区域就出现了以盗抢海上货物为生的海盗,后来又在西非海岸、索马里半岛海域、红海和亚丁湾海域,以及东南亚海域等许多地方出现。海盗源于社会经济问题,利益驱动及当地社会的衰败直接导致了海盗行为的发生。这种一本万利的抢劫行为曾经得到当地政府的默许和支持,一度沉寂之后,随着20世纪末全球经济的快速发展,海盗这种世界公认的暴力非法行为重新开始活化并激增。在全球各大航线和海上交通要道——西非海岸、索马里半岛附近海域、连接苏伊士运河的红海和亚丁湾一带、孟加拉湾沿岸,以及马六甲海峡和整个东南亚水域,海盗猖獗。2004年,索马里海域仅发生一两起海盗事件,2005年骤升为37起,2008年则高达120起。2010年前8个月,全球共发生针对船只的海盗和武装劫持事件达160起。频繁的海盗事件对世界航运和经济贸易活动造成了严重影响,航运保护形势十分严峻。

我国有300多万平方千米的海域。改革开放以来,我国外经贸进出口量连年攀升,外向型经济持续高速发展。随之而来的是面向全球的繁忙的海上运输。目前,我国已与世界228个国家和地区建立了商贸关系,远洋船队航行于全球150多个国家和地区的1200多个港口之间,航线遍及各大洋。我国集装箱出口居世界第一。如图1.2所示,很多海上航线通过海盗活动多发的海峡、岛礁和海域,如马六甲海峡、霍尔木兹海峡、曼德海峡、亚丁湾等重要咽喉要道,反海盗任务相当繁重。

同时,自20世纪80年代始,全球海洋恐怖主义也开始蔓延。特别是“9·11”事件之后,恐怖主义在发动陆上和空中恐怖行动的同时将目标转向了海上。海洋恐怖主义使用暴力手段,以海上正常航行的船舶、海上钻井平台及海上作业人员等为攻击目标,以实现其特定的政治经济目的。一旦恐怖分子在海上攻击交通运输线、袭击过往船舶、炸毁油轮、瘫痪港口,将极大摧毁各国经济,影响全球的稳定。

此外,海上走私、海上贩毒及贩运人口、海上污染、海上有组织犯罪等也使得海上航运保护面临着额外严重的挑战。1.2 21世纪海洋的大数据特征

上述海洋形势显示,21世纪人类的海洋开发和利用活动范围扩大、内容升级、程度加深;地缘政治复杂化,相关国家对海洋权益和领土主权的争端趋于激化,包括海洋监视、海上巡航、海上军演、岛礁保护、海上护航、海上冲突、海上外交等活动不断;应急救援、航运保护形势严峻。

由此,人类的海洋活动大数据,有关的海洋科研生产数据,相应的政治、经济、军事、外交等活动大数据,以及与人类海洋活动和军事行动有关的修造船业、钢铁业、仪器仪表装备制造业等信息数据,港航、海关、渔政、边防、相关人员往来等活动大数据以前所未有的速度飞速增长。由于社会的广泛关注,在新闻媒体、互联网上的新闻报道、发帖、讨论产生了大量的信息、情报和数据,显示出21世纪海洋突出的大数据特征。1.2.1 大数据的概念、内涵和特点

1.大数据的概念

世界的本质是数据。在自然界和人类社会,事物总是处于不断的运动变化之中。事物的一切运动、变化时时刻刻都在产生信息,并以物理场、化学变化、机械运动等各种形式表现出来,并通过声、光、电、数字、符号、色彩、图像、视频等方式为外界所感知。大数据的概念是伴随着现代信息技术的推进,特别是互联网技术的迅速推进而来的。

农业社会和工业化社会,由于人类活动的有限——范围的有限和程度的有限,人类获取和产生的数据是相对有限和“可控使用”的。无论是生产、生活,还是科研,信息和数据还没有广泛交融,相对处于孤岛状态。但当20世纪70年代末世界范围的信息爆炸之后,情况迅速变化。一股夹风带雨、汹涌澎湃的“大数据浪潮”以排山倒海之势汹涌而来,快速推进。随着人类活动的广泛深入和高新技术的应用与快速发展,天上星机、地下轨道、海上舰船油井、地面机场车站、交通枢纽、电站水库、仓储库房、办公会议……到处都有传感器分布。进入21世纪,移动电话、个人计算机、光驱、移动硬盘、宽带、互联网、微博、Twitter、Facebook、搜索引擎、视频等争先恐后,接踵而来;社交网络、电子商务、网络教育、虚拟社区序贯成熟,接连不断。海上、陆上、空中、太空,大数据如同脱缰的野马迅猛来袭。当我们在为GB和TB这样的大数据惊讶的时候,接踵而来的更是令人生畏的PB,EB,ZB,…,NB,…随着越来越多的传感器、移动终端接入网络,大数据奔腾在社会、政治、经济、军事、生活的各个领域。移动带宽不断提升,云计算、物联网包罗万象。越来越多的传感器、移动终端接入网络,开启了迅速增长的数据闸门。大数据推动着一切。各种检测、探测、指挥、控制活动,系统设备和设施运行、交通通信使用、社交网络互联、政治经济外交、金融贸易、文体演出等以前所未有的速度产生无穷无尽的数据。这些反映自然界和人类各种活动的消息、数据、信息、情报不断产生、出现并通过互联网交织、融通、汇聚、扩散,汇聚成江湖海洋,呈现出前所未有的弥漫、生长和浩瀚之势,以至于人们使用过去局域化的方法已无法处理。当你单击网页后,各种信息汹涌而来。充斥你耳畔的有无数消息,看到的是各种数据和现象,21世纪全球已进入数据爆炸的时代。这既是一个大数据的概念,也是一个大数据的时代。纷繁复杂的大数据充斥这个世界,反映并体现着这个世界的本质。

目前,人类已可以在不同程度上认识自然与社会:从1015到10-15,从1018到10-18甚至更高,都可以看到自然和人类社会的本质或现象。从太空到天空,从陆地到海洋,人们可以从物理的、化学的、生物的等不同角度和方面收集这个世界的各种大数据。不管如何,宏观和微观、物理和生化,从不同尺度和不同角度获取的大数据最终要向一起靠拢,用于认识这个世界的各种现象和活动。对于这个新时代,有人漠视,有人没有意识,有人则预感这是一个新时代,将改变我们的生活、工作和思维。1980年,世界著名未来学家阿尔文·托夫勒(Alvin Toffler,1928—)在其名著《第三次浪潮》一书中首次明确提出“大数据”一词,并热情地将大数据讴歌为“第三次浪潮的华彩乐章”。20世纪90年代初,“数据仓库之父”Bill Inmon一直津津乐道于大数据的概念。2005年,《无所不包括的数据》一书出版,该书讲述了收集大规模数据会如何改变企业的发展和人们的生活。21世纪第一个10年,“163大数据”正式成为互联网IT行业的流行词汇。至此,大数据的概念基本成型。2011年6月,全球著名咨询公司麦肯锡(McKinsey)全球研究院发布了题为《大数据:下一个创新、竞争和生产力的前沿》的研究报告,正式提出“大数据时代”已经到来,指出当前大数据的规模及其存储容量正在迅速增长,并已渗透到全球各个行业的业务领域中。

2.大数据的内涵

大数据,英文原名Big Data,直译为“大数据”。数据的含义是“已知”的意思,可以理解为事实,表示对某种事物或现象的描述。字面上,大数据就是数量巨大的数据,或称为海量的数据。实际上,大数据是一个较为抽象的概念,数量巨大仅是大数据特征的一个方面。全球闻名的维基百科对大数据的定义是,所涉及的数据量规模巨大到无法通过惯有的人工和技术,在合理时间内完成截取、管理、处理,并整理成为人类所能解读的信息。但大数据的本质不在于数量巨大,而在于其隐含着这个世界体系、组织、运动和状态的所有信息,具有多层面的价值。大数据本身既不是科学,也不是技术,而是网络信息时代的一种客观存在。其战略意义不在于掌握多么庞大的数据量,而在于对这些大量数据进行专业化存储、处理,挖掘、提取所需要的知识和信息。换言之,如果把大数据比作一种产业,那么这种产业实现赢利的关键,在于提高对数据多维多角度的“分析加工能力”,通过分析、加工、应用实现数据的“价值”和“增值”。[8]因此,大数据不仅指大量的数据,更指处理数据的速度和质量。大数据不使用随机分析-抽样调查的方法处理所有的数据。因此,著名的大数据研究机构Gartner又将大数据定义为:“大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。

从技术角度看,大数据关注“数据”,实际是着眼于其业务和功能,需要不同于传统的特殊技术,以有效处理大量的容忍经过时间内的数据。这些特殊技术包括大规模并行处理(MPP)数据库、数据挖掘电网、分布式文件系统、分布式数据库、云计算平台、移动互联网和可扩展计算存储系统等。

大数据的真实价值绝大部分都隐藏在表面之下[9],而发掘数据价值、征服数据海洋的新型工具就是云计算。云计算着眼于“并行网络化计算”,提供IT基础架构,着重计算能力。云计算的特色在于依托云计算的分布式处理、分布式数据库(PaaS)和云存储、虚拟化技术(IaaS)等技术对海量数据进行分布式数据挖掘(SaaS)。其关键技术中的海量数据存储技术、海量数据管理技术、MapReduce编程模型等都是大数据技术的基础。

3.大数据的特点

由上述内容可知,大数据是“具有多元价值的、不能用过去局域化的方法提取、存储、搜索、共享、分析和处理的海量的复杂数据集合”。业界通常用4个“V”来概括当前大数据的特征,简称“四V”。

1)规模巨大(Volume)

大数据显现出来的最直接特征就是集合数据量浩大。大数据是全域的、混杂的全体数据,以规模取胜。这至少有两个方面的含义:一是数据量集合大,量的单位从PB,EB,ZB到NB,DB,…规模巨大,如2007年全球数字内容总量高达1610亿GB,尽管这种数据量规模是相对的,但对于某个领域却是绝对的大数据,大数据直接处理的就是这种海量数据,而不是进行抽样分析和处理;二是随着人类活动的广泛深入和高新技术的应用与快速发展,信息和数据随着时间的增长呈指数级增长,根据国际数据公司(IDC)预计,每年新增数据都在以50%以上的速度增长,每隔不到两年就翻一番,数据量规模不断刷新。

大数据的最小基本单位是bit,其后依次是Byte,KB,MB,GB,TB,PB,EB,ZB,YB,BB,NB,DB,…

它们按照进率210(1024)进行换算:

8 bit=1 Byte

1 KB=1024 Bytes

1 MB=1024 KB=1 048 576 Bytes

1 GB=1024 MB=1 048 576 KB

1 TB=1024 GB=1 048 576 MB

1 PB=1024 TB=1 048 576 GB

1 EB=1024 PB=1 048 576 TB

1 ZB=1024 EB=1 048 576 PB

1 YB=1024 ZB=1 048 576 EB

1 BB=1024 YB=1 048 576 ZB

1 NB=1024 BB=1 048 576 YB

1 DB=1024 NB=1 048 576 BB

目前,大数据的数据量级已从万亿字节(TB)海量发展至千万亿字节(PB)巨量乃至十万亿亿字节(ZB)超量。

2)数据类型多样(Variable)

相较以文本为主的传统关系型数据,当前自然和人类社会活动产生的数据,包括传感器信息、音频、视频、图片、文本、XML、HTML网络日志、地理位置等半结构化和非结构化信息数据呈现爆发式的增长。这些半结构化、非结构化数据和结构化数据共同构成了大数据集合,且半结构化和非结构化数据占有相对较大的比重并呈快速增长之势。大量多源异构的数据,特别是非结构化数据增加了深度分析的复杂度,使得并行数据库技术也难以突破扩展性这一瓶颈。

3)产生和流通速度极快(Velocity)

产生和流通速度极快是当前大数据的又一重要特征。区别于传统静态的或缓速的数据仓库和数据挖掘,大数据往往为高速实时数据流。其大体量和爆炸式的增量数据流要求快速、持续地及时和在线处理,并快速存储,数据的产生、存储、处理、消费及呈现快速一体化。

4)价值多元、密度低(Value)

大数据是自然和人类活动的表征和体现。大数据的价值可以从多方面呈现。从不同的角度,大数据具有不同的价值。总体而言,大数据是知识的宝藏。通过数据的交换、整合、聚类、分析,新的知识、新的规律将被发现,新的意义、新的价值将可能产生。对于具体的应用,大数据的价值密度与数据总量的大小成反比,表现出某种低密度性。例如,在一段1小时的监控视频中,有重大价值者可能仅为某个时刻1~2秒的数据流。1.2.2 21世纪海洋大数据特征

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,逐渐到全面、定量、精确。对海洋价值的再认识使得人类21世纪的海洋活动更加深入、多样、复杂。各种海洋活动信息和数据爆炸式增长。海洋数字化,海上行动日益数据化。海洋数据呈现出复杂、多维、时变、隐含等大数据特征。

1.海上行动的数据化和数字化海洋

随着人类海洋活动的丰富和深入,21世纪海上、陆上、空中和太空情报数据、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、各种军事和非军事指挥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21世纪海洋鲜明的大数据特征。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。人类海洋行动数据化,海洋日益数字化。

1)海上行动的数据化

自古以来,人们认识、改造和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。在海洋,人类的活动不仅空间扩大,而且内容拓展。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。在航运、养殖、观光、考古、资源勘探等各种海洋活动和应急救援、海上护航及海上作战军事和非军事行动中,人类的海洋活动类型多样,使命任务随时变化。产生和需要的各种数据包括时空环境数据,目标与状态变化数据,风、浪、涌、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。在军事行动中,还包括兵力兵器数据,作战平台数据,武器系统和装备数据,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,系统装备状态数据,以及各种情报保障数据等。

当人类的海洋活动要求精确化、海上行动态势可精确传递、感知和共享成为现实需求时,海洋行动方式就从重数量和规模演变为聚焦

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