“在電腦中看,潮汐水位圖就像一張不規(guī)則的曲面網(wǎng),網(wǎng)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)就代表一個(gè)驗(yàn)潮點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。不同的水位高度用不同顏色標(biāo)記,就渲染出一張五彩斑斕的抽象畫。”在江蘇海洋大學(xué)海洋技術(shù)與測(cè)繪學(xué)院一間辦公室中,周立教授向記者展示了他和團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“時(shí)空一體圖”,“這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在連云港30萬噸航道建設(shè)中立下汗馬功勞?!?/p>
江蘇沿海地處國家“一帶一路”建設(shè)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的交匯點(diǎn),區(qū)位獨(dú)特。高質(zhì)量建好中哈(連云港)物流合作基地、上合組織(連云港)國際物流園等,迫切要求進(jìn)一步加快沿海港口群建設(shè),充分發(fā)揮其在區(qū)域經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及自貿(mào)區(qū)建設(shè)中的支撐和帶動(dòng)作用。
近日,2020年度國家海洋科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)公示,江蘇海洋大學(xué)、連云港港口工程設(shè)計(jì)研究院有限公司、江蘇省海洋資源開發(fā)研究院完成的項(xiàng)目“港口航道基礎(chǔ)地理時(shí)空一體圖共享服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)”獲二等獎(jiǎng)。
周立說,海港規(guī)劃建設(shè)需要滿足苛刻的技術(shù)條件、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等。從選址階段就要開始對(duì)地形、地貌、地質(zhì)、氣象、水文、波浪、泥沙等自然條件進(jìn)行勘測(cè),同時(shí)對(duì)城市供電、供水、通信、施工條件以及社會(huì)、人文情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查分析。因此,勘測(cè)數(shù)據(jù)與調(diào)查資料是進(jìn)行港口規(guī)劃建設(shè)的先決條件和基礎(chǔ)。
周立和他的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期開展連云港及江蘇沿??臻g信息基礎(chǔ)設(shè)施和港口海洋動(dòng)力過程信息關(guān)鍵技術(shù)的研究,他們創(chuàng)造性地提出了“時(shí)空一體圖”的概念,并將紛繁復(fù)雜的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橥该骺梢姷囊环Ⅲw圖形式,直觀地描繪蘊(yùn)含其中的內(nèi)涵關(guān)系和潛在規(guī)律。做到港口航道建設(shè)水上水下基礎(chǔ)條件狀況“透明可見、一覽無余、可量可測(cè)”。
常言道:“百聞不如一見”“一圖勝過千言”。海洋是一個(gè)連續(xù)的、邊界不規(guī)則的、內(nèi)部沒有空洞的三維空間動(dòng)態(tài)水體?!澳懿荒苡靡环N可視化的模型,真實(shí)展現(xiàn)海浪動(dòng)態(tài)表面隨時(shí)間高低起伏的過程?”周立提出一種新思路,創(chuàng)建動(dòng)態(tài)三維可視化模型,通過曲面建模方式,將潮汐水位、水溫、鹽度,海面、水體、海底等復(fù)雜多源的時(shí)空數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展現(xiàn)在海水實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模型圖中。
海水潮汐動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是港口航道建設(shè)條件最重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的獲取潮汐水位數(shù)據(jù)的方法是在近海設(shè)立一個(gè)或多個(gè)驗(yàn)潮站,進(jìn)行水位觀測(cè)。已建成的驗(yàn)潮站數(shù)量有限,這種固定觀測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的范圍很有限,無法采集離岸較遠(yuǎn)的海區(qū)潮汐動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。周立將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機(jī)搭載在海事管理部門設(shè)置的海面浮標(biāo)上,同時(shí)自主開發(fā)設(shè)計(jì)了GNSS潮汐測(cè)量浮標(biāo),放置在需要采集潮汐數(shù)據(jù)的海面。這樣一來就巧妙地將數(shù)據(jù)采集模式由“固定機(jī)位”變成“游機(jī)位”方式,數(shù)據(jù)采集點(diǎn)大大增加,織密數(shù)據(jù)網(wǎng),潮汐模擬預(yù)報(bào)精度大大提升。
周立說,“時(shí)空一體圖”是對(duì)港口航道建設(shè)工程多源信息數(shù)字化重現(xiàn)的一種嘗試。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年努力,建成了“縱向多層—橫向多庫”數(shù)據(jù)中心,不僅對(duì)目前采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)集成、信息提取、智能分析、集成共享,還將港口開發(fā)建設(shè)以來長(zhǎng)期積累的有代表性的歷史數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集整理和數(shù)字化,準(zhǔn)確再現(xiàn)港口航道開發(fā)建設(shè)中各個(gè)階段的信息。
航道是港口重要基礎(chǔ)設(shè)施,隨著世界海運(yùn)船舶大型化發(fā)展,深水航道通航安全顯得越來越重要?!皶r(shí)空一體圖”這一方案為助推江蘇沿海建港科技創(chuàng)新、優(yōu)化港口布局、降低建港風(fēng)險(xiǎn)等方面取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
連云港30萬噸級(jí)航道是迄今為止國內(nèi)外開挖厚度最大的人工航道,由于江蘇沿海地質(zhì)條件復(fù)雜,具有特殊淤泥質(zhì)海岸和輻射沙脊群等地質(zhì)特征,變形機(jī)制多樣,疏浚工程量大,邊坡工程量占整個(gè)疏浚工程量20%~30%,邊坡坡度的確定不僅關(guān)系到航道邊坡施工穩(wěn)定和航道安全營(yíng)運(yùn),而且關(guān)系到疏浚工程量和工程投資成本,更關(guān)系到港口設(shè)施及區(qū)域地質(zhì)安全、人民生活安全。
周立說,將航道水文、海底地形地質(zhì)條件,以及復(fù)雜的動(dòng)力過程疊加在“時(shí)空一體圖”三維地理模型上,清晰透明地展現(xiàn)航道施工動(dòng)態(tài)環(huán)境,為連云港港30萬噸級(jí)航道建設(shè)工程管理科學(xué)化、信息化提供支撐與保障?!拔覀兊臄?shù)據(jù)庫有效整合各歷史時(shí)期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),大大節(jié)省了工程設(shè)計(jì)規(guī)劃階段的前期投入,同時(shí)使建設(shè)施工的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變得‘透明’,加快建設(shè)速度,節(jié)約了時(shí)間成本,優(yōu)化施工方案,提質(zhì)增效降低投資數(shù)十億元?!?/p>
海洋測(cè)繪是謀劃、決策、規(guī)劃和實(shí)施一切國家海洋戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ),是海洋保護(hù)開發(fā)的眼睛。然而目前海洋測(cè)繪仍然面臨諸多問題:現(xiàn)有的海洋船舶測(cè)繪平臺(tái)作業(yè)成本高、效益低;數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化程度低、實(shí)時(shí)性差;數(shù)據(jù)不能智能化處理,工作效率低;視覺圖像、聲學(xué)圖像,對(duì)目標(biāo)物的判別尚需人工判讀。如需改變現(xiàn)狀,必須在海洋測(cè)繪行業(yè)來一場(chǎng)顛覆式的革命,而無人化技術(shù)的潮流給海洋測(cè)繪帶來了新的發(fā)展機(jī)遇?!鞍讶肆暮?jiǎn)單重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來,創(chuàng)造更大的價(jià)值。我們的項(xiàng)目也是一次無人化海洋測(cè)繪的嘗試。”周立表示,進(jìn)行無人化海洋測(cè)繪研究,借助云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和地理空間信息技術(shù)等,可以完成海洋空間大數(shù)據(jù)采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用等一系列工作,這是一種前所未有的無人化海洋測(cè)繪新體系,“智慧海洋的建設(shè)離不開頂層設(shè)計(jì)和技術(shù)支撐,在海洋測(cè)繪領(lǐng)域,無人化是大勢(shì)所趨,擺在測(cè)繪人面前的課題還有很多,必須竭盡全力。”(記者 王拓)