美国国防高级研究计划局(DARPA)在2019年宣布了一项名为“海洋物联计划”(Ocean of Things, OoT)的革命性项目,旨在通过部署数万个低成本智能浮标,构建一个覆盖广阔海域的分布式传感器网络。该计划利用先进的云计算和机器学习技术,为军事、科学研究和商业用户提供前所未有的海洋态势感知能力。
突破性设计:低成本、智能化、环保优先
海洋物联计划的核心在于使用低成本、环保材料制造的智能浮标,单个浮标制造成本控制在500美元以内,每个浮标都配备了低成本的全球定位系统(GPS)芯片组和天线,以及惯性测量单元(IMU)。这些IMU包含加速度计、陀螺仪和磁力计,用于精确测量浮标的运动和海浪特征。
通过这些传感器,浮标能够实时记录自身的动态信息,包括位置变化、倾斜角度以及三轴加速度等。这些数据不仅可以反映海洋表面的运动状态,还能为研究波浪传播和能量分布提供重要基础。
此外,每个浮标配备了一组商业传感器,可监测海洋温度、海况以及船只和海洋生物的活动情况。数据经过浮标内置算法初步处理后,通过卫星传输至云端分析平台,实时生成海洋动态图景。这些浮标由可生物降解材料制成,确保不会对海洋生态环境造成影响。
技术亮点:云计算与机器学习驱动
OoT系统将海量海洋数据传输至政府云环境,采用先进的机器学习算法进行处理和分析。分析功能包括海洋环流预测、船舶及海洋哺乳动物追踪以及动态海洋资源管理。这种云计算驱动的分析模式,使得OoT不仅是海洋物联网的先锋,也标志着海洋数据利用的模式转型。
多样化应用:从军事到生态保护
OoT计划的影响力将覆盖多个领域:
- 军事用途:支持实时海洋监控,增强国防能力。
- 科研探索:提供高密度原位测量数据,为海洋环流、气候变化研究提供关键支持。
- 生态保护:浮标采集的声学数据有助于检测海洋哺乳动物的活动,为保护其栖息地提供科学依据。
- 非法活动监控:通过分析浮标数据,可识别非法捕鱼和其他海上异常行为。
分阶段部署:从实验到全球覆盖
项目分为三个阶段部署:
- 2019年,部署4,500个浮标,进行为期3个月的实验。
- 2020年,扩大到15,000个浮标,并延长至6-8个月的连续数据收集。
- 最终计划部署50,000个浮标,实现全球范围内的长时间监测。
进展情况
尽管OoT已经发布5年,但是并没有布放5万套浮标。调研发现,美国Sofar公司的投放的5000套GPS漂流浮标(Spotter buoy)反而可能是其为数不多的资助项目。
但这并不是唯一的全球性浮标计划。在中国,青岛安海科技正在世界海浪观测联盟的协调下,计划布放1万个低成本智能浮标,利用北斗导航系统(BDS)收集高精度的海洋观测数据,为科研和生态保护提供支持。这一计划由 “观海基金” 助,其浮标技术以高性价比和可扩展性为特点,特别适合大规模布放。和美国Spotter浮标侧重军事用途不同,青岛安海的浮标还将服务全球航运等非军事领域。
展望未来:全球海洋观测的新时代
DARPA的“海洋万物计划”正在为全球的海洋监测和治理注入新动力。这些浮标将大幅提升海洋数据的可用性,为动态海洋管理和科学研究提供强有力支持。而青岛安海科技的全球浮标计划,也将凭借其本地制造优势,为海洋科学界贡献重要力量。