202x年5g智慧海洋word版.docx

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202x年5g智慧海洋word版

5G智慧海洋解决方案

一、智慧海洋介绍

海洋作为人类赖以生存和发展的重要空间，拥有丰富的物质和能量资源，是各国战略利益竞争的制高点。

我国拥有300多万km2的管辖海域和1.8万km大陆岸线，拥有广泛的海洋战略安全和发展利益。

党的十八大提出建设海洋强国的重大战略部署，党的十九大进一步

明确坚持陆海统筹，加快建设海洋强国。

这充分说明海洋强国建设已是新时代中国特色社会主义事业的重要组成部分。

1.1我国海洋信息化现状

经过多年的发展，我国海洋信息基础设施建设初具规模，逐步构建海洋环境观测系统，海洋资源综合调查手段和范围不断拓展，资料获取能力和数据量得到极大提升，观测范围初

步覆盖近岸、近海、大洋和极地，形成了较为丰富的海洋信息和数据家底。

海洋信息应用服务能力持续增强，相关涉海机构围绕海上交通、海洋预报、海洋渔业、海洋资源开发、海洋环境监测、海岛（礁）测绘、涉海电子政务等领域需求，开展了各具特色的信息应用服务，取得了显著成效。

2003年，借助我国近海海洋综合调查与评价专项的

实施，正式启动了我国数字海洋信息基础框架建设，建成了数字海洋信息基础平台和数字海

洋原型系统，为我国海洋信息化发展奠定了坚实基础。

1.2存在的不足与面临的形势

与世界上海洋发达国家相比，我国海洋信息体系建设总体上能力不强，海洋观测和开

发的核心装备“硬实力”不足，海洋信息体系“软实力”不够完善，主要表现在：

一是缺乏全局战略性顶层设计，海洋信息资源散又弱，难以发挥整体优势；二是海洋核心技术装备

的自主研发能力不足，关键设备依赖进口，难以有效支撑海洋信息基础设施建设；三是海洋

信息自主获取与通信能力严重不足，覆盖范围、观测要素、时效精度和数据质量都亟待提升；

四是海洋相关标准不一、共享机制不畅，“信息孤岛”现象严重；五是海洋信息服务规模小、水平低，难以满足海洋综合管理、军事活动、经济发展等方面的需要。

随着云计算、大数据、人工智能等新一轮信息技术在各领域的深入应用，各行业信息

化都产生了深刻变革，智慧国土、智慧城市、智慧交通、智慧医疗等一系列与智慧相关的解

决方案和工程相继落地，并对人类生产生活产生长远影响。

当前，我国海洋强国战略和国家

信息化战略稳步推进，海洋信息化发展已步入大有作为的重要战略机遇期。

新形势下，加快

推动以智慧海洋带动海洋信息化深入发展，是顺应国际国内两个大势、抢抓机遇、建设海洋

强国的必然选择。

1.3智慧海洋定位与体系框架

针对当前我国海洋信息体系发展的上述不足，智慧海洋的发展定位应是引导我国海洋

智能化技术革命4.0的信息基础能力建设，主要包括海洋信息智能化基础设施建设，以及核

心海洋智能科技创新与核心信息装备研发。

智慧海洋的发展应基于海洋综合立体感知，互

联网实时信息传输和大数据、云计算、知识挖掘等三大高新技术，以海洋综合感知网、海洋

信息通信网、海洋大数据云平台等信息基础设施建设为主体，搭建海洋信息智能化应用服务

群，即“两网、一平台、一个应用服务群”，并建立贯穿各个环节的标准质量、运维服务、技术装备和信息安全体系。

各组成部分之间相互关联、相互融合，形成了一个有机整体。

海洋综合感知网是智慧海洋的核心基础，主要功能是实现海洋环境（水文气象、生物化

学、生态、地质、能源矿产、声光电磁以及基础地理信息等）、海上目标（空中、海上、水下）、涉海活动（海洋管控、资源开发、生态文明建设等）和重要海洋装备（防务、资源开发、海洋运输和科考装备）等信息的全面获取，为智慧海洋提供数据源。

海洋信息通信网是智慧海洋的联通纽带，通过提高海洋综合感知、海上协同行动和海上

公众服务通信保障三大能力，着力解决不具备业务化海洋通信能力、过度依赖国外卫星通信、

通信安全没有保障和水下定位导航能力基本空白四大问题，实现各类海洋感知、管理决策、指挥控制信息和指令的安全、实时、畅通传输。

海洋大数据云平台是智慧海洋的神经中枢，通过建设海洋大数据云平台，实现对全部涉海行业信息基础设施的集约利用以及各种海洋数据资料的交互融合和智慧挖掘，显著提升海

洋信息资源的智能分析和共享服务水平，为海洋环境认知、装备研发、安全管控、智能应用等提供海洋存储计算资源、数据资源和应用资源等支撑服务。

海洋信息应用服务群是智慧海洋核心价值的体现，通过统一规划设计面向海洋安全与权

益维护、海洋综合管理、海洋开发利用、海洋公共服务保障、海洋环境认知和生态文明建设需求，以升级、重构、新建等方式整合各部门涉海信息存量资源，打通涉海领域行业应用之间的信息与业务应用系统交流渠道，形成统筹发展、共享协作的智能化应用服务体系。

二、智慧海洋总体网络解决方案

2.1智慧海洋网络解决方案简介

智慧海洋的建设理念：

以服务海洋经济发展和海洋生态保护为宗旨，以5G物联网、云

计算、大数据、人工智能和3S（RSGIS、GPS技术为支撑，以政府、企业和公众为服务对

象,涵盖海洋生态环保、海洋预报减灾、海洋行政、海洋渔业等领域，为智慧海洋的信息化建设与运营服务。

智慧海洋的设计思路：

以海洋为基础、以业务为核心、以服务为导向",建设立体化的海洋数据采集体系和数据传输网络、协同智慧的海洋业务云服务平台以及面向海洋经济发展和海洋生态环保的两个“智慧窗口”，通过云服务实现人海互联”，做到”智慧用海、智慧管海”。

智慧海洋应用新的5G通信技术：

5G网络是第五代移动通信网络，特点如下：

高速率：

提供IGpbs用户体验速率，数十Gpbs峰值速率和数十Tbps每平方公里流量密

低延退：

为用户提供毫秒级的端到端时延和/或接近100%勺业务可靠性保证；

大连接：

支持百万/平方公里连接数密度；

5G技术优势：

高频波：

速率更快；

微基站：

上网更稳定；

波束赋形：

带宽有效运用；

2.2智慧海洋网络解决方案架构

环保、海洋预报减灾、海洋行政、海洋渔业等多个方面。

海洋生态环保

提供智慧海洋环境监测评价信息化服务，涵盖海洋环境监测据的采集、实验室分析管理、环境分析评价、环境质量公报的一键制作、评价信息发布以及海洋工程项目管理等多个方面。

海洋预报减灾

提供智慧海洋预报减灾信息化服务，包括多源异构的观测信息的智能化解析集成、数值预报模型服务及精细化报服务、预警报单的智能化制作与发布、预报数据三维可视化、粒子可视化、灾害应急指挥管理等信息化服务。

海洋执法

提供海上执法信息化服务，包括海洋执法情报采集、违法智慧裁判、现场移动执法、执法综合管理、执法智慧决策等信息化服务，能够加强海上违法查处能力，有效提升海域、海岛管理和海洋环境保护工作效率。

海洋资源

提供海域、海岛、海岸线等海洋资源综合管理信息化服务，包括海洋资源审批使用管理、动态监视监测管理等信息化服务，为海洋资源管理提供强有力的信息化支撑。

海洋渔业

以水产品、渔港、渔船、船员为主体，以物联网、云计算、大数据、人工智能等技术为

支撑，以政府、企业和公众为服务对象，公司团队基于多年行业积累及高校专业优势，深入分析水产养殖、渔政、渔业产业、渔业执法等不同部门的信息化需求及价值实现需求，率先提

出一整套智慧渔业解决方系提供省级和地市级的综合型智慧渔业信息化建设和运营服务。

三、5G蜂窝网络技术

3.15G网络设计原则

为了应对5G需求和场景对网络提出的挑战，并满足5G网络优质、灵活、智能、友好的整体发展趋势，5G网络需要通过基础设施平台和网络架构两个方面的技术创新和协同发展，

最终实现网络变革。

当前的电信基础设施平台是基于专用硬件实现。

5G网络将通过引入互联网和虚拟化技

术，设计实现基于通用硬件的新型基础设施平台，从而解决现有基础设施平台成本高、资源配置能力不强和业务上线周期长等问题。

在网络架构方面，基于控制转发分离和控制功能重构的技术设计新型网络架构，提高接入网在面向5G复杂场景下的整体接入性能。

简化核心网结构，提供灵活高效的控制转发功能支持高智能运营，开放网络能力，提升全网整体服务水平。

3.2新型基础设施平台

实现5G新型设施平台的基础是网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术。

NFV

技术通过软件与硬件的分离，为5G网络提供更具弹性的基础设施平台，组件化的网络功能模

块实现控制面功能可重构。

NFV使网元功能与物理实体解耦，采用通用硬件取代专用硬件，可以方便快捷的把网元功能部署在网络中任意位置，同时对通用硬件资源实现按需分配和动态伸缩，以达到最优的

资源利用率。

SDN技术实现控制功能和转发功能的分离。

控制功能的抽离和聚合，有利于通过网络控

制平面从全局视角来感知和调度网络资源，实现网络连接的可编程。

3.35G网络逻辑架构

为了满足业务与运营需求，5G接入网与核心网功能需要进一步增强。

接入网和核心网的

逻辑功能界面清晰，但是部署方式却更加灵活，甚至可以融合部署。

5G接入网是一个满足多场景的以用户为中的多层异构网络。

宏站和微站相结合，统一容

纳空口多种接入技术，提升小区边缘协同处理效率，提高无线和回传资源利用率。

5G无线接入网由孤立的接入“盲”管道转向支持多接入和多连接、分布式和集中式、自回传和自组织的复杂网络拓扑，并且具备无线资源智能化管控和共享能力，支持基站的即插即用。

5G核心网需要支持低时延、大容量和高速率的各种业务。

能够更高效的实现对差异化业务需求的按需编排功能。

核心网转发平面进一步简化下沉，同时将业务存储和计算能力从

网络中心下移到网络边缘，以支持高流量和低时延的业务要求，以及灵活均衡的流量负载调

度功能。

NFV和SDN技术在移动网络的引入与发展，将推动5G网络架构的革新，借鉴控制转发分离技术对网络功能进行重组，使得网络逻辑功能更加聚合，逻辑功能平面更加清晰。

网络功能可以按需编排，运营商能根据不同场景和业务特征要求，灵活组合功能模块，按需定制网络资源和业务逻辑，增强网络弹性和自适应性。

5G网络逻辑架构

新型5G网络架构包含接入、控制和转发三个功能平面。

控制平面主要负责全局控制策略的生成，接入平面和转发平面主要负责策略执行。

接入平面：

包含各种类型基站和无线接入设备。

基站间交互能力增强，组网拓扑形式丰富能够实现快速灵活的无线接入协同控制和更高的无线资源利用率。

控制平面：

通过网络功能重构，实现集中的控制功能和简化的控制流程，以及接入和转发

资源的全局调度。

面向差异化业务需求，通过按需编排的网络功能，提供可定制的网络资源，

以及友好的能力开放平台。

转发平面：

包含用户面下沉的分布式网关，集成边缘内容缓存和业务流加速等功能，在集

中的控制平面的统一控制下，数据转发效率和灵活性得到极大提升。

3.45G关键技术

3.4.1网络切片

网络切片需求方

网络切片架构

网络切片是网络功能虚拟化（NFV）应用于5G阶段的关键特征。

一个网络切片将构成一个端到端的逻辑网络，按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。

上图所示的网络切片架构主要包括切片管理和切片选择两项功能。

切片管理功能有机串联商务运营、虚拟化

资源平台和网管系统，为不同切片需求方（如垂直行业用户、虚拟运营商和企业用户等）提供

安全隔离、高度自控的专用逻辑网络。

切片管理功能包含三个阶段

1）商务设计阶段：

在这一阶段，切片需求方利用切片管理功能提供的模板和编辑工具，设

定切片的相关参数，包括网络拓扑、功能组件、交互协议、性能指标和硬件要求等

2）实例编排阶段：

切片管理功能将切片描述文件发送到NFVMANO^能实现切片的实例

化，并通过与切片之间的接口下发网元功能配置，发起连通性测试，最终完成切片向运行态

的迁移。

3）运行管理阶段：

在运行态下，切片所有者可通过切片管理功能对己方切片进行实时

监控和动态维护，主要包括资源的动态伸缩，切片功能的增加、删除和更新，以及告警故障处理等。

切片选择功能实现用户终端与网络切片间的接入映射，切片选择功能综合业务签约和功

能特性等多种因素，为用户终端提供合适的切片接入选择。

用户终端可以分别接入不同切片，

也可以同时接入多个切片。

用户同时接入多切片的场景形成两种切片架构变体

独立架构：

不同切片在逻辑资源和逻辑功能上完全隔离，只在物理资源上共享，每个切片

包含完整的控制面和用户面功能

共享架构：

在多个切片间共享部分的网络功能。

一般而言，考虑到终端实现复杂度，可对

移动性管理等终端粒度的控制面功能进行共享，而业务粒度的控制和转发功能则为各切片的

独立功能，实现特定的服务。

3.4.2移动边缘计算

移动边缘计算（MEC,MobileEdgeComputing）改变4G系统中网络与业务分离的状态，将

业务平台下沉到网络边缘，为移动用户就近提供业务计算和数据缓存能力，实现网络从接入

管道向信息化服务使能平台的关键跨越，是5G的代表性能力。

如下图所示，MEC核心功能主

要包括

1）应用和内容进管道。

MECT与网关功

能联合部署，构建灵活分布的服务体系。

特别针对本地化、低时延和高带宽要求的业务，如

移动办公、车联网、4K-8K视频等，提供优化的服务运行环境

2）动态业务链功能。

MEC功能并不限于简单的就近缓存和业务服务器下沉，面且随着计

算节点与转发节点的融合，在控制面功能的集中调度下，实现动态业务链（ServiceChain）

技术，灵活控制业务数据流在应用间路由，提供创新的应用网内聚合模式。

3）控制平面辅助功能。

MEC可以和移动性管理、会话管理等控制功能结合，进一步优化

服务能力。

例如，随用户移动过程实现应用服务器的迁移和业务链路径重选；获取网络负荷、

应用SLA和用户等级等参数对本地服务进行灵活的优化控制等。

移动边缘计算功能部署方式

非常灵活，即可以选择集中部署，与用户面设备耦合，提供增强型网关功能，也可以分布式的部署在不同位置，通过集中调度实现服务能力。

四、智慧海洋5G应用场景

4.1海洋环境在线监测

海洋环境在线监测以卫星、航空等遥感监测手段以及视频、岸基站、浮标、雷达、船舶等在线监测技术手段，利用5G物联网的通信方式在线数据实时传输。

实现海洋行政主管部门对海洋环境从状态监测到过程监控的转变，从现状监测到预警预报的转变，提升海洋管理

部门对海洋环境现状、主要污染源、重要功能区、生态区、环境风险区、人为活动等的实时在线监测和动态管控能力。

5G的高速度、大容量、低时延、低功耗的特点，将成为海洋环境监测的技术利器，为实现海量设备接入和数据传输提供技术支撑。

4.2海洋环境评价

基于海洋坏境监测据，结合国家和海洋行业的评价标准与评价方法，智能、自动、全程帮

助评价人员高效完成分析评价。

系统角度全面、判断精准的评价数据质量控制机制，内容丰

富、操作方便的评价公式编辑器，功能强大、使用灵活的评价方法定制，基于GIS的强大时空分析，一键式导出分析评价报告五大特色。

系统在排污口及邻近海域、海水质量、江河入海通量、海洋流积物质量、放射性环境质量、滨海旅游度假区、海水浴场、断面调查、倾倒区等海洋环境监测数据以及大气环境监测数据的分析评价中得到广泛应用，大幅度节省了分析

评价人员的宝贵时间、大幅度提高了分析评价单位的信息化水平

4.3海洋观测信息综合采集解析

通过对海洋环境观测获取了大量数据，包含海洋站、浮标、志愿船、探空、地面、台风、

传真、地波雷达、X波段雷达、平台、GP潜数据，。

通过数据库综合采集管理系统，只需要

进行简单配置即可完成数十种异构海洋数据的监控统计、解析与产品数据的输出，大大缩短

了海洋数据可读性、可用性转化时间成本，为海洋预报业务提供强有力的数据支撑

4.4海洋数值预报

基于灾害性海洋环境观测信息，研发海浪、风暴潮、温度、盐度、海流等精细化数值预

报模型，实时输出预报结果，为海上渔业、交通运输等生产活动提供指导产品；研发重点区域

风暴潮漫滩（堤）数值预报模型、海上突发事故保障数值预报模型，为应急处置和指挥决策提

供辅助支撑。

该系统将全面提升海洋的防灾减灾能力，为海洋环境和海洋经济的稳定、可持

续发展提供支持。

4.5海洋行政执法管理

综合运用GIS、GPSRS5G网格化管理等技术，实现以移动终端设备为载体的省级和

地市辖区内海洋各部门信息查询、现场执法、任务管理、稽查考核和队伍管理等功能。

主要

包括遥感监察子系统、视频监控子系统、公众举报子系统、执法处理子系统，系统应用后将

实现海上执法相关信息和流程的统一集成，满足对执法任务的分配、监督、评价需求，对执法

过程进行统一管理，改进传统海上执法模式，显著提高海洋执法效率

4.6海渔移动执法

从执法的管理、决策、现场、信息交换等方面入手，在执法现场，全过程的记录存储执法过程、词取各项法律法规、载入违法行为各项标准和自由裁量权，查询相关企业、人员的资

质证书，制作法律文书，上传、审批、回传、下达等移动执法功能

4.7海洋三维可视化管理

通过先进的海洋可视化技术与大量详实的海洋数据结合，将海洋描绘地更加形象、更加

具体、更加生动，推动了中国海洋研究的新进程。

数据可视化是对近海站位调查中的环境参数数据进行分层展示。

具体参数包含pH、溶

解氧、叶绿素、CTD五项营养盐等。

依据各类要素数据特点进行三维可视化，即在三推空间

视图下查看和比较各个要素的分布特点。

对于pH,可比较看同一站点，不同深度的数据变化

以及同一深度不同站点的数据变化。

4.8智能化油指纹鉴别管理

以大量油脂纹数据的存储管理为基础，结合多种油脂纹数据分析模型、方法与先进的信息化展示手段，实现样品的可视化分析、智能化鉴别、半自动化鉴别，同时提供强大的一键式

生成鉴别报系统的使用能大幅度提高海上不明溢油源的鉴别效率，节省大量人力物力，提高

海事溢油鉴别单位的信息化水平。

仪器分忻

色谱图.成谱圈…

油品的特征指标

进行存储，从而实现养殖环境的在线监测，完成生态要素的比测，自动生成养殖环境要素的评

价报告。

实现对水质环境和生物运动状态及生活习性的实况视频监控，从而建设一种同时适

用于海水养殖与淡水养殖的新型生态环境在线监测系统。

0.10

油指纹分析

放据积分■浓度L算

诊断比直计算

油指纹数据库

4.9养殖环境在线监测

实现溶解氧、pH、温度、盐度、氨氮、浊度、叶绿素、压力、陆上气象和水下高清视频

等环境要素的长期、实时、原位、在线观测，并将数据实时传送到养殖水质环境综合数据库

4.10渔船动态监管

按照国家有关法律法规和政策、标准的要求，以计算机技术、网络通讯技术和无线通信

技术、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）等现代化手段，对各级渔船动态监管部门及提供渔船监管服务的运营商所产生的船舶信息、（船位、报警、短信等）、业务信息、管理等

数据进行采集、处理、存储、分析、展示、传输及交换从而为渔业管理部门、渔业机构、渔船公司及社会公众提供全面的、自动化的管理及各种服务的信息系统