“在电脑中看，潮汐水位图就像一张不规则的曲面网，网中每个结点就代表一个验潮点的实时数据。不同的水位高度用不同颜色标记，就渲染出一张五彩斑斓的抽象画。”在江苏海洋大学海洋技术与测绘学院一间办公室中，周立教授向记者展示了他和团队研发的“时空一体图”，“这项关键技术在连云港30万吨航道建设中立下汗马功劳。”
江苏沿海地处国家“一带一路”建设和长江经济带建设的交汇点，区位独特。高质量建好中哈(连云港)物流合作基地、上合组织(连云港)国际物流园等，迫切要求进一步加快沿海港口群建设，充分发挥其在区域经济和产业发展以及自贸区建设中的支撑和带动作用。
近日，2020年度国家海洋科学技术进步奖公示，江苏海洋大学、连云港港口工程设计研究院有限公司、江苏省海洋资源开发研究院完成的项目“港口航道基础地理时空一体图共享服务关键技术”获二等奖。
周立说，海港规划建设需要满足苛刻的技术条件、生态环境和社会经济效益等。从选址阶段就要开始对地形、地貌、地质、气象、水文、波浪、泥沙等自然条件进行勘测，同时对城市供电、供水、通信、施工条件以及社会、人文情况等数据进行调查分析。因此，勘测数据与调查资料是进行港口规划建设的先决条件和基础。
周立和他的团队长期开展连云港及江苏沿海空间信息基础设施和港口海洋动力过程信息关键技术的研究，他们创造性地提出了“时空一体图”的概念，并将纷繁复杂的海洋环境数据转变为透明可见的一幅立体图形式，直观地描绘蕴含其中的内涵关系和潜在规律。做到港口航道建设水上水下基础条件状况“透明可见、一览无余、可量可测”。
常言道:“百闻不如一见”“一图胜过千言”。海洋是一个连续的、边界不规则的、内部没有空洞的三维空间动态水体。“能不能用一种可视化的模型，真实展现海浪动态表面随时间高低起伏的过程?”周立提出一种新思路，创建动态三维可视化模型，通过曲面建模方式，将潮汐水位、水温、盐度，海面、水体、海底等复杂多源的时空数据实时展现在海水实时动态模型图中。
海水潮汐动态数据是港口航道建设条件最重要基础数据。传统的获取潮汐水位数据的方法是在近海设立一个或多个验潮站，进行水位观测。已建成的验潮站数量有限，这种固定观测点采集数据的范围很有限，无法采集离岸较远的海区潮汐动态数据。周立将北斗卫星导航定位接收机搭载在海事管理部门设置的海面浮标上，同时自主开发设计了GNSS潮汐测量浮标，放置在需要采集潮汐数据的海面。这样一来就巧妙地将数据采集模式由“固定机位”变成“游机位”方式，数据采集点大大增加，织密数据网，潮汐模拟预报精度大大提升。
周立说，“时空一体图”是对港口航道建设工程多源信息数字化重现的一种尝试。团队经过多年努力，建成了“纵向多层—横向多库”数据中心,不仅对目前采集的各种数据进行动态集成、信息提取、智能分析、集成共享，还将港口开发建设以来长期积累的有代表性的历史数据资料进行收集整理和数字化，准确再现港口航道开发建设中各个阶段的信息。
航道是港口重要基础设施，随着世界海运船舶大型化发展，深水航道通航安全显得越来越重要。“时空一体图”这一方案为助推江苏沿海建港科技创新、优化港口布局、降低建港风险等方面取得了显著的社会经济效益。
连云港30万吨级航道是迄今为止国内外开挖厚度最大的人工航道，由于江苏沿海地质条件复杂，具有特殊淤泥质海岸和辐射沙脊群等地质特征，变形机制多样，疏浚工程量大，边坡工程量占整个疏浚工程量20%～30%，边坡坡度的确定不仅关系到航道边坡施工稳定和航道安全营运，而且关系到疏浚工程量和工程投资成本，更关系到港口设施及区域地质安全、人民生活安全。
周立说，将航道水文、海底地形地质条件，以及复杂的动力过程叠加在“时空一体图”三维地理模型上，清晰透明地展现航道施工动态环境，为连云港港30万吨级航道建设工程管理科学化、信息化提供支撑与保障。“我们的数据库有效整合各历史时期的基础数据，大大节省了工程设计规划阶段的前期投入，同时使建设施工的现场环境变得‘透明’，加快建设速度，节约了时间成本，优化施工方案，提质增效降低投资数十亿元。”
海洋测绘是谋划、决策、规划和实施一切国家海洋战略的重要基础，是海洋保护开发的眼睛。然而目前海洋测绘仍然面临诸多问题：现有的海洋船舶测绘平台作业成本高、效益低；数据采集自动化程度低、实时性差；数据不能智能化处理，工作效率低；视觉图像、声学图像，对目标物的判别尚需人工判读。如需改变现状，必须在海洋测绘行业来一场颠覆式的革命，而无人化技术的潮流给海洋测绘带来了新的发展机遇。“把人力从简单重复的劳动中解放出来，创造更大的价值。我们的项目也是一次无人化海洋测绘的尝试。”周立表示，进行无人化海洋测绘研究，借助云计算、物联网、人工智能和地理空间信息技术等，可以完成海洋空间大数据采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用等一系列工作，这是一种前所未有的无人化海洋测绘新体系，“智慧海洋的建设离不开顶层设计和技术支撑，在海洋测绘领域，无人化是大势所趋，摆在测绘人面前的课题还有很多，必须竭尽全力。”(记者 王拓)
