无线电导航定位信号，很难穿透厚厚水层。以是潜艇与无人潜航器在水下飞行时，无法利用环球卫星导航定位体系信号来定位与导航。美国正在加快研发一个可为水下目的提供导航定位办事的体系，其事情原理与GPS相似，但用来传送定位信号的载体不是无线电波，而是声波。中国早在2008年，就开辟出雷同体系了。

美国军事航空与电子网，于2017年2月20登载文章，称美国国防高级研究筹划局投资开辟的“深海定位导航体系”，现在正在举行第一阶段的研制事情。

美国媒体称，“深海定位导航体系”一旦研制乐成并投入利用，就可以大概在大洋中，为种种载有该体系移动事情终真个水下目的，提供及时、一连、稳固的定位导航信息。在水下事情的平台，不必要像往常一样定期上浮，以吸收来自GPS的定位导航信号。水下平台袒露自身的概率，将大幅低落。由于水下平台一旦浮出水面，就失去了水层的掩护，而成为容易被敌方天基、空基及舰基雷达猎获的目的。

我们知道，手机、地面车辆、水面舰船、空中飞机，只要装上美国GPS、中国“斗极”、俄罗斯“格洛纳斯”体系信号担当机，就能随时知道本身位置。但这三大环球卫星定位导航体系发出的导航定位信号，是由无线电波发送的，而无线电波，很难穿透厚厚水层。因而，在水下潜航的潜艇、无人潜航器及别的事情平台，是无法直接利用环球卫星定位导航体系终端，来完成定位导航使命。

（下为传统的水下声学定位体系事情原理）

在水下定位导航技能方面，现在列国广泛利用长基线、短基线和超短基线等水下声定位体系。但这些体系均存在布设、校准和维护困难，不克不及快速机动摆设，作用范畴有限等缺点。

水下飞行器，好比战略与战术潜艇，在水下飞行时，固然也可仅利用惯导体系来导航与定位，但惯性导航体系也有天本性缺点：它的定位偏差会随时间增长而积聚；每次利用之前，都必要花较永劫间来调校它；水下潜航器每过一段时间，就得浮出水面，利用天文导航、环球卫星定位导航体系导航信号，来得到准确的位置参数，以校正惯导体系累积的偏差，而如许一来，就会增长本身袒露机率。

针对种种传统水下定位导航本领存在的缺点，法国领先于其他国度，开辟出了环球第一套水下GPS目的定位导航跟踪体系。

中国科学技能大学的专家指出，现在，天下上全部在役在建的、可为水下潜艇、无人潜艇器提供导航定位办事的体系，其事情原理，都与环球卫星导航定位体系的事情原理雷同。但它用来向水下目的发送导航定位信号的载体，是颠末经心选择的声波，而不是无线电波。

当我们在地面、海面与空中，利用美国GPS、中国“斗极”、俄罗斯“格洛纳斯”体系导航与定位时，只要我们手中的移动终端，能乐成担当到这三大要系中任一体系中四颗卫星所发送的信号，就能解算出本身所处位置。

同样，装有水下GPS目的定位导航跟踪体系移动终真个水下潜航器，只需同时担当到四个浮标用声波发送的导航定位信号，水下潜航器也能立刻得知自身位置。

用普通易懂的话说，在水下GPS目的定位导航跟踪体系，浮标相称于GPS中的卫星；浮标用来向水下目的发送导航定位信号的声波，相称于GPS中卫星所发射的、携有导航定位信息的无线电波。

（潜艇从水下发射导弹时，必要精准的定位信息）

必要夸大的是，在水下GPS目的定位导航跟踪体系中，浮标自身载有GPS信号担当装置，它能随时知道自身所处的准确位置。

中国非常器重水下GPS导航定位体系的研发事情，由中国国度"863"筹划资助的中国首套水下GPS高精度定位导航体系，已于2008年研制乐成。利用该体系，中国可从海面、沿岸陆地或飞机上，对水下目的举行跟踪监督和动态定位；水下目的，也可利用该体系提供的导航定位信号，不消浮出水面，就能随时知道自身位置。利用该体系，水下目的的定位精度可到达5米，测深精度为0.3米，水下授时精度为2毫秒。

中国这套水下GPS定位导航体系，重要由 GPS卫星星座（也可调换为中国“斗极”或俄罗斯“格洛纳斯”星座）、差分GPS基准站、四个以上GPS浮标、安置在水下目的或载体上的水下导航收发机、陆基或舰基数据控制中央、水上无线电通讯链路、水下水声通讯链路构成。

中国测绘科学研究院章传银博士先容，该体系中的GPS卫星星座、差分基准站和浮标GPS天线，用于确定“海面动态大地丈量基准”；水下导航收发机的发射器、浮标定位水听器构成了水下定位导航子体系；数据控制中央和水下导航收发机的水声通讯换能器组，构成了水下通讯链路；差分基准站到数据控制中央、GPS浮标到数据控制中央的无线电收发装置，构成了海面无线电通讯链路。

（无人潜航器在水下作业时，也必要准确定位信息）

与外洋已投入利用及正在开辟的水下GPS导航定位体系相比，中国开辟的水下GPS导航定位体系具有三大突出长处：一是它所用浮标，现在靠利用美制GPS信号确定自身位置，但它也能颠末简朴升级，换为利用中国“斗极”、俄罗斯“格洛纳斯”体系信号来确定自身位置，如许一来，中国水下GPS导航定位体系在特别环境下，可以不依赖美国的GPS举行事情，中国基础不怕美国人掐断GPS信号；二是该体系无需利用外洋雷同体系必须利用的原子钟，原子钟是一种代价奋发、非常细密的设置装备摆设；三是该体系，在没有声线赔偿环境下，也能为水下目的提供高精度导航定位办事。

章传银博士以为，中国自主研发的这套水下GPS导航定位体系，在丈量精度、水下主动化程度、及应用范畴等方面，都优于外洋已开辟出来的同类体系，其综合性能，已达国际先辈程度

一、携程实时用户数据采集系统设计实践

随着移动互联网的兴起，特别是近年来，智能手机、pad等移动设备凭借便捷、高效的特点风靡全球，同时各类APP的快速发展进一步降低了移动互联网的接入门槛，越来越多的网民开始从传统PC转移至移动终端上。但传统的基于PC网站和访问日志的用户数据采集系统已经无法满足实时分析用户行为、实时统计流量属性和基于位置服务（LBS）等方面的需求。

我们针对传统用户数据采集系统在实时性、吞吐量、终端覆盖率等方面的不足，分析了在移动互联网流量剧增的背景下，用户数据采集系统的需求，研究在多种访问终端和多种网络类型的场景下，用户数据实时、高效采集的方法，并在此基础上设计和实现实时、有序和健壮的用户数据采集系统。此系统基于Java NIO网络通信框架（Netty）和分布式消息队列（Kafka）存储框架实现，其具有实时性、高吞吐、通用性好等优点。

1、技术选型和设计方案：

一个典型的数据采集分析统计平台，对数据的处理，主要由如下五个步骤组成：

图1、数据平台处理流程

其中，数据采集步骤是最核心的问题，数据采集是否丰富、准确和实时，都直接影响整个数据分析平台的应用的效果。本论文关注的步骤主要在数据采集、数据传输和数据建模存储这三部分。

为满足数据采集服务实时、高效性、高吞吐量和安全性等方面的要求，同时能借鉴互联网大数据行业一些优秀开源的解决方案，所以整个系统都将基于Java技术栈进行设计和实现。整个数据采集分析平台系统架构如下图所示：

图2（数据采集分析平台系统架构）

其中整个平台系统主要包括以上五部分：客户端数据采集SDK以Http(s)/Tcp/Udp协议根据不同的网络环境按一定策略将数据发送到Mechanic(UBT-Collector)服务器。服务器对采集的数据进行一系列处理之后将数据异步写入Hermes(Kafka)分布式消息队列系统。为了关联业务服务端用户业务操作埋点、日志，业务服务器需要获取由客户端SDK统一生成的用户标识（C-GUID），然后业务服务器将用户业务操作埋点、日志信息以异步方式写入Hermes(Kafka)队列。最后数据消费分析平台，都从Hermes(Kafka)中消费采集数据，进行数据实时或者离线分析。其中Mechanic(UBT-Collector)系统还包括对采集数据和自身系统的监控，这些监控信息先写入Hbase集群，然后通过Dashboard界面进行实时监控。

（1）基于NIO的Netty网络框架方案

要满足前面提到的高吞吐、高并发和多协议支持等方面的要求。我们调研了几种开源异步IO网络服务组件（如Netty、MINI、xSocket），用它们和NginxWeb服务器进行了性能对比，决定采用Netty作为采集服务网络组件。下面对它进行一些概要介绍：Netty是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，它提供了对TCP、UDP和文件传输的支持，Netty的所有IO操作都是异步非阻塞的，通过Future-Listener机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。

图3（Netty框架内部组件逻辑结构）

Netty的优点有：

a、功能丰富，内置了多种数据编解码功能、支持多种网络协议。

b、高性能，通过与其它主流NIO网络框架对比，它的综合性能最佳。

c、可扩展性好，可通过它提供的ChannelHandler组件对网络通信方面进行灵活扩展。

d、易用性，API使用简单。

e、经过了许多商业应用的考验，在互联网、网络游戏、大数据、电信软件等众多行业得到成功商用。

Netty采用了典型的三层网络架构进行设计，逻辑架构图如下：

图4（Netty三层网络逻辑架构）

第一层：Reactor通信调度层。该层的主要职责就是监听网络的连接和读写操作，负责将网络层的数据读取到内存缓冲区中，然后触发各种网络事件，例如连接创建、连接激活、读事件、写事件等，将这些事件触发到Pipeline中，再由Pipeline充当的职责链来进行后续的处理。

第二层：职责链Pipeline层。负责事件在职责链中有序的向前（后）传播，同时负责动态的编排职责链。Pipeline可以选择监听和处理自己关心的事件。

第三层：业务逻辑处理层，一般可分为两类：a. 纯粹的业务逻辑处理，例如日志、订单处理。b. 应用层协议管理，例如HTTP(S)协议、FTP协议等。

我们都知道影响网络服务通信性能的主要因素有：网络I/O模型、线程（进程）调度模型和数据序列化方式。

在网络I/O模型方面，Netty采用基于非阻塞I/O的实现，底层依赖的是JDKNIO框架的Selector。

在线程调度模型方面，Netty采用Reactor线程模型。常用的Reactor线程模型有三种，分别是：

a、Reactor单线程模型：Reactor单线程模型，指的是所有的I/O操作都在同一个NIO线程上面完成。对于一些小容量应用场景，可以使用单线程模型。

b、Reactor多线程模型：Rector多线程模型与单线程模型最大的区别就是有一组NIO线程处理I/O操作。主要用于高并发、大业务量场景。

c、主从Reactor多线程模型：主从Reactor线程模型的特点是服务端用于接收客户端连接的不再是一个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。利用主从NIO线程模型，可以解决一个服务端监听线程无法有效处理所有客户端连接的性能不足问题。Netty线程模型并非固定不变的，它可以支持三种Reactor线程模型。

在数据序列化方面，影响序列化性能的主要因素有：

a、序列化后的码流大小（网络带宽占用）。

b、序列化和反序列化操作的性能（CPU资源占用）。

c、并发调用时的性能表现：稳定性、线性增长等。

Netty默认提供了对GoogleProtobuf二进制序列化框架的支持，但通过扩展Netty的编解码接口，可以实现其它的高性能序列化框架，例如Avro、Thrift的压缩二进制编解码框架。

通过对Netty网络框架的分析研究以及对比测试（见后面的可行性分析测试报告）可判断，基于Netty的数据采集方案能解决高数据吞吐量和数据实时收集的难点。

》》点击阅读全文

据悉中国将建造一座涵盖有东海和南海的水下观测系统。中国政府批准了2.9亿美元的项目。这个系统需要五年时间才能建成。

媒体报道：“数据中心也将在上海建成，包括监测和存储从水下系统采集的化学，生物和地质信息。“这样的方法不仅有助于中国在科学研究和防灾方面的进步，而且有助于保护国家安全。”

虽然没有报告该系统的技术方面，但其中将包括检测潜艇的传感器。

该计划预计会在该地区的国家之间引起轰动。菲律宾，越南，文莱和马来西对南海的争端，及中日两国岛屿主权问题将产生重大影响。

早先微软在苏格兰海岸附近的海底部署了一个水下数据中心，有些网友表示担心这个项目会破坏海底生态环境，微软在其海底数据中心旁边安装了两个网络摄像头，从公布的影像看，大量的小鱼在数据中心附近游动，生态环境未见被破坏。

微软海底数据中心由巨大的海底电缆提供支持，并将其连接回互联网，实验结果可能影响该公司在未来将该项目扩展到更强大的数据中心。

微软在其海底数据中心旁边安装了两个网络摄像头，微软利用这个摄像头观察其数据中心附近的环境条件，直观地了解这个巨型金属容器的生锈情况，不过根据摄像头的影像，数据中心附近似乎吸引了大量的鱼类，如果你有兴趣观看现场直播，可以微软的Project Natick网站上查看它。网址：https://natick.research.microsoft

位于爱丁堡的英国公司NCTech正在采用VR/AR并进行扩展，并提供360度真实成像系统来简化图像文档的工作流程，甚至可以将其用于远程设置。他们在这一领域的最新成果是推出全新的虚拟数据采集系统iSTAR Pulsar，以便在移动中捕获数据。

iSTAR Pulsar设计用于车辆，无人机或步行时捕获360度数据。该系统设计简单易用，不需要任何摄影经验甚至电脑操作。iSTAR Pulsar应用程序提供了规划路线，以及在线查看和分享内容的能力。

iSTAR Pulsar专门为捕捉360度移动数据而设计，并与索尼和英特尔联合开发。该系统可用于各种工业和智能城市应用。

产品详情如下：

无与伦比的11K球形分辨率将iSTAR Pulsar定义为几乎是标准8K球形系统像素分辨率的两倍，可提供6050万像素的全景图像。

预先校准到亚像素级别与先进的深度分析算法相结合，确保在移动平台上实现最精确的全景拼接。

iSTAR Pulsar针对移动平台进行了优化，可在处理过程中调整捕获速率，以提供一致的距离间隔，从而最大限度地减少数据存储和处理要求。

全自动后处理流水线包括一个可选的自动水平仪稳定功能，以纠正步行捕捉时产生的任何俯仰和滚动。

坚固的设计，耐候性和防震性，内置高精度GPS和IMU传感器，确保与GIS系统直接集成。

先进的对称和非对称加密技术确保从采集到交付的端到端数据安全。

NCTech在本周早些时候在伦敦Geo商业展上展示了iSTAR Pulsar ，并将在下个月初在加利福尼亚州阿纳海姆会议中心举行SPAR 3D Expo上展示他们的产品 。

“只需轻敲一下，iSTAR Pulsar就可以提供全自动的360°全景图像拍摄功能。它不是传统意义上的摄像头，它捕获大量高分辨率数据，并连接到我们庞大的云处理管道，从捕获到交付提供全自动工作流程。”

对于人类来说，深邃的水下世界仍然是神秘莫测的，但人类探寻水下世界的脚步一直没有停止。

由于海底河床的状态复杂多变，生物活动频繁，再加上人的潜水深度有限，当前，水下智能装备已经成为探索海洋、开发海洋的重要工具。

“受复杂多变的海况影响，有缆的水下智能装备在工作时会受限，所以，自主航行的水下智能装备，比如水下机器人、潜航器、波浪滑翔机等，就有明显优势。”山东尔湾海洋智能科技有限公司创始人朱铁峰说，“水下智能装备都是为国家海洋战略而生，多用作国家的海洋全球观测和海军侦查设备，因此具有重大意义。”

朱铁峰毕业于美国加州大学尔湾分校，是海洋科技学博士。2017年8月，朱铁峰在烟台成立了山东尔湾海洋智能科技有限公司。据朱铁峰介绍，目前团队共有8人，两名“长江学者”、两名国家“千人计划”专家、两名国家“万人计划”专家及两名山东省“泰山学者”。他们的专长集中在信息遥感、水下无线通信、海洋牧场智能化等与海洋相关联的海洋大数据、人工智能方面，他们组成了海洋智能制造领域上前沿的科研团队。

凭借着自身多年的海洋智能装备研发经验，并依托国内外的科研机构，目前，朱铁峰团队已经研发并产业化的水下智能设备有水下摄录系统机及通讯器、水下机器人及潜航器、海洋智能设备数据采集平台、水下无线组网等，其中水声通讯的无线水下网络组网作业和水下智能装备的数据控制部分是他们的自主核心技术。他们还拥有两项发明专利和一项实用新型专利，三项专利都基于水下智能核心控制部分。

前不久，朱铁峰团队以“水下机器人深海组网作业及水声通讯系统的实际应用”项目参加了第三届“中国创翼”创业创新大赛，并获得了山东省选拔赛创新组一等奖的好成绩。

这一项目基于水下机器人、水下视频和通讯监控系统、潜航器、水面无人船综合组网水下作业的海洋数据采集和信息分析，是可以覆盖军民合用的水下数据采集、水下多类别作业及信息计算的海洋智能管理系统。

对于参加此次“中国创翼”创业创新大赛，朱铁峰认为这是他们印象最深刻的一次比赛。“评委们非常值得尊重，他们的专业都在不同领域，但知识的兼容性让我非常惊讶。海洋智能装备并不是大众行业，专业性极强，但是评委们能准确抓住核心技术问题来探讨，让我印象非常深刻。”

由于公司需要长期的研发投入，朱铁峰希望通过这次比赛得到更多的研发资金方面的扶持及持续的产业链上下游之间协作。“我们还有上升空间，所以还要继续努力，不忘初心，继续前行。”朱铁峰说。

ForeSpider 前嗅：手把手教你数据采集

ForeSpider是一款非常好用的数据采集软件，因为属于专业性工具，除了帮助文档外很少有使用教程。所有有很多人在使用的过程中遇到问题难以解决，今天给大家介绍ForeSpider数据采集系统的使用教程，希望能对大家的工作有所帮助。

教程的示例网站是大众点评，要得到50页内所有医院名称，该医院评论总数，医院总体星级，各项评分，医院评论的用户名，评论内容，评论时间，用户点评星级，获赞数量和回应数量。

首先我们先新建一个频道，我给它命名为大众点评，然后在频道配置里输入我们想要爬取数据的网址，需要在频道配置处输入想要得到数据的网址，大众点评需要开启cookie，从右面可以开启，网站不同有的不需要，视情况而定。 现在默认模板（1）就是我们要的网站页面，鼠标放在医院标题处如图，从左下角能看到医院的网址链接。

现在点一下右上角的采集预览，我们能得到整个页面的所有网页链接，下拉滚动条到这个位置就会发现跟上图相同格式的链接，这就是我们需要的所有医院的链接。

我们用不到的需要过滤一下，可以通过地址过滤和标题过滤方法筛选。点击软件右上角模板抽取配置里面的链接抽取，里面有地址过滤和标题过滤两个选项，点击地址过滤，软件右下角如图：

过滤规则选择包含，过滤串内输入想要得到的医院链接，后面这串数字我们用“\d”表示，用“\e”表示结束，例如https://dianping/shop/\d\e，这样就能采集网页内所有这种格式的网页链接。

当我们想要采集的网页下面有翻页的链接，就必须配置翻页。除了在右上角默认模板处抽取我们想要的得到的医院链接外，还要再新建一个链接抽取，抽取页面翻页的地址。

我们继续从采集预览处得到翻页的链接，过滤规则选择包含，通过观察发现几个链接的相同点，输入到过滤串里就能得到想要的翻页链接了。

第一层级的模板建好了，下面我们随便点进一个医院主页内，复制链接建立下一层级模板。在默认模板（2）的示例地址内输入医院主页的链接。

因为我们需要采集该医院所有用户评论，所以我们找到下面的“更多点评”，通过刚刚地址过滤的方法，过滤出更多点评的链接，并建立模板（3），示例地址输入刚刚过滤的得到的“更多点评”的网址。

注：点击链接抽取，看左下角关联模板处，一定要关联到下一层级的模板，如果是翻页的链接抽取，要关联自身模板，否则会数据采集失败。这点一定要注意。

这样模板的基本配置就完成了，下一步是建立表单，下图是我们的需求，红色字体我们能从模板二采集到，蓝色字体我们能从模板三采集到，所以我们需要建立两个表单。

点击表单配置，新建一个表单，添加一个网页主键如图，一定要勾选索引字段，键值唯一，主键字段三个选项，取值类型选择网页主键点击确定。

然后添加下一个字段如标题“title”

取值类型选择“选区内全部文本”，变量类型选择“string”，选择合适的字符长度点击确定。依次建立所有字段。

这是我建立的两个表单的所有字段，表单名称分别为“大众点评1”、“大众点评2”，建立好以后点击保存即可。点开模板配置，每一个模板对应相应的表单，右键模板二“添加数据抽取”，表单名称选择“大众点评1”。

同样在模板三处再添加另外一个数据抽取表单，添加好后如下图所示：

单击“title”，然后按住ctrl键同时鼠标左键点击对应标题，内容过多的话按住shift可以调整内容大小，选好后点击保存。

全部选取完后点击左上角的文件，然后全部保存。

下一步点击数据，连接数据库，然后再次点击数据，选择数据表，选择刚刚新建两个数据表的字段后创建表，创建好后勾选并确定，就可以进行数据采集了（如果表单有问题需要更改，改好后需要重新创建表单），速度慢可以点击设置里面的线程设置，设置多线程。

这只是一个简单的教程，软件还有很多强大的功能，祝大家使用愉快！

俄媒称中国突破最强水下探测技术：

可“吞噬”一切潜艇

核心提示：英美无线电技术专家认为，中国这一发明或令北约潜艇在与中国交战时蒙受巨大损失，因为对中国而言，发现美国海军静音潜艇已不再是难题。

参考消息网8月28日报道俄罗斯自由媒体网站8月26日发表弗拉基米尔·图奇科夫的文章《中国打造“吞噬”北约潜艇的“怪兽”，中国科学家接近实现潜艇革命》称，中国研制出超灵敏磁力传感器技术的消息令西方极为不安。英美无线电技术专家认为，这一发明或令北约潜艇在与中国交战时蒙受巨大损失，因为对中国而言，发现美国海军静音潜艇已不再是难题。

中国科学院研制的新型磁力仪可在数公里外捕捉到最微弱的磁场。这种仪器的基础是超导量子干涉仪（SQUID），利用了量子力学原理。SQUID能记录外部磁场影响下电子干涉情况的改变，这种改变具有非连续的阶梯式特性。

最早的SQUID于1964年由美国学者发明，很快被广泛用于矿产勘探、核工业及医学等领域并取得丰硕成果，原因是这种仪器的磁敏感度是普通磁力仪的数百倍甚至数千倍。

用SQUID侦测潜艇的想法早在上世纪就被讨论过。美国人最先尝试获取实用的解决方案，但其努力无果而终，相关试验随即结束。

上世纪美国构建的大型近岸反潜警戒体系“水下声波监听系统”（SOSUS）基于被动声呐技术。SOSUS始建于上世纪50年代，建成于上世纪60年代，覆盖了美国大部分近岸海域，并沿格陵兰-冰岛-法罗群岛-英国一线延伸。

美国的SOSUS是由大量水听器所组成的网络，这些水听器成批地连接在水下接收天线上，其获取的信号通过海底线缆传入岸上的信息处理中心。

SOSUS号称世纪工程。它对付第一、二代潜艇颇为有效，但当噪音大减的第三代核潜艇入役苏联海军后，该网络便难以发现和识别对手了，原因是其网络“空隙太大”，这是其声呐性能落后、铺设密度不足及数据处理算法不佳的结果。

1990年，美军曾在挪威海域进行SOSUS侦测第三代潜艇的试验，结果令人沮丧：该系统只能将目标锁定在“长轴216公里、短轴90公里的椭圆形区域内”。毋庸置疑，用SOSUS侦测第四代潜艇完全是徒劳。

文章称，中国在可预见的未来或将打造类似美国的水下反潜网络，但基于不同的物理原理。这将掀起潜艇革命，因为一旦中国的水下侦测网络建成，一切潜艇降噪努力均丧失意义。因为即便潜艇关闭发动机及所有设备，不发出任何声响，仍将被基于SQUID技术的超敏感磁力仪网络发现，这种网络将完全控制南中国海。

用SQUID侦测潜艇的技术极其复杂：这种敏感的仪器在实际使用中会迅速陷入背景磁力噪声之中，因为它会测到由太阳风暴引发的大量微弱地球磁场波动。据说，中国学者构建了一整片SQUID磁力仪阵列并开发出一套算法，可以比较各个磁力仪读数、过滤无关信号并确定潜艇位置。

专家们对此看法不一。澳大利亚联邦科学与工业研究组织材料科学和工程学部主任凯茜·福利认为，中国率先在SQUID侦测潜艇方面取得了成功。

文章称，也有许多人认为这是夸大其词。他们在西方媒体的影响下坚信世界科学只“诞生于美国”。但实际上，中国科学已处于很高水平，某些方面甚至领先世界。

美国水下探测技术发展综述

背景

由于水介质的复杂性，水下探测距离、精度、可靠性受到极大影响，客观上使得水下难以实现“透明化”。这将给水下战带来很多的偶然因素，即使装备精良的美国海军也不能完全掌控水下作战空间。近年来，世界范围内潜艇数量不断增加，先进的安静型潜艇广泛应用主被动降噪技术，低速航行时的辐射噪声接近甚至低于海洋环境噪声水平；无人潜航器等新兴水下平台数量多、体积小、航速低、噪声小，未来将大量装备，在广阔海洋中执行各种作战任务，这些均被美海军视为巨大的威胁。在水下战中，探测是至关重要的环节，一旦探测到敌方潜艇和无人潜航器，它将很难逃脱，短时间内将被消灭。为此，本世纪以来美海军以创新的思路，力求革新水下探测技术，创生水下探测新能力。

多种新型水下探测技术并行发展

1.多基地声纳探测技术大幅提高主动声纳探潜的隐蔽性

在反潜探测过程中，早期主要是应用被动声纳探测技术，但随着潜艇变得越来越安静，被动声纳探测距离大幅缩短，探测效能不足以满足作战需求。主动声纳探测技术逐渐被重视并取得突破性进展，但主动声纳使用过程中容易暴露潜艇自身的位置，对潜艇自身安全造成极大威胁，也限制了其应用。多基地主动声纳探测技术将主动声纳发射机和接收机分别搭载于不同的作战平台，发射机发射声波监测海域，接收机以被动监听的模式实施目标探测，可有效解决上述问题。2016年，美国国防先期研究计划局发布“移动舷外指挥、控制、途径”（MOCCA）项目公告，项目研发的双基地探测声纳，由无人潜航器携带主动声源发射声波，用潜艇监测声波信号。这种方式充分利用潜航器的机动性和主动声纳的优势，同时确保潜艇的隐蔽性。

2.新型固定式水下网络探测技术加强交通要道监控能力

固定式水下网络可以部署在交通要道、热点作战区域，长期监视敌方往来的潜艇，平时收集潜艇特征信号和行动规律，战时可作为远程预警探测防线，能有效提升水下战场的掌控能力。美国上世纪50年代启动了SOSUS建设工作，至90年代，美国在全球范围共建立了66个站点，在探测苏联潜艇方面发挥了巨大作用。冷战结束后，一方面苏联解体，SOSUS失去探测对象，另一方面核潜艇噪声水平大幅降低，SOSUS对潜预警探测距离减小，监测功能弱化，因此，美国关停了部分SOSUS站点，继续运行的SOSUS主要用于支持民用科学研究，如跟踪鲸鱼、检测海底火山活动等。本世纪初，美海军改造了SOSUS系统，使其能够探测舰艇的低频声波，探测能力和覆盖范围均有大幅提高，但具体的技术细节处于保密状态。2016年6月，美国《国家利益》披露印度将与美日合作，在印度洋建造SOSUS。此外，美国正在研发能在浅水区域（水深不超过183米）及时、精确的探测、分类、定位安静型潜艇，并向指挥中心发送监视报告的浅水监视系统，预计2018完成研发工作，未来将大幅改善浅水环境的探测能力。

3.无人系统组网探测技术将提升大范围持久监视侦察能力

无人系统具有机动灵活、成本低廉、无伤亡、适合大规模生产、可在各种环境甚至高危海域执行任务等优点，可携带多种类型的传感器或武器，执行探测、打击任务。美海军也充分发挥无人系统平台的这些优势进行水下探测，在2016年“无人战士”演习期间，4艘“携带传感器的自主无人水面艇”（SHARC）成功探测到常规潜艇和UUV，演示了无人水面艇持久、高效的探测能力。美国也设计数十个无人机搭载磁探仪等非声传感器自上而下探、数十个无人潜航器携带主动声纳自下而上探潜的技术方案，目前研发和试验工作已经接近尾声。

4.有人和无人系统协同探测

以潜艇等有人平台为母艇，布放后前出执行情报监视侦察和打击任务，美海军将其视为延伸有人平台“手眼”、扩大其控制范围、保护其安全的有效手段。同时可充分利用潜艇续航力高、能源充足、通信能力强等大平台优势，将其作为无人系统搭载和布放、充电，通信、指控平台。这种协同作战模式不仅可以将有人平台和无人系统的优势发挥到极致，还能弥补彼此的不足，大幅提升探测能力。例如，在2016年“海军技术演习”中，潜艇发射了一个“蓝鳍-21”无人潜航器，“蓝鳍-21”再释放两个微型“沙鲨”无人潜航器和一架“黑翼”无人机，执行情报监视侦察任务。演习中，由“黑翼”充当潜艇、“沙鲨”间的通信中继，实现了水下和水面的跨域通信和指控。此外，近海持久水下监视网络（PLUSNet）、LDUUV等也是有人平台和无人系统协同的典范。

水下探测技术主要发展方向

2014年，美国国防部发起“第三次抵消”战略，2016年开始，在美国国会预算审查过程中，国防部逐步披露“第三次抵消”战略的相关信息，重点发展颠覆性技术，抵消中、俄两国的军事进步。“第三次抵消战略”采用了独特的颠覆性技术研发方式，涉及水下战、精确制导、人机编组等多个领域。水下战领域由于环境的复杂性、不透明性，一直是美军关注的重点，而水下探测装备技术作为水下战中的“千里眼”、“顺风耳”，一直是美海军重点发展的能力之一。鉴于此，美海军在水下探测技术领域投入了大量人力、物力，并力求以创新的思维突破原有水下探测技术的壁垒，创生新型、有效、可靠的水下探测能力。创新思路主要包括：

一是旧原理的创新性应用。水下探测技术发展方向之一是以现有的技术原理为基础，通过创新声纳应用体制，发展新的颠覆性作战能力。如双基地声纳探测技术原理在上世纪50年代就已出现，自上世纪90年代开始，美、英、法、韩、澳大利亚等国开展的大量的研究工作，用于浮标与航空吊放声纳、水面舰声纳之间形成双基地探测。美海军创新了双基地声纳的应用领域，欲在潜艇和UUV之间形成双基地主动声纳探测系统，不仅增强了安静型目标的探测能力，而且降低了潜艇暴露自身的风险。

二是利用快速发展的无人系统平台搭载各种传感器形成新的水下探测能力。近年来，无人系统因数量众多、种类多样、机动灵活、使用环境广泛、低成本等特点，可执行情报监视侦察等任务，在水下战领域崭露头角。水下探测技术的另一发展方向就是研究适合各种类型无人系统搭载的紧凑型传感器、硬件电路和软件算法。为了解决无人系统平台续航力低，航速慢，无法快速抵达战场执行作战任务等问题，美海军研发了潜艇、水面舰、飞机等多种搭载和布放方式，还发展了深、浅海预置装备，提前在前沿战场和热点区域布放携带有效探测载荷的无人系统，并且取得了丰硕成果，加速了新的水下探测能力的形成。

三是将传感器形成适用于各种环境条件的分布式水下网络。除了利用陆、海、空、天的大小平台搭载传感器形成探测能力之外，利用水听器、浮标等传感器形成分布式水下网络也是未来水下探测技术重点发展的方向之一。尤其是移动式水下网络，可由飞机、水面舰、潜艇搭载和布放，随海军作战，快速部署形成探测能力，搜索敌方潜艇、保护己方高价值目标。例如美国研发的用于水下通信的广域海网、用于深海数据采集和通信的深海主动探测系统等。

四是水下非声探测技术将成为水下声学探测技术的有力补充。潜艇、无人潜航器等水下平台针对声信号、电磁信号采取了许多隐身措施。只利用声学传感器进行探测将降低目标捕获概率。随着计算机技术、大数据技术的飞跃发展，可以运算检测安静型潜艇造成微小环境变化的模型，非声探测技术也将成为水下探测技术的重要发展方向之一。在探潜方面将和声学探测手段相辅相成，通过多种信号检测提高探测的有效性、可靠性。同时，美海军也在尝试非声传感器和无人系统平台的结合，形成能广域覆盖的探测网络，例如分布式敏捷反潜系统的浅海子系统由数十个无人机搭载非声传感器组网探潜。

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一、GPRS 网络

GPRS 是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、或大 数据的包月包年计费。覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS 的推出，为行业和企业用 户开展无线数据传输提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。 与有线网络相比，GPRS 网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。GPRS 的出 现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。

GPRS 通信方式更适合于各类数据采集业务，目前城市供水管网系统与各采用有线交互传输或电台方式，甚至有些偏远井道要有线网络接入成了不可能。月租费太高，用电话线传送数据按时间计费，带来诸多不便，费用也不便宜。GPRS的网络优点，包括5个方面：

1、覆盖范围

构建城市供水管网系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足城区、乡镇和跨地区的接入需求。由于管网检测点数量众多，分布在地 区的各个角落，而且地理位置分散。另外，还必须考虑今后系统扩充的可能，必须具有良 好的可扩展性。由于目前 GPRS 已覆盖省内绝大部分地区，能够满足城市供水管网系统对覆 盖范围的要求。

2、数据传输速率高

目前 GPRS 实际数据传输速率在 40Kbps 左右，完全能满足供水管 网系统数据传输速率的需求。

3、系统的传输容量大

城市供水管网系统要和每一个监测点实现实时连接。由于监测 点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而 GPRS 技术能很好地满足传输突发 性数据的需要。

4、通信费用控制灵活

采用传统的有线方式建立供水管网系统，必须租用专线或电话 线进行连接。由于管网监测点必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很 小，线路资源利用率很低，平均每一个监测点每月的线路费用为 800～1200 元。而如果采 用 GPRS 通信方式，由于 GPRS 采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，月通信费用将 在 200 元之内，如果数据量很大的情况下也可按包月或包年计费。

5、良好的实时响应与处理能力

与短消息服务比较，由于 GPRS 具有实时在线特性，系统无时延，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

二、供水管网管理的概述

随着我国经济的发展、城市规模的扩大和现代化程度的不断提高，城市的供水管网系统也越来越庞大，且许多供水管线的填埋情况复杂、资料不清，有些管线甚至仅凭当时施工工人的记忆去寻找，造成诸多设计上的失误和施工中的事故。

采用人工方法，借助图纸、各类卡片来管理城市供水管网系统，已越来越难以满足 实际需要。所以实现对供水管网管理系统的需求是相当迫切的。业内众多有识之士已达成 共识：使用计算机，借助无线网络系统技术来进行供水管网的管理、管网设计及数据采集，已是势在必行。

基于 GPRS 网络平台的无线数据传输技术自 2002 年在中国正式商用以来，以“实时在线、 按流量计费、覆盖率广”等优势在各行业取得广泛应用。随着信息化的发展，无线采集传输已经完全取代了以往的各种有线接入。而以往的有线连接必须依赖于网络布线、固定电话线路，对于发展移动性的服务、增设新的服务网点、增设临时性的窗口常会受到有线连接的困扰。 同时布线还需要昂贵的费用和铺设时间，对已有的网络也会有影响，所以有线连接已经严重限制了目前各种信息化应用的主要原因。

三、供水管网数据采集与监控系统的概述

深圳信立科技供水管网数据采集与监控系统，基于XL.SN无线传感器网络技术、传感器技术和计算机技术，通过无线传感器采集节点管网温度、压力数据，并以433M通讯方式上传至物联网智能网关，物联网智能网关将接收到数据以GPRS通讯方式实时传输到监控服务器，工作人员在电脑、手机端通过XL.VIEW组态软件解析监控服务器的管网压力、温度数据，实现对城市不同地方多点管网温度、压力的监控。

管网数据采集与监控系统，包括三个工作层：

1、数据采集层，负责采集节点数据。

2、数据传输层，负责接收、传输节点数据。

3、监控应用层，负责对节点数据的解析、查看、统计、分析、打印。

四、供水管网数据采集与监控系统的工程界面

1、登录界面

2、数据报表

3、历史曲线

4、报警信息

五、供水管网数据采集与监控系统的优点

1、供水管网数据采集与监控系统建设过程中，无需布线，或减少布线数量，减少系统建设成本。

2、系统所需的设备安装调试方便，设备支持手机调试，提高运营维护的效率。

3、系统底层终端各种数据采集后统一传输到监控服务器，便于监控管理，提高供水管网管理效率。

六、供水管网数据采集与监控系统的软硬件设备

1、无线压力传感器

集压力采集、无线传输等功能，自动保存或恢复补传数据，支持手机现场调试的XL61无线压力传感器，也叫智能压力传感器，无线压力采集器等，属于无线传感器网络产品。

XL61无线压力传感器，具有防爆、低功耗、高精度、稳定性强、使用寿命长等特点，可选433MHZ，2.4GHZ，WI-FI等无线传输方式。XL61无线压力传感器，也叫智能压力传感器，无线压力采集器。它的应用范围广，无需布线，减少运维成本，安装便捷，即插即用，适用于供水管网、供气管网、供油管网、环境、制造业、化工、能源、仓储、办工场所等环境的温度实时采集、无线传输、现场或远程监测和预警。

2、无线温度传感器

集温度采集、无线传输等功能，自动保存或恢复补传数据，支持手机现场调试的XL61无线温度传感器（插入式），也叫智能温度传感器，无线湿度采集器，属于无线传感器网络产品。

XL61无线温度传感器（插入式），具有防爆、低功耗、高精度、稳定性强、使用寿命长等特点，可选433MHZ，2.4GHZ，WI-FI等无线传输方式。

XL61无线温度传感器（插入式）应用范围广，无需布线，减少运维成本，安装便捷，即插即用，适用于各种管网管道管沟、气象、农业大棚、养殖场、仓储馆藏、冷藏冰柜、实验室、机房、生产车间等环境的温度实时采集、无线传输、现场或远程监测和预警。

3、物联网智能网关

智能网关，也称为无线数据通讯网关、数据采集网关、物联网智能网关，具有高度集成化的特点，集数据接收、协议转换、无线通讯传输等功能，支持多种通讯协议和通讯方式，如可采用GPRS，433mhz，2.4G及以太网等多种通讯方式。

XL90智能网关，集通讯管理、数据接收、协议转换、数据处理转发等功能，支持手机现场调试，可同时接收多个无线传感器数据，支持2路以太网口(Ethernet)、RS485和1路RS232串口、无线传输等上行方式， 可选GPRS，433MHZ，2.4GHZ等无线传输方式。适用于构建大容量的智能传感网络，广泛应用于机房、机站动力、环境监控系统，低压配电监控系统，电能数据监控系统，工厂机器设备、生产线运行状态监控系统，生产信息采集系统等无线监测与预警。

4、XL.VIEW组态监控软件

XL.view组态监控软件是基于SQLServer 数据库的系统控制中心，负责系统历史数据存贮，更高层级的数据计算、统计、分析，数据展示、发布、推送等，支持XLPS、MODBUS TCP、MODBUS RTU、OPC等通信协议，可按用户要求提供定制协议，支持Mssql、Mysql、Access等数据库接口，支持Active/Com/Dll，并通过Java Script调用，支持Windows、Android、iOS平台访问，适用于Window XP,Windows 7,Windows Server 2003/2008 操作系统。

该组态软件，读取XL90、XL91智能网关，以及XL65、XL68通过GPRS上传的数据，生成历史数据库。对数据进行统计、分析，生成用户所需的各种报表、曲线、图形，技术指标；实时显示、发布各种环境参数数据等；自动推送通知、报警信息，提醒相关人员进行支援； PC、移动终端，依据访问权限，查询、浏览相关数据； 通过PC或移动智能终端，对现场设备进行控制； 支持百度地图和视频图像显示。

资本实验室·今日创新观察

聚焦前沿科技创新与传统产业升级

李鑫

在过去几年里，无人机市场快速爆发，吸引了越来越多初创公司的加入。据高盛预测，到2020年，无人机市场规模将达到1000亿美元，而目前水下无人机只占相当小的一部分，未来将具有可观的增长潜力。

空中无人机已经在很多领域实现消费与工业级应用，以下的6家水下无人机初创企业则在海洋监测、水下工业设施检修、生态监测与环境保护、消费娱乐等领域探索无人机的应用。

1.海洋无人科考船：Saildrone

总部位于加州的SailDrone公司成立于2012年。公司生产的无人科考船Saildrones使用风能和太阳能做动力，用于收集海洋数据，以期建立世界上最大的高分辨率海洋数据集。这些数据可用于保护沿海边界、探测海洋酸化、检测漏油的早期迹象和追踪海洋生物等。

Saildrones安装了运动型碳纤维机翼和太阳能电池板，配备了各种仪器来收集海洋和大气的数据，能够以每小时3-5节的速度自然航行，可以在海上持续运行数月。其科学任务涵盖气候模型的基本海洋学数据收集、鱼类资源评估等多个方面。

公司已经与NOAA（美国国家海洋和大气管理局）、NASA等美国政府机构进行合作，为他们提供高精度的海洋观测数据。

2018年5月，公司获得由李嘉诚旗下的维港投资（Horizons Ventures）领投的6000万美元B轮融资，目前已累计融资8850万美元。

2.自动驾驶水下无人机：Notilo Plus

法国水下无人机公司Notilo Plus成立于2016年，研发的水下无人机名为iBubble，配有7个引擎和4个螺旋桨，能以每秒1米的速度前进。最大潜水深度为60米，续航时间为1小时。

通过图像识别系统，无人机可以在水下自动跟随潜水员前进。该无人机没有自己的视频系统，但可以与GoPro等运动相机相兼容。潜水员需要佩戴一个手环，按下手环按钮就可以实现拍照，当无人机快没电的时候，会自动游回手环所在处。

IBubble目前价格高达3299美元（税前），将于今年8月份上市销售。公司于今年5月获得220万美元融资，累计融资约320万美元。

3.用于检查基础设施的水下无人机：Planys Technologies

印度公司Planys Technologies曾是印度理工学院马德拉斯分校的孵化项目，成立于2015年。公司开发的水下机器人可结合数据采集平台，用于检查水下基础设施结构，如桥梁、水坝和海上石油钻井平台等。

公司的最新款设备Beluga可以配备各种仪器设备，包括用于测量金属厚度的超声波测厚仪和一些无需太高技术的小型设备，如用于清洁金属表面的旋转刷。

今年1月，公司获得220万美元的A轮融资，累计融资近250万美元。

4.用于控制物种入侵的水下无人机：AMRC

物种入侵已经成为美国很多地区面临的生态难题。例如美国佛罗里达南海岸受到外来物种热带狮子鱼的影响，导致在这里生活的数百种鱼类处于濒危状态。

一家名为美国海洋研究公司（AMRC）的初创公司与佛罗里达鱼类和野生动物保护委员会签订了一份50,000美元的合同，将通过水下无人机与机器视觉技术相结合来对抗热带狮子鱼的入侵。

目前，公司的基础想法是建立一个自主平台，通过上述技术来定位并捕获狮子鱼，将它们卖给当地的餐馆。

5.可拍摄4K视频的水下无人机：吉影科技

成立于2013年的深圳市吉影科技有限公司开发了两款产品Titan（泰坦）和Poseidon（波塞冬）。

Titan拥有4个垂直和2个平衡推进器，速度可达每秒2米，最大下潜深度150米，充满电可使用长达4小时，可以进行4K拍摄，售价高达16999元。

Poseidon速度可达每秒2米，最大下潜深度120米，续航长达5小时，可以进行4K1080P拍摄，基础版售价8299元。

这两款无人机都可以通过智能手机或平板进行遥控操作，还可以连接VR眼镜。

公司现在正在研发一款手持式水下飞行器Trident（泰鼎），具有机翼般的线条设计，两档可变速飞行，12kg超强推力，续航45分钟，速度最高可达每秒1.8米，下潜深度可达40m。

今年1月份，公司获得1500万元的pre-A轮融资，由华睿信领投，乾元中鼎跟投。目前已经累计融资250万美元。

6.可拍摄4K视频的水下无人机：潜行创新

中国深圳潜行创新科技有限公司成立于2016年，从事水下机器人研发与生产。公司的主要产品Gladius是一款用于水下摄影/摄像、监测与探索的民用消费水下机器人。

Gladius的拍摄镜头内置全高清相机和辅助照明灯，能够拍摄1200万高清照片和4K超高清视频，两侧可调节LED灯并变换135度视角，清晰照亮前方物体和前进道路。

Gladius可以完成水下100米的深潜任务，平均续航时间达三个小时，用户可以使用智能手机或平板电脑来遥控无人机，最大WIFI距离100米。

Gladius的标准版售价为9999元，高级版为14999元（带有4K视频和64GB存储空间）。

今年6月，公司获得深圳市创新投资集团的300万美元Pre-A轮融资，将用于进一步加强新品研发，工厂投入和市场推广。