水中大数据：浩如烟海
水中大数据：浩如烟海
相比陆地，人类对海洋的监测十分匮乏。这即将改变
地球上海洋的面积是陆地的两倍。然而海洋学家总爱吐槽说，科学对海洋的了解还不如对月球多。不过这可能很快就会改变，如果约翰·沃特斯顿 (John Waterston) 能够如愿以偿的话。
沃特斯顿是美国军事智库国防部高级研究计划局 (DARPA) 的「海基物联网」(Ocean of Things) 项目的负责人。DARPA 参与研发的事物从互联网到隐形战斗机无所不有。该项目的名称套用了「物联网」(Internet of Things) 一词，这个有点别扭的词描述了一种趋势，即通过各种传感器将汽车、牙刷、工业机器人、门铃等形形色色的普通物品用互联网连接起来。同样，海基物联网的目标是用大量漂浮的、互联的传感器把海洋连接起来。
这样的装置本身并不新鲜。在世界各地的海洋中已经漂浮着大约 6000 个由各国海军和研究机构布设的传感器。但沃特斯顿的雄心之大前所未有。在接下来的几年里，他希望能在一百万平方公里 (比得克萨斯州大很多) 的海域内布设五万个传感器。而该项目的最终目标——尽管目前还遥不可及——就是能对全球相当一部分海域展开持续的监测和分析。
探视海神的国度
DARPA 的这个项目主要是为了跟踪船舶——毕竟它的名字中有个「D」(国防)。但沃特斯顿希望打造出的海基物联网不止于此，还能提供水温、浪高、天气状况、附近的野生生物等大量其他信息。所有这些信息届时都将无偿提供给科研和商业用户。
现有的「浮式仪器包」，也就是所谓的浮标或漂浮物，大多是定制的，配备的通常也都是当前质量最好的仪器。因此它们往往价格不菲，采购量也比较小。目前最常见的就是用于科研的 Argo 浮标。它的造价大约 2 万美元，可以测量水温和盐度。
海基物联网则反其道而行之。它尽可能多地使用便宜和现成的组件，打造低成本的仪器包。目前的浮标原型成本大概在 750 美元，沃特斯顿希望规模化生产还会进一步降低成本。这样即使布设几万个浮标，花费也不至于太大。能大量部署浮标对扩大监测范围至关重要，也有助于弥补个别仪器产生的误差。「一个 5 美元的传感器和一个 1000 美元的温度计量器效果能一样吗？」沃特斯顿设问，「如果有很多个传感器，那答案就是『一样』。因为它们之间可以交叉关联。数学能让这个问题迎刃而解。」
项目研究人员正在评估来自不同厂商的三种设计方案，大小从 6 升到 18 升不等。由施乐公司 (Xerox) 的帕洛奥多研究中心 (Palo Alto Research Centre) 提出的第一种设计用玻璃制作，像一个老式的日本鱼漂。来自 Areté Associates 公司的第二种设计，用铝制作外壳，使用木头产生浮力。这两者都采用太阳能板。第三种来自 Numurus 公司，由涂漆的硬纸板制成，完全依靠自带的电池。三种设计的使用寿命都在一年左右，而且都尽量少用塑料，尽可能地环保。这一点很重要，因为根据设计，这些浮标在完成任务后会自沉海底。
目前可使用的一些仪器在任何一部智能手机里都能见到，如 GPS 传感器、用于探测运动的加速度计、罗盘、麦克风、温度传感器和相机等。其他一些仪器则是为该项目定制的，如水下麦克风、用来测量水体导电性 (进而可以测得盐度) 的小装置，以及用来接收雷达和无线电信号 (包括从海上防撞航标传输的信号) 的探测仪。来自这些仪器的数据有一些会在船上被处理，大部分会被分批传回陆地供分析。目前，这种传输连接由地球同步卫星组成的铱星网络提供。但沃特斯顿表示，与这些卫星通信所需的调制解调器是浮标上最昂贵也最耗电的装置。他希望，目前 SpaceX 和 OneWeb 等公司正在建造的新型低空卫星网络能成为更加经济的替代方案。
拥有众多不同类型的传感器有助于浮标最大限度地了解周边情况。例如，如果在加速度计显示运动的同时，麦克风也接收到了声音，那可能是有只鸟停在了浮标上。停在多个浮标上的多只鸟可能显示一群鸟的运动轨迹。反过来，鸟的存在可能表示附近有鱼群或其他生物活动。
同样，驶经浮标布设区域的船只也会留下各种痕迹。或许可以通过船上的无线电信标或雷达探测到船只。如果船行驶得足够近，浮标可以对它拍照，通过水听器能听到船只的声响，或者浮标会受到船只尾流的干扰。将多个浮标提供的数据关联在一起，就能显示船只的速度和方向。通过建立这种船只与浮标相遇的数据库，该项目的科学家希望能很快学会辨识不同种类的船舶。渔船可能使用寻鱼声纳或嘈杂的拖网。巨型油轮发出的声响又与海军护卫舰不同。
浮标上配备的各类传感器还会产生令海洋学家、气象学家和生物学家感兴趣的大量数据。例如，一定区域内浮标上的摄像机和麦克风可以探测并跟踪鲸和海豚。目前，在美国最繁忙的港口之一洛杉矶附近的航道上，只要发现海洋哺乳动物，船只就会放慢速度。更强大的追踪能让船只改变航线，这对生物和商业都有好处。浮标布设区域可用于监控非法捕鱼、走私和冰山活动，也可以监测和跟踪石油泄漏和藻华现象。
这至少是长期目标。迄今 DARPA 购买了约 4500 个浮标，而且只完成了小规模测试。下一阶段，也就是从今年春天开始，它将在墨西哥湾和加州附近海域一次性布设 1000 个浮标。它计划的布设密度是每三平方公里一个浮标。DARPA 希望，随着技术的成熟，在把布设密度降低到每 20 平方公里一个浮标的情况下，仍能收集到有用的数据。地球上海洋面积多达 3.61 亿平方公里，一个名副其实的、能监测海面和水下万事万物的海基物联网将需要约 1800 万个浮标。这在短期内还无法实现。但沃特斯顿的计划拉开了序幕。
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