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能力体系是海洋物联网的核心，它要求海洋物联网具备海洋综合感知、信息可靠传输、数据处理分析与智能应用服务等能力。其中，海洋综合感知能力将新型多功能一体化传感技术与海洋装备相结合，利用声、光、电、磁、化等探测手段，实现岸、空、天、海面与水下的全维感知与立体监测。海洋信息传输能力融合运用卫星通信、公网通信、专网通信、海面组网通信、水声通信等多种通信技术，构建海洋广域无线通信网络，实现信息可靠传输和及时共享。海洋数据分析处理能力利用云计算、大数据、机器学习等技术建立完善的数据资源池，实现海洋数据的整合、优化和分析，提供知识服务。海洋业务智能应用服务能力打造面向海洋公共信息服务和行业专用信息服务的多元化信息服务平台，为政府、行业、公众用户提供定制化的信息服务、高效的决策支持和智能化的响应机制。
基于海洋物联网能力体系，其物理架构可划分为空间节点层、基础设施层、海洋数据层与应用服务层四个层级，如图2-2所示。
空间节点层包括构成广域海洋物联网的岸基、海面、水下、空基、天基等多维空间载体。其中，岸基信息节点包括岸基云计算中心、岸基对海观测设施、岸海通信设施。海基信息节点包括岛礁、钻井平台、浮台、浮标、潜标等固定信息节点，以及商货船、测量船、渔船、无人艇、无人潜器等机动信息节点，提供海洋信息感知、信息传输与边缘计算等功能；空基信息节点包括通航飞机、无人机等，提供对海遥感监视以及海洋应急通信等功能；天基信息节点提供卫星通信、导航与遥感等功能，是海洋物联网的重要组成部分。
图2-2 海洋物联网能力体系物理架构框图
基础设施层包括搭载于空间节点层的感知设施、通信设施和计算设施。其中，感知设施包括雷达、光电、船舶自动识别系统（Automatic Identification System, AIS）、声呐、水文气象传感器、海洋环境传感器与空天遥感等，通信方式包括卫星通信、公网通信、海面组网通信与水声通信等，计算设施包括岸基云计算中心的各类服务器与网络等计算设施，以及海基边缘计算相关设施。
海洋数据层完成海洋物联网的数据接入、数据处理以及数据分析。数据接入用于开展多源多模态海洋信息资源采集与更新，通过接入海基、空基、天基、岸基对海感知数据，形成海、空、天、岸等多源涉海数据资源目录体系，并纳入海洋大数据平台管理。数据处理与数据分析充分利用海洋大数据平台汇聚的海量、多源、多维、多尺度、多分辨率、结构化和非结构化的海洋数据，基于海洋数据清洗、抽取转换、多源融合等综合处理，提供相关的决策分析和评价评估模型，利用时空关联分析与挖掘、协同交互分析推理、可视化表达等关键技术，深度挖掘海洋行业数据之间、海洋经济发展态势之间的关联，揭示海洋自然规律，为海洋综合管控辅助决策提供可视化、智能化服务支持，同时为各类海洋业务管理提供基于信息和知识的应用服务支撑。
应用服务层以海洋数据层为支撑，面向政、警、企、研、学、公众等不同海洋用户，按需提供海洋经济、海洋安全、海洋科学等领域的涉海业务应用服务，例如海洋开发利用服务、海洋权益维护安全保障、海洋政务管理应用、海洋公共服务保障、海洋生态文明建设信息服务等。