海图产品一体化更新问题研究

目前,我国的海图生产已经实现了由传统的手工模拟制作方式到计算机辅助数字化制作方式的历史性转变,可以按不同标准为用户提供各种数字海图数据和纸质海图产品,初步形成了基于海图数据库的数字海图和纸质海图生产新模式。然而,在这一新的海图生产模式中,如何实现对多样、异构的海图数据的一体化有效更新,却是一个一直未能得到很好解决的十分棘手的问题。为了有效解决这一问题,从分析我国现行的海图生产模式及特点入手,结合国内外相关研究成果对海图更新问题进行了深入的研究,初步给出了适合我国的海图产品一体化更新模式,并扼要分析了相关关键技术。     

加强海图生产的基础数据资源开发与建设

分析了数字海图生产中存在的基础数据资源不足的问题，提出了充分利用海图数据库的现有数据、加速历史资料数字化的技术措施，包括改进海图生产流程中资料工作职能，增强模拟海测记录的数字化能力，提高数据库建设标准化水平等。     

数字海图生产的技术体系

数字海图的生产体系不仅是技术的,它与数字海图的传输特点和思维方法有关。本文经过数字化技术的研究和实践,同时结合数字海图特点。分别论述了数字海图的生产方式和组织形式。最终,按照数字海图的传输和感受方式,给出了数字海图的产品特性。反映了数字海图生产技术的研究现状。     

基于海图数据库的纸质海图生产系统

为了提高目前的纸质海图生产效率,采用一种新的制图理念,制作纸质海图符号库,对ARCINFO进行二次开发,对海图数据库数据进行处理,从而实现纸质海图生产与数字海图生产同步,减少重复劳动,缩短成图周期,避免了数字海图数据与纸质海图不一致问题,提高了工作效率。     

基于ECDIS的多数据源支持技术分析

利用多源地理空间数据集成和融合理论,研究了基于ECDIS的多数据源支持技术。介绍了常用的多源海图数据及其使用原则,分析了ECDIS多数据源支持技术的特点及内涵,总结了国内外常用多源海图数据集成方法,从数据可用性角度探讨了提高国产电子海图系统适用性的措施。     

游艇海图基本特征和表现方法探讨

描述了编制、生产游艇海图的必要性,对游艇海图的设计进行了讨论。在分析现代游艇需求的基础上,研究了新型海图幅面、比例尺和内容表示等技术特征,对游艇海图的编制和出版提出了有益建议。     

多元数字海图通用调显平台设计

把国际标准与国内电子海图的技术实践相结合,通过各类海图数据源的集成,形成由海图、陆图、国际标准数据、外军数据、商用数据等组成的数字海图调用与显示平台,实现了不同数据源的管理、存储与查询。按照SIMS技术体系,建立了与数字海图相关的空间数据通用调显引擎,实现了多元海图数据的集成。为研制与海图相关的各类舰载、机载、导航等应用系统打下坚实的基础,为融合外版的电子海图提供了技术保障平台。     

多源数字地图融合技术问题的研究——以数字海图与地形图融合为例

针对目前各种GIS应用系统在空间数据获取中存在大量重复获取，以及由此而造成的人力、财力巨大浪费和数据二义性、难以协同使用等问题，以数字海图和地形图融合为例，提出了解决这一问题的多种空间数据的融合方法。着重对其中的一些关键问题如空间数据模型融合，物体的分类分级融合以及要素几何位置的融合等进行了详细的分析。     

多元数字海图应用关键技术研究

按照海上部队作战的需要和武器装备的特点引入数字海图技术,完成各类海图数据源的集成,形成由 CDC 海图数据、军用陆图数据、IHO S-57 国际标准数据、遥感影像数据、美军 DNC 数据、商用的 MapInfo 数据等组成的,海陆空统一的数字海图调用与显示平台,实现不同数据源的管理、存储、查询等方式的一致性。 把数字海图国际标准与国内电子海图的技术实践相结合,首次实现了自主知识版权的同一平台上多元海图数据的同时调显。 按照完备性、简单性、规范性的原则,对解析数据采用面向对象的数据组织方法,首次实现了美军 DNC 数据与 IHO S-57 模型的融合。 按照 SIMS 技术体系,首次建立了与数字海图相关的空间数据通用调显引擎,实现了多元海图数据的集成。 以四叉树索引模型为基础,建立了高效的 SENC 体系,实现了海量空间数据的管理与调度,达到了全球数据调显的实用化。 对平台内含所有数据(矢量、栅格)采用加密技术,通过数据、平台、硬件的三级绑定,使得数据的版权得到了充分的保护,并达到了军用数据的保密要求。 为我军研制与海图相关的各类舰载、机载、指挥导航等应用系统打下坚实的基础,为融合外版的电子海图提供了技术保障平台。     

海图语言学的历史与演变

海图是由海图符号组成的一个集合。从海图语言学的角度，通过回顾海图及符号语言的历史演变，分析其内在结构和规律，探讨现代海图语言的发展方向。     

海图更新自动检测系统的设计与实现

海图更新通常是局部要素更新、但是为了防止误操作或拓扑关系变化等原因造成未更新区域要素变化,需要对全图进行检查验收,大大降低了生产效率,同时也增加了人为出错概率。以海图未更新区域自动检测为研究对象,从局部要素更新海图的质量检查内容和特点出发,结合海图更新出版流程,提出了基于数字海图矢量数据比对的质量检查方法,设计了自动更新检测流程,实现了局部更新海图未更新区域要素数据的自动质量检查。应用实践证明,文中提出的方法提高了局部要素更新海图的质量水平和质量检查效率。     

基于深度学习和时空特征融合的海洋渔船密度预测方法

为了从海量渔船轨迹数据中挖掘隐含的信息和知识,进而为渔业行政主管部门的决策提供科学依据,本研究以AIS渔船轨迹数据为研究对象,提出了一种基于深度学习和面向时空特征融合的海洋渔船密度预测方法：首先,利用渔船轨迹数据集对渔船行驶区域进行网格划分;其次,筛选出渔船高密度区域进行研究,避免数据稀疏性问题;再次,根据渔船轨迹数据的时空分析,构建三维时空融合矩阵;最后,通过卷积循环神经网络模型捕获渔船分布的时间和空间特征,并利用卷积神经网络的堆叠加强对空间特征的学习。实验通过东海海域渔船真实轨迹数据进行具体测试,结果表明渔船密度预测值与真实值非常接近,平均绝对误差为4×10-4,模型较好地拟合了渔船密度分布特征,有效地提高了渔船捕捞热点预测的准确性和鲁棒性。     

基于改进ConvLSTM网络太平洋长鳍金枪鱼时空分布趋势预测

渔场资源与位置的变动由空间与环境因子共同驱动,远洋渔场时空演变信息的精准预测是远洋捕捞的关键支撑。该研究考虑渔业生产统计数据,并兼顾同期海洋环境数据包括海表面温度（Sea surface temperature, SST）、海表面盐度（Sea surface salinity, SSS）、初级生产力（primary productivity, PP）和溶解氧浓度（dissolved oxygen concentration, O2）,提出了一种融合卷积长短期记忆网络（ConvLSTM）和卷积神经网络（CNN）的渔场时空分布预测模型。首先对时空因子进行编码,提取高层时空特征;其次采用CNN提取海洋环境变量的抽象特征,并基于ConvLSTM提取渔业数据的时空特征,最后融合高层时空关联信息对渔场时空演变趋势进行预测。以1995－2018年太平洋海域的延绳钓生产数据对模型进行验证,模型的根均方误差为0.1036,实验对比发现较传统渔场预报模型的预测误差降低15%~40%,预测的高产渔区与实际作业的高渔获量区匹配度高。该研究构建的渔场时空预测模型能够准确地预测出太平洋长鳍金枪鱼的时空分布,为太平洋长鳍金枪鱼的延绳钓渔业提供科学参考依据。     

海洋基础地理数据基准纬线设定方案研究

在建设海洋基础地理数据库时,数据编制常用墨卡托投影,其投影参数对数据质量有较大影响。为使要素的密度均匀,数据的误差可控,同时适应海图产品生产实际,以纬度小于75°为研究区域,分析墨卡托投影的长度变形及不同基准纬线对制图综合指标对应实地距离的影响,统计分析目前出版海图产品基准纬线设定现状,以此为依据分比例尺级别拟定基准纬线方案,为基于数据库的海图数据编制与产品生产提供参考依据。     

深度基准面的最低潮意义不一致性问题分析

因资料时长、算法实现等差异,长期验潮站的深度基准面L值存在最低潮意义不一致问题。通过对北方海区长期站的算法实现考证,表明最低潮意义不一致是普遍现象。从三个层次提出了解决方案:(1)对于一般测量作业单位,以不同传递方法的结果判断最低潮意义一致性,以保持L值空间连续分布为原则取值;(2)对于基础海洋测绘管理部门,应构建全海域的深度基准面模型,作为基础数据集提供查询与内插的公众服务;(3)对于国家层面的多部门统筹,应统一深度基准面的历元与算法实现,建立基准维持与调整的长效机制。     

Submersible holocamera for detection of particle characteristics and motions in the ocean

A submersible holographic camera has been developed for measuring the particle distributions, characteristics and motions within a sample volume in the ocean. Its main purpose is to provide data on the spatial distribution, size, shape, orientation, inter-particle relationships, turbulence, local shear and relative motion due to swimming and sinking of plankton. This battery powered, modular, self-contained system is remotely operated by a PC through fiber optic links. Data from on-board environmental sensors are used to select locations for recording holograms and relating the images to broader scale physical structures. The holocamera also has a buoyancy control system that allows deployment as a neutrally buoyant drifter or in a slow profiling mode. The instrument is currently configured for in-line holography, but it has been designed to be readily adaptable to off-axis holography. The cylindrical sample volume is 6.3 cm in diameter and its length can be varied from 10 to 68 cm. The light source is a pulsed ruby laser chosen predominantly because zooplankton are typically less sensitive to red light. The laser has independent dual flashlamps for maximum flexibility in selecting delay between exposures. About 300 single or multiple exposure holograms can be recorded during a single deployment. Data such as particle size, shape, orientation, distribution in space and velocity are obtained by reconstructing the holograms, scanning them with a video camera equipped with a microscope objective, digitizing the images and analyzing relevant data. Several recent field tests have demonstrated the system reliability and resolution. Particles with sizes as small as 10 μm and details on cell structures of larger particles in the 3–5 μm range could be identified and used for identifying and categorizing the particles. Sample single and double exposure images, the latter for measuring motion, and sample spatial distributions are provided. Methods for mapping the liquid velocity distribution are addressed briefly. Parameters affecting the image resolution and location in space, such as particle density, distance from the film plane and focus are discussed and demonstrated.     

基于洋面目标模拟的卫星反射波段观测质量分析初探

卫星观测数据质量是遥感应用的前提,传统的场地定标、交叉定标、稳定目标定标等都只能反映限定观测条件下的卫星数据质量。为了更全面的评估反射波段的观测数据质量,本文提出了一种基于6SV矢量辐射传输模式的全球洋面目标卫星观测模拟,以及基于双差分析的卫星观测质量分析方法,并将该方法应用于FY-3B MERSI,发现FY-3B MERSI可见光波段相对于Aqua MODIS存在系统性偏差和与扫描角相关的偏差特征(主要由偏振影响所致)。相对于传统的定标检验方法,该方法可以提供各种观测几何条件下的全球分析样本,可以发现卫星数据在空间分布、扫描、偏振依赖等方面的质量缺陷。     

基于全球多源海图目录的海图检索服务研究

随着海图资料成为涉海行业海洋空间信息的主要来源,构建高效的海图检索服务系统,解决全球多源海图资料检索难题,已经成为行业的共同需求。总结信息化时代背景下海图检索服务的需求特征,提出多源异构数据整合方法,解决数据组织、全球多源数据源探查、数据检索方式和更新方式等4个方面的关键技术,基于元数据管理的思想建立了海图检索系统原型。该系统可作为全球海上交通地理空间信息服务平台的先导,应用于全球航海环境应急。     

Underwater Terrain Positioning Method Based on Least Squares Estimation for AUV

To achieve accurate positioning of autonomous underwater vehicles, an appropriate underwater terrain database storage format for underwater terrain-matching positioning is established using multi-beam data as underwater terrainmatching data. An underwater terrain interpolation error compensation method based on fractional Brownian motion is proposed for defects of normal terrain interpolation, and an underwater terrain-matching positioning method based on least squares estimation(LSE) is proposed for correlation analysis of topographic features. The Fisher method is introduced as a secondary criterion for pseudo localization appearing in a topographic features flat area, effectively reducing the impact of pseudo positioning points on matching accuracy and improving the positioning accuracy of terrain flat areas. Simulation experiments based on electronic chart and multi-beam sea trial data show that drift errors of an inertial navigation system can be corrected effectively using the proposed method. The positioning accuracy and practicality are high, satisfying the requirement of underwater accurate positioning.     

Underwater Terrain Positioning Method Based on Least Squares Estimation for AUV

To achieve accurate positioning of autonomous underwater vehicles, an appropriate underwater terrain database storage format for underwater terrain-matching positioning is established using multi-beam data as underwater terrain-matching data. An underwater terrain interpolation error compensation method based on fractional Brownian motion is proposed for defects of normal terrain interpolation, and an underwater terrain-matching positioning method based on least squares estimation (LSE) is proposed for correlation analysis of topographic features. The Fisher method is introduced as a secondary criterion for pseudo localization appearing in a topographic features flat area, effectively reducing the impact of pseudo positioning points on matching accuracy and improving the positioning accuracy of terrain flat areas. Simulation experiments based on electronic chart and multi-beam sea trial data show that drift errors of an inertial navigation system can be corrected effectively using the proposed method. The positioning accuracy and practicality are high, satisfying the requirement of underwater accurate positioning.