船舶转向避让碰撞距离模型的确定

船舶碰撞距离直接影响船舶碰撞危险度的大小。分析了影响船舶碰撞距离的因素：会遇态势、船舶的操纵性能、船舶尺度、船舶速度等；给出目标船静止不动时和目标船有运动速度时的船舶转向避让时碰撞距离数学模型，为研究船舶碰撞危险度和船舶自动避碰决策系统提供理论依据。     

船舶转向避让碰撞距离模型的确定

船舶碰撞距离直接影响船舶碰撞危险度的大小。分析了影响船舶碰撞距离的因素:会遇 态势、船舶的操纵性能、船舶尺度、船舶速度等;给出目标船静止不动时和目标船有运动速度时的 船舶转向避让时碰撞距离数学模型,为研究船舶碰撞危险度和船舶自动避碰决策系统提供理论依 据。     

基于海事大数据的港口感知计算

随着港口信息化建设的推进,积累了大量来源多样、结构各异的海事大数据,为了解港口城市的生产力和区域经济发展水平提供了新的契机。本文综合介绍了作者近期关于如何利用海事大数据进行港口感知计算的工作,给出了一个基于海事大数据的港口感知计算框架,利用船舶GPS轨迹、船舶属性、港口地理信息和港口设施参数等多源异构海事大数据,估算出一系列反映港口生产力的指标,从而对港口进行综合评价和比较。首先,利用船舶轨迹和港口地理信息数据,自动检测船舶在港口码头中的靠泊装卸事件;然后,利用船舶属性和港口设施数据,自动估计出每次靠泊装卸事件的货物吞吐量;最后,对各个港口码头的靠泊船数和货物吞吐量进行统计,从而计算出一系列港口生产力指标,包括到港船数、货物吞吐量、码头作业效率和泊位利用率等。在2011年的海事大数据上的实验结果表明,本框架能准确地估算出上述港口生产力指标。同时,以香港为例对上述港口的生产力指标进行分析,探讨基于海事大数据的港口感知计算框架在提高港口生产效率、优化海运航线中的积极作用。     

IMU/DGPS辅助空中三角测量精度分析

GPS和IMU技术近年来取得了长足的进步和广泛的应用,两者的组合应用为航空摄影测量无需地面控制而直接定向恢复立体模型提供了可能.本文介绍了GPS像主点辅助空三和IMU/DGPS辅助空三,讨论了IMU/DGPS集成系统在航空摄影测量中的几种应用方式,重点分析了有无地面控制条件下IMU/DGPS辅助空三的精度情况.     

GNSS多系统组合PPP解算方法与成果分析

研究GPS、GLONASS和BDS三系统组合精密单点定位（PPP），包括函数模型、对流层延迟参数和差分码偏差(DCB)参数的解算方法。利用C++语言编制3系统组合PPP程序，分析MEGX网12个连续跟踪站1周观测数据，结果表明，无电离层组合模型和非组合模型的收敛速度和定位精度相当，同一测站在不同时间的收敛速度无明显差异，但非组合模型采用先验电离层信息约束可提高定位的收敛速度。多系统组合定位能改善PDOP值，提高收敛速度和定位精度；3系统组合PPP的水平坐标精度约3 cm，高程精度约5 cm，优于3个系统单独定位或2个系统组合定位的精度；当卫星遮挡较大时，多系统PPP结果较单系统更为稳定。     

斜角坐标系图的专题地图量化信息可视化方法

引入量化图形中种类最为丰富的斜角坐标系图,作为专题地图的主题图形,用于统计地图制作,拓展了专题地图量化信息可视化的表示方法。重点介绍了基于斜角坐标系图的专题地图量化信息可视化应用程序开发的设计思想,通过分析斜角坐标系图形的构图特点和可视化变量,抽象出了一个基础菱形。基于MapInfo软件中的Map-Basic宏语言,设计了斜角坐标系量化图形基础菱形的标准过程,通过调用基础菱形的标准过程,可以实现单坐标系图形和组合图形的绘制。作者借助MapBasic的工程文件连接各个应用程序模块,开发出了以单坐标系、双坐标系和中心组合图形模块为中心的专题地图量化信息可视化应用程序,并实现了量化图形自动排序、手工排序、图形整体移动等功能。最后以河北省1990、1995、1998年第一、二、三产业产值的实际数据,绘制了以三坐标系中心组合图形为主题图形的专题地图,对引入的斜角坐标系量化图形进行应用效果的实例验证。     

上海外高桥港区停泊船聚类分析与异常检测

停泊船空间分布规律挖掘,在海事监管、港口管理和航运公司船队管理方面有着重要意义。现有研究主要针对船舶停泊点进行空间聚类以识别码头和锚地,缺乏对码头、锚地内船舶停泊特征分析,及码头和锚地外的异常停船的检测。因此,利用海量船舶自动识别系统（AIS）数据探索船舶停泊规律显得很有必要,且具备可行性。根据海况设定停泊速度阈值和停泊位置变化量阈值,建立停船判定模型。按港区、船型筛选,获取2016年1至11月外高桥港区集装箱船停泊记录。根据类中心点密度和聚类数量,设定邻域半径（ε）和邻域密度（MinPts）,采用密度聚类（DBSCAN）算法对船舶停泊点进行密度聚类,并将聚类结果与外高桥港区码头、锚地分布图进行比较,生成可疑停船列表。对比船舶历史轨迹,明确可疑停船列表中船舶真实停泊记录,筛选出异常停船。研究发现,2016年1至11月外高桥港区船舶异常停泊点位于圆圆沙锚地至吴淞口锚地间的南港水道和江亚南沙锚地附近的南港水道航段。船舶停泊前、后位置变化幅度小,而速度变化幅度大,推测船舶突发故障是其异常停泊的原因。海事主管部门（MSA）可根据船舶水上移动通信业务识别码（MMSI）快速锁定航运公司,加强岸上船舶安全管理。船舶停泊位置和时间能够记录船舶发生故障地点及其持续时间,为船队管理提供重要依据。     

三维激光扫描技术与传统测绘技术的精度分析

利用三维激光扫描技术和全站仪对实际案例进行外业数据采集,通过提取同名点坐标,求取七参数,进行不同坐标系下的坐标转换。经过精度对比分析,证实三维激光扫描仪测量点云坐标误差与其距离有关,即坐标转换后的点位误差随着距离的增大呈增长趋势。同时,地面三维激光扫描技术与传统测绘技术相比,能够直接方便地获得所有地物的三维点云数据,可有效节省人力物力,缩短工期,提高工作效率和经济效益。将三维激光扫描技术与传统测绘方法相结合,能够更加顺利地完成工程任务。     

一种基于GPS定位的雷达方位标定方法

借助地面参照物,在引入GPS定位功能的基础上,提出了一种灵活、快速的车载雷达方位标定方法。由于其中的地心角计算公式复杂,给出了地心角的近似计算方法。结果表明,当GPS定位精度为2m,相对距离为800m的地方角度误差小于0.286°17.172′,此精度已经超过了低档陀螺电子寻北仪。     

基于系统间交叉验证的海上精密单点定位质量检核方法

基于MGEX(multi-GNSS experiment)测站实测数据,采用系统间交叉验证方法检核海上BDS/GNSS精密单点定位质量。分析不同系统组合的精密单点定位精度和收敛速度,结果表明,相对于单BDS,不同系统组合可有效提高精密单点定位的收敛速度和定位精度;组合系统的数目越多,相应的精密单点定位精度越高,收敛速度越快。同时,在静态、仿动态、海上动态不同定位模式下,采用系统间交叉验证方法检核精密单点定位的精度和可靠性。     

船舶轨迹数据的Geodatabase管理方法

 船舶轨迹的自动观测记录已进入了大数据时代,其呈爆炸式增长的趋势给传统的轨迹数据管理方式带来了巨大挑战。本文针对通用船舶自动识别系统(AIS)岸基网络中船舶轨迹数据上传频率高,数据量大,覆盖范围广的特点,首先,分析了当前常见船舶轨迹数据存储方法存在的缺陷,概括了船舶轨迹数据的特征并对其进行抽象建模,然后,在时空立方体模型的基础上,提出了从抽样时刻、步进时段到每日航次的三层组织框架的建模思想,设计了Geodatabase的网格化三级时空立方体模型,实现了海洋运输船舶轨迹观测记录的Geodatabase管理方法。通过我国AIS岸基网络(温州-汕头)单日观测数据的实例验证,表明该模型存储及时空查询性能良好,且具有轨迹数据存储、查询和空间分析一体化管理的独特优势。     

基于多源海事数据的大型船舶精细化分段乘潮研究

针对大型船舶长航道乘潮进港窗口期时长不充足问题,本文提出了基于船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）数据、港口潮汐数据、官方电子海图数据和航道地理位置数据等多源海事数据的大型船舶长航道精细化分段乘潮模型。首先,基于AIS数据采用K中心点算法对大型船舶乘潮航行行为特征进行挖掘,识别出大型船舶乘潮航迹关键点,计算大型船舶乘潮航行行为变化关键船位点。接着,结合长航道地理环境特征和大型船舶航行行为特征对长航道进行精细化分段,在此基础上基于港口潮汐数据构建大型船舶精细化分段乘潮窗口期计算模型。其次,设计乘潮历时自适应排列算法求解大型船舶乘潮最长窗口期;然后,以黄骅港综合港区航道为例验证了本文所提出的精细化分段乘潮模型。最后,基于电子海图数据利用地理信息系统平台实现大型船舶精细化分段乘潮三维动态推演,进一步验证大型船舶精细化分段乘潮航行的安全性。结果表明,该模型能够有效增加大型船舶乘潮进港窗口期时长,提高大型船舶乘潮进港效率,可为港航管理部门制定大型船舶进港计划提供理论指导。     

基于多源数据和船舶停留轨迹语义建模的港口目标识别

港口目标识别是海事船舶监管的重中之重,船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）所获取的船舶活动信息,可为港口目标识别提供高时相和高精度的船舶航行数据。为了探究AIS数据在港口目标识别中的应用,提出一种基于多源数据和船舶停留轨迹语义建模的港口目标识别方法。通过数据挖掘和语义信息增强构建船舶停留轨迹语义模型,识别船舶港口停留轨迹;建立基于随机森林的船舶停留方式分类模型,分类船舶泊位停留轨迹和船舶锚地停留轨迹,并利用空间逐级合并方法提取港口泊位和港口锚地;综合船舶泊位停留轨迹、道路、海岸线、水深、土地利用与土地覆盖等数据,顾及情景-领域知识实现港口目标识别。基于2017年96 790艘船舶的超8300万条AIS轨迹记录,应用本文方法识别南海研究区的港口目标。实验结果表明,本文方法对于船舶轨迹停留行为总体分类精度为0.9477, Kappa系数为0.8948。提取出南海研究区447个港口区域,与Google Earth影像叠加验证结果表明,提取结果均位于真实的港口影像内,相较于Natural Earth数据集中包含的南海区域24个港口点位,提取结果的完整性大大增强。因此,基于多源数据和船舶停留语义建模的港口目标识别方法对于港口目标识别具有较高的准确性和完整性。此外,该方法提取的港口区域可为基于遥感影像的港口目标识别提供靶区,从而提高大区域甚至全球范围内港口目标动态识别的效率。     

基于AIS的海上渔船捕捞活动聚集区提取方法研究

船舶自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)不仅是海上交通监管的有效工具,也为研究海上交通运输及其相关产业活动特征提供了一种良好的数据源。基于海上渔船AIS数据,本研究利用高斯混合模型(Gaussian Mixed Model,GMM)识别渔船捕捞活动状态,提出一种将核密度估计(Kernel Density Estimation,KDE)与热点分析(Hot Spot Analysis, HSA)相融合用于渔船捕捞活动聚集区提取的方法。结果显示：与单一KDE或HSA方法相比,二者相融合的方法将KDE的距离衰减效应与HSA统计指数相结合,在渔船捕捞活动聚集区提取中的应用效果较好、效率较高;采用该融合方法,基于2018年9—12月AIS数据,实现对渤海海峡周边海域渔船捕捞活动聚集区的提取,发现不同月份,渔船捕捞活动聚集区的分布范围和空间形态特征具有一定差异性,烟威近岸海域和渤海海峡是主要的捕捞活动聚集区,其结果可为该海域捕捞活动管理和海洋生态保护提供技术方法和决策支持。     

AIS数据在集装箱港口服务效率的应用研究

港口是物流供应链中的核心环节,港口服务效率会决定整个物流供应链的效率。本文提出了一种基于海量船舶AIS（Automatic Identification System）轨迹数据的港口服务效率计算框架,利用集装箱船舶AIS轨迹、港口地理信息等海事大数据,采用滑动窗口算法等数据挖掘方法判断船舶在港内的状态,估算出反映港口服务效率的AWT/AST指标,从时间维度对港口服务效率评价,为港口管理运营部门和航运公司决策提供参考。并以上海港、宁波港、深圳港、釜山港为例,采用2018年全年全球5600余艘集装箱船舶的AIS轨迹数据,量化评价4个亚洲集装箱港口的服务效率。结果显示:① 船舶抵港泊位作业时间近似正太分布,正太分布均值在14~18 h之间,船舶泊位作业时间集中在10~30 h;② 船舶泊位作业时间与船舶船型大小成正相关,船型越大则泊位作业时间越长;③ 32%的船舶抵达上海港会发生等待时间,体现上海港集装箱码头整体处于供不应求的状态。宁波港整体服务效率较高,船舶发生等待事件较少。作为区域性枢纽港,釜山港近洋区域性运输频繁使得釜山港抵港船舶频率较高。④ 洋山四期码头为自动化码头,其港口装卸工艺与其他码头不同,但其码头作业效率并未高很多。     

基于GNSS的单波束测深系统在大中型水库水下地形测量中的应用

随着水库在经济社会发展中所起的作用日趋明显,对水库的开发、治理更加重视,获取高精度的水库水下地形数据变得更加急迫.随着测深技术、差分GNSS技术以及姿态传感器的不断发展,基于GNSS的测深系统为水下地形测量提供了全新的解决方案.通过合理规划测线,经过声速改正、吃水改正,利用船载GNSS导航定位和测深仪采集测深数据,经转...     

GNSS精密单点定位成果的框架与历元转换方法

虽然GNSS精密单点静态定位精度可达cm级，但其定位成果一般是某一ITRF框架下的平均观测历元时刻的坐标，通过框架及历元转换可获取地面点在任意ITRF框架及历元时刻的坐标。利用APPS、CSRS、GAPS、magicGNSS以及AUSPOS等在线GNSS数据处理软件对93 d的单CORS站数据进行解算，并采用框架及历元转换方法将定位成果转换为CGCS2000坐标（ITRF97框架，2000.0历元）。结果表明，24 h PPP定位结果的平均精度为1.7 cm；采用中国大陆构造环境监测网络提供的ITRF2008框架下的速度场，并利用自然邻点插值法获得该测站点的速度场，再将PPP结果转换为CGCS2000坐标后的精度为1.6 cm。     

GIS支持下的全球武装冲突数据体系建设评介

地缘环境安全是国家安全的重要组成部分。准确、精细、及时更新的各类地缘冲突信息是全球地缘风险评估和预警的基础。本文全面回顾了以武装冲突为核心的全球地缘冲突数据体系建设的发展历程,剖析了地理时空定位、大数据挖掘等技术的应用进展。在地理信息系统（GIS）技术支持下,对武装冲突内涵和武装冲突事件数据体系总体框架的理解不断深入,生产出一大批高质量的数据集合或数据产品;地缘冲突在主题上逐渐细化,冲突事件记载的空间定位精度从国家发展到更小尺度的地理位置（经纬度）;在网络信息搜索与大数据挖掘技术支持下,武装冲突信息的更新频率从年度更新提高到每小时更新,全球武装冲突数据体系建设初见成效。地缘环境系统科学与地理科学的深度融合、地理大数据与人工智能技术的广泛应用将是推动本学科领域发展的重要动力。     

南海区域商船典型空间分布及贸易流向研究

随着中国对外开放的深入以及“一带一路”倡议的推进,南海战略地位更加显著。如何科学监管南海船舶,维护国家权益,促进地区之间贸易也成为摆在政府部门面前的难题。在本文中利用南海区域2015年的卫星AIS数据与船舶数据档案资料,通过计算南海水域船舶交通密度分析主要航路,与关键门线船舶流量计算相结合,明确船舶典型空间分布;同时基于4种类型船舶的主要航路的选择,明确南海货物贸易主要流向。研究成果表明：① 船舶空间分布在《世界大洋航路》的推荐航线上,南海的建设开发并未影响船舶的贸易运输;② 贸易运输以跨越南海的长距离运输为主,珠三角作为主要航路的重要端点表明中国在南海贸易的优势地位。