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。     

基于近海雷达与AIS探测目标融合算法研究

利用岸基雷达站的雷达传感器以及船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)所获取的目标信息,针对近岸海域目标密集的特点,提出了一种提高雷达与AIS信息融合精度的算法。该算法在将雷达基于站心球坐标系的位置信息转换成AIS基于WGS 84坐标系的位置信息实现空间配准、以及将AIS航迹的时间通过外推法与雷达航迹时间统一起来的基础上,首先采用目标位置及航速的欧氏距离判别法,剔除一部分不符合条件的目标数据,减少参与融合的数据量,然后进一步采用模糊数学中的柯西型隶属度函数及统计加权法对航迹相似度判断。研究结果表明,本文所提出的融合算法适用于目标较密集的近海海域。     

基于Geohash和动态网格的渔船轨迹相似度搜索算法

渔船轨迹数据属于具有强时空关联的时间序列数据,相较于普通轨迹具有形状多变无规律、单条轨迹点数量不统一等特点。在使用传统相似度索引构建的查询算法中,常由于以上原因造成索引构建缓慢,查询速度下降。为解决以上问题,提出了基于Geohash和动态网格的渔船轨迹相似度搜索算法。针对渔船轨迹数据形状多变问题,基于Geohash构建可变动态网格结构,利用Geohash的唯一性所构建的网格路径范围进行轨迹查询,直接对网格路径内所包含的其他轨迹点进行计数,并加入时间维计算以保证查询轨迹与被查询轨迹处于同一时间维度;通过计算结果轨迹点数量与轨迹点总数量之间的比值解决轨迹点数量不一致的问题。为验证所提出方法的有效性,使用真实渔船轨迹数据进行实验,并与传统方法进行了比较。实验结果表明,所提出的方法能够有效提高渔船轨迹数据的索引构建速度和查询速度,为进一步数据分析提供有效的数据支撑。     

基于BiLSTM模型的远洋渔船类型识别研究

船舶自动识别系统(Automatic identification system,AIS)为渔业资源和渔船捕捞活动管理和研究提供了可能.明确船舶作业类型是开展AIS信息渔业研究应用前提,为渔业研究和管理提供渔船捕捞类型基础数据支撑,保障渔船作业安全和监督非法捕捞渔业活动,作者通过搜集整理3000多艘已知类型船舶信息,从...     

基于大数据的复杂海运环境下船舶路径自动生成方法

随着全球经济的快速发展，海上运输由于其运力大、运费低而变得更具实用性。然而，这也意味着在海上航道行驶的船只正变得越来越多，这将导致在复杂的海洋环境中航海船只发生事故的可能性会很高。据相关历史的统计，在海域中航行缺乏高精度导航数据会导致大量事故，这种累积的事故信息可以被用来提高航海的安全性。本文通过将蕴含在AIS (Automatic Identification System) 大数据中的经验导航信息挖掘出来，以辅助实现复杂海事环境下安全可靠的船舶路径的生成。本文提出了一种基于大数据自动生成船舶路径的新方法。该方法首先在大量船舶轨迹上通过DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise) 聚类形成不同的轨迹矢量簇。然后，迭代计算轨迹矢量簇的中心线，并从这些中心线之间的节点-弧段拓扑关系来构建航道网络。最后，基于航道网络来实现船舶路径的生成，对于航道网络未覆盖的海域，则通过海洋环境风险栅格的路径规划来实现船舶路径的生成。不同海域不同AIS数据集进行的多次实验结果表明，本文提出的船舶路径生成方法是有效性。     

舰船卫星探测实验中利用AIS获取现场同步数据的可行性分析

在SAR与AIS联合探测探测舰船目标实验中,通过对2010-11-05T06：51渤海海峡Radarsat-2影像的和与之时空匹配的AIS数据比较,发现2种手段探测到的静止的舰船目标能够精确的匹配,但是运动的舰船目标存在一定的偏差.分析了偏差产生的原因,其中距离向偏差是由时间误差引起的;方位向偏差主要是由多普勒频移造成的;这与运动舰船目标的航速、航向及SAR与AIS的探测时间误差有关.在此基础上建立了数学模型,分析上述参数对偏差的影响,并对偏差加以修正,从而实现了SAR与AIS探测结果的匹配.     

面状矢量空间数据匹配技术研究

数据匹配技术是空间数据集成与融合中的关键技术。对面积相似度进行了描述，对面积相似度进行了几何度量上的定义，提出了基于面积相似度的数据匹配思路。最后，以面状目标为研究对象，以城市居民地的大比例尺数据为例，对基于面积相似度的面状要素数据匹配算法进行了试验与分析。     

海洋二号卫星微波散射计后向散射系数业务化面元匹配算法

本文提出了一种可业务化运行的海洋二号卫星散射计面元匹配方法，该算法主要用于将按时序排列的后向散射系数及相关参数投影到相应风矢量单元。面元匹配方法主要包括地面网格划分和后向散射系数观测结果重采样两个关键步骤。为简化计算，本文采用了以星下点轨迹为中心，以顺轨向及交轨向为坐标轴的地面网格划分方式。在重采样过程中，本文提出了一种“三点标定”重采样方法，利用观测脉冲的地面足印中心，星下点轨迹的起点，以及过地面足印中心做星下点轨迹垂线的交点，三点形成的直角三角形来计算每个后向散射系数观测结果在地面网格中对应的坐标。该直角三角形的两直角边分别对应观测脉冲在顺轨向和交轨向的坐标。同时，为减少由于星下点数据空间分布不连续引起的面元匹配误差，在采用三点标定法进行重采样之前，首先对星下点时空分布不连续的区域对时间插值，然后以时间为坐标，对星下点经度、纬度分别进行内插。对风矢量面元位置分布和风矢量反演精度等分析表明，本文提出的面元匹配算法，可在满足高质量海面风场反演的要求。     

构建岸基雷达网辅助海上执法智能平台的关键技术分析

以广东省现有的"岸基雷达网综合监控系统"为基础,构建一个服务于海上执法的智能平台。针对构建该智能平台所涉及的关键技术展开分析,包括全省近海20 nmile范围内5万以上海上目标数据10 s实时更新、雷达网数据清洗、船舶航行态势估计等。结果表明:(1)采用线性池和连接池技术,可实现全省近海5万海上目标数据10 s实时更新,确保目标数据实时动态入库;(2)建立针对不同目标的检测与数据清洗算法,可解决静态目标、目标断续ID不统一、虚假目标等数据的去除问题,确保实时输入数据的有效性;(3)依据雷达、船舶身份自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)、天气和海浪等数据,可有效地构建基于概率图的船舶航行态势估算模型,实现对小型船舶航行危险、违规违法和导致危险等方面进行智能判断,辅助海上执法。     

多传感器水色卫星数据融合在提高观测数据质量中的作用

多传感器水色卫星融合对于提高水色数据时空覆盖率和可靠性具有重要的意义。利用MODIS、MERIS和VIIRS多传感器水色卫星融合数据与时空匹配的现场实测数据进行对比,分析了两种融合方法(平均法和基于最优化技术的光学融合算法)在提高观测数据质量中的作用。结果表明,与现场实测数据对比,MERIS传感器测量的平均绝对百分比误差(MAPE)为18.5%,MODIS传感器的MAPE为13.4%,VIIRS传感器的MAPE为18.2%,平均法融合产品的MAPE为12.8%,基于最优化技术的光学融合产品的MAPE为9.6%,说明两种融合算法都能降低测量误差,通过数据融合可以显著地提高数据质量,其中基于最优化技术的光学融合法性能更优。     

基于密度峰值聚类的中尺度涡轨迹自动追踪方法

中尺度涡信息的提取包括涡旋的识别和轨迹追踪，其自动识别与追踪对于基于海量数据的中尺度涡分析十分重要。传统涡旋轨迹自动追踪方法一般需要预先设定搜索半径的阈值，存在一定的主观性。针对传统中尺度涡轨迹追踪方法存在的问题，论文从聚类的角度出发，提出基于密度峰值聚类算法实现对涡旋轨迹的自动追踪，并以南海中尺度涡追踪为例，将基于聚类的追踪算法与传统的相似度追踪算法进行比较分析。结果表明:（1）基于密度峰值聚类算法，可实现对海洋中尺度涡的自动追踪，该算法涡旋追踪准确率优于传统相似度算法；（2）该涡旋追踪算法对资料的完整性依赖度较低，特别是对于存在部分缺损数据的情况仍能较准确追踪；（3）该追踪算法克服了传统涡旋追踪算法需要预先设定搜索半径阈值的问题，自适应性更强。     

基于AIS信息校准的双频地波雷达的船只融合跟踪

高频地波雷达（HFSWR）和自动船只确认系统（AIS）是船只跟踪的重要传感器。高频地波雷达可以用来跟踪探测区域的所有船只，而AIS只能用来确认合作船只的信息。由于海杂波的干扰，使用单频率地波雷达的船只跟踪会淹没在布拉格峰值的盲区里，改变探测频率是克服这一缺点的有效手段。在这种背景下，我们提出一种基于AIS校准的双频雷达融合探测算法。因为不同频率的地波雷达测量与AIS的测量值存在系统误差，所以AIS信息可以用来估计和校准地波雷达的每个频率的系统误差。首先，将合作目标的点迹测量与地波雷达的点迹测量通过JVC分配算法进行点迹关联。从合作船只的点迹关联结果中，双频雷达的系统误差可以估计和校准。其次，基于校准的双频雷达数据，使用融合JPDA-UKF算法进行船只跟踪。通过真实探测的数据的实验结果显示所提算法可以实时跟踪船只，相比单频率跟踪可以进一步提高跟踪能力和跟踪精度。     

Mapping human dimensions in marine spatial planning and management: An example from Narragansett Bay, Rhode Island

The Narragansett Bay in Rhode Island is a complex mosaic of human activities and environmental features and while spatial distributions of physical, chemical, and biological elements are well documented in the Bay, there are limited data on spatial distributions of human activities. In this study, human uses of coastal waters in the upper Narragansett Bay are examined using an approach for characterizing and analyzing fine scale spatial and temporal data on human activities. Shipboard transect surveys of active water activities were conducted in the upper Bay on 50 days during the summer months of 2006–2007. The composition and configuration of different vessel types (recreational motor, recreational sail, row boat, commercial fishing, industrial, service, and official) were analyzed, and the impacts of proposed changes in land use policies and wastewater treatment technologies were investigated. Results indicated that recreational boaters comprised almost two-thirds of the upper Bay's users and used over one-half of the study area. Industrial activity was concentrated near Providence where RI's main port is located, and there was an active commercial fishery in the southern portion of the study area. Conditions like increasing cloud cover, weekend days, and the July 4th holiday were related to increased recreational use, while the closure of an upper Bay beach to swimming was associated with fewer commercial fishing vessels and more official boats, recreational motor boats, and service vessels. Findings indicated that upper Bay waters near land converted from industrial zones to zones where residential housing or marinas are encouraged are likely to see a change in composition of vessels, with fewer industrial and official boats and more recreational motor boats, row boats, and service vessels. Enhanced wastewater treatment technologies and the resulting improvements in water quality are likely to make more waters in the upper Bay available to shellfish harvesting, spreading out existing fishing grounds and potential pressures on the ecosystem and on other users. By characterizing the spatial and temporal heterogeneity of human uses in the marine environment and analyzing how these uses relate to the complex human and natural systems in which they are embedded, this study and others like it can positively contribute to marine spatial planning and management efforts designed to achieve ecological, economic, and social objectives.     

ScotMap: Participatory mapping of inshore fishing activity to inform marine spatial planning in Scotland

A detailed understanding of fishing activity in Scottish waters is required to inform marine spatial planning. Larger fishing vessels are fitted with Vessel Monitoring Systems (VMS) offering spatial information on fishing activity. VMS does not cover smaller vessels (under 15 m), which fish predominantly in inshore waters where the competition for space is often greatest. To improve knowledge of the distribution of fishing activity and value of fisheries in Scotland's inshore waters, Marine Scotland conducted a participatory fisheries mapping project, known as ScotMap. The data were collected during face-to-face interviews with 1090 fishermen of Scottish registered commercial fishing vessels under 15 m in overall length and relate to fishing activity for the period 2007–2011. Interviewees were asked to identify the areas in which they fish, estimate the contribution these areas make to vessel earnings, and to provide associated information. The majority of interviews relate to creel fishing. The data collected were aggregated to provide mapped outputs of the monetary value, relative importance to fishermen and the usage of the seas around Scotland (number of fishing vessels and number of crew). ScotMap outputs provide information on the locations of inshore fishing activities and the economic importance of different sea areas at a much higher spatial resolution than was previously possible. Outputs have informed marine policy development, provide a valuable resource for marine spatial planning in Scotland and illustrate how participatory mapping can generate useful resources on the location and importance of inshore fishing areas.     

Estimating spatial and temporal variability of juvenile North Sea plaice from opportunistic data

Surveys are often insufficient to accurately capture the distribution of a species in both space and time. Complementary to the use of research vessel data, platforms of opportunity can be a powerful strategy to monitor species distributions at high temporal and spatial resolution.In this study we use data from commercial fishing vessels, collecting – under the European Union data collection framework – biological data on all species that are caught and subsequently discarded. Using such discard data in combination with a systematic trawl survey, we model the spatial and temporal distribution of juvenile plaice (Pleuronectes platessa) in the central North Sea. There is a clear age-dependent difference between the commercial fishing vessel data and the research vessel data, with age 1 being the dominating age in the survey catches, while age 2 is the dominating age in the discards. The results show how immature plaice, slowly migrate from the nursery areas, westwards into the deeper regions of the North Sea. Also, the results show that during the study period, juvenile plaice gradually moved to deeper waters at an earlier age. Finally we discuss how the framework can be applied to similar opportunistic data to monitor seasonal and inter-annual migration of marine organisms, and to quantify how they may be influenced by biotic and abiotic gradients, such as temperature.     

基于北斗船位数据的渔业信息解译与应用研究——以中国毛虾限额捕捞管理为例

2020年6月15日—7月15日,我国首次中国毛虾(Acetes chinensis)限额捕捞试点于江苏连云港实施。本研究提取62艘毛虾网船在限额捕捞期间的421700条北斗船位数据经纬度、航速、航向等信息,运用缓冲区叠加分析法、DBSCAN密度聚类算法、平均中心算法、核密度估计以及数据库查询对捕捞努力量等管控要素进行分析研究。结果显示,所有毛虾网船累计作业239个航次、1942个网次,捕捞过程分为航行、抛锚布网、等待渔获、收渔获、停航等5个状态,中国毛虾捕捞状态船位点呈直线分布,总捕捞时长为4413.73h,82.4%的单网次捕捞时长为1.5—3.5h,各网次捕捞产量呈现多核心空间分布模式,总捕捞努力量为108106343 m~2·h,计算62艘的捕捞总产量值约为2328 t,比上报产量高12.6%;本文通过北斗船位数据解译和提取捕捞努力量以计算中国毛虾捕捞产量及资源空间分布情况,有效应用于中国毛虾限额捕捞,为解决我国单品种限额捕捞难点积累了宝贵经验。     

基于空间自相关模型的西北太平洋日本鲭渔场时空变动研究

日本鲭(Scomber japonicus)是西北太平洋渔业捕捞的主要种类,了解其渔场变动对探究日本鲭种群分布、资源评估、开发利用和管理等意义重大.为获知其渔场的时空变动特征,本研究根据中国2014-2019年西北太平洋公海灯光围网渔业统计资料,运用全局莫兰指数、局部热点分析、重心迁移轨迹模型和标准差椭圆模型对西北太平...     

秘鲁外海茎柔鱼渔场时空分布分析

秘鲁外海茎柔鱼是重要的经济性种类,掌握其渔场时空分布规律有助于资源的合理利用。本文根据2003—2004年和2006—2009年我国鱿钓船在秘鲁外海的生产统计和海洋表面温度(SST)等资料,使用空间距离和聚类分析的方法,对其各年间渔场时空分布进行分析比较。结果表明,各年产量重心的分布都存在一定差异,产量重心在经度上随月份整体上呈现向西移动的趋势,在纬度方向上1～6月整体上呈向北移动的趋势,7～12月则表现出向南移动的趋势。聚类分析表明,2003、2006和2008年;2004、2007和2009年空间分布格局各为一类。空间距离分析表明,2006和2009年产量重心差异最大,其中前者平均产量重心为82°23′W、12°53′S,后者为81°47′W、14°27′S,南北相差约1.5个纬度。研究认为,渔场分布的月间变化是由茎柔鱼南北洄游所引起的,年间渔场分布差异与SST等海洋环境关系密切。