基于海洋地理信息系统的船舶轨迹异常检测分析研究

伴随着定位设备、无线电通讯技术以及智能传感器的普及和发展,大规模高质量的可用轨迹数据被广泛记录。船舶轨迹异常检测可以帮助提升海洋态势感知能力,为海事监管辅助决策等提供支撑,已经成为了数据挖掘领域的一个新的研究热点。随着人工智能技术以及软硬件处理设备的发展,利用海洋地理信息系统(MGIS)决策管理、分析评价和模拟预测等多项功能,对船舶自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)数据和合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)数据进行协同管理与分析,能更高效、准确的建立模型、挖掘信息,对于加强海上安全、维护海上贸易、提供辅助决策等都有着重大意义。     

基于多级模糊与GIS的天然气管道风险评估

合理地进行城市燃气管道风险评估对于燃气企业的安全生产及科学管理具有重要的意义.基于模糊数学理论建立天然气管道多级模糊综合评估模型,通过在统一的风险评估指标体系下获取的管道风险指数,建立与模糊风险等级相匹配的关系,并利用GIS技术对管道风险结果进行可视化表达.试验结果表明多级模糊评估模型与GIS技术应用于管道风险评估,能够为风险预警及事故应急预案编制提供科学决策依据.     

基于AIS时态数据库的船舶实时监控系统

提出一种基于AIS时态数据库的船舶实时监控和历史轨迹查询解决方案。基于AIS时态数据库的历史数据处理及分析可以为海事部门提供决策支持,提高水上交通管理效率,改善水上交通安全。     

融合速度和方向信息的船舶位置高精度预报

船舶位置信息的准确性和实时性是其导航避碰的重要依据,传统自动识别系统(automatic identification system,AIS)获取的船舶位置信息存在精度不足和动态信息滞后等缺点,制约了导航预警的性能。基于AIS采集数据,分别解码出船舶位置、速度和航向信息,采用静态试验测试其精度,结果发现位置精度波动较大,速度和航向精度较为稳定。提出利用船舶当前位置、速度和航向计算下一时刻船舶位置,与AIS实测位置比较,检验定位信息是否含有粗差,提高船舶定位的精度;将船舶位置信息、速度信息和航向信息作为观测值,建立统一的多类观测值高阶多项式模型,预报船舶下一时刻位置,实现船舶位置的实时获取。结果表明,当剔除位置粗差时,预报精度可达1m。     

复杂卫星图像中的小目标船舶识别

船舶作为海上的重要目标,实现对船舶自动识别有重要的意义。针对卫星图像中云雾、海岸背景等复杂海情对船舶识别带来的干扰,以及小目标船舶高漏检率问题,本文提出一种多尺度深度学习模型训练策略,在此基础上构建了一种船舶识别的深度学习网络,该网络可分为多尺度训练、特征提取、生成目标建议区域、船舶分类这4个部分。首先,采用多尺度的训练策略,将多尺度的船舶样本送入网络中进行训练,这样在训练样本中加入了大量小目标船舶的样本,使网络充分提取到小目标船舶的特征;其次,通过卷积神经网络对目标船舶进行特征自适应提取;然后,目标区域建议网络可依据卷积神经网络提取到的特征,在图像中找到感兴趣目标区域,即框定船舶的位置;最后,通过多个全连接层的组合,将高维特征映射到一个4元组中,再运用分类函数输出每一类船舶的概率值,概率值最大的则为该船舶的类别。同时为解决云雾遮挡和海岸背景的干扰,采用了一种负样本增强学习的方法,在样本数据集中加入了大量只含有云雾和海岸背景的图片,进行负样本扩充,增强网络模型对云雾及海岸背景的特征学习能力,以此解决复杂海情的影响。实验结果表明,所提方法有效解决了复杂海情条件下的船舶识别难,以及小目标船舶识别难的问题,实现了复杂海情条件下的船舶识别。同时,与现有成熟的深度学习目标识别算法相比,本文算法的精确度和召回率分别提升了6.98%和18.17%,所训练的模型具有良好的泛化能力和鲁棒性。     

北斗船舶航线监管平台系统设计与实现

针对目前对海上船舶采用传统手段进行监管存在盲区及资费昂贵的痛点,利用北斗卫星导航系统所具有的定位、测速、授时,及其北斗一代所特有的短报文双向通信及功能,设计了一套北斗船舶航线监管平台系统,并将它应用于武汉市港航局所辖的船舶航线的监管工作中。结果证明,该系统在不依赖其它通信技术手段前提下,能够实现船舶实时定位、测速、精密授时、船舶之间、以及船舶与监控中心和授权手机短报文双向通信。另外,还具有防撞报警、航迹偏差告警等功能,以及全天候、无盲区、低资费、高可靠的优势,有较大的实用价值。      

中国与"海丝之路"干散货海运网络货流分布集中度分析

为掌握海上丝绸之路干散货海运网络特性,提高中国港口在干散货海运网络中自我维护和应急处理能力,基于全球海洋货物运输船舶自动识别系统数据,首先根据中国港口与海上丝绸之路沿线港口的货流联系建立了加权有向的干散货海运网络,然后利用显著流分析法和赫芬达尔-赫希曼指数对干散货的区域货流分布集中度进行分析.结果显示中国与海上丝绸之路各海运区域之间干散货货流分布集中度具有明显差异,以欧洲、东北非和南非区域最为显著.计算结果对海上丝绸之路干散货海运网络的管理、规划、应急准备具有重要的参考意义.     

基于多网络融合的船舶寻迹和导航终端开发

随着船舶营运和作业范围的越来越大,自然环境和国际环境的变化,船舶面临的风险逐年升高,对船舶寻迹和导航系统越来越迫切。针对船舶营运的特性及无线网络特性,设计了北斗短信/移动蜂窝网/Zigbee多网融合的船舶寻迹和导航终端,对终端进行设计和开发,测试验证该终端可以有效保证对船舶的定位和导航。     

一种船舶姿态模型的确定方法

以GPS进行船舶姿态测量的处理结果为依据，通过回归分析，针对船舶姿态因子与测量过程中可观测到的变量建立了船舶姿态模型，并通过数学检验验证了其有效性，从而为船舶的姿态改正提供了一套全新的方法。     

遥感影像船舶检测的特征金字塔网络建模方法

船舶作为海上运输载体,其准确检测在海洋环境保护、海上渔业生产管理、海上交通与应急处置及国防安全应用中都具有重要意义和价值。目前基于目标检测网络的遥感船舶检测方法因末层特征分辨率不足和卷积固定的几何结构,导致网络难以适应小尺度且具有随机朝向、形态多变特征的船舶目标,进而限制船舶检测精度。针对该问题,本文提出一种用于遥感影像船舶检测的特征金字塔网络建模方法。首先引入形变卷积/RoI池化模块,以适应朝向和形态多变的船舶目标;其次借鉴在小目标检测中性能出色的特征金字塔网络的建模思想,采用对称式网络和多尺度特征融合的方式进一步融合高级语义和低级空间信息,提升小尺度目标特征分辨率。在40 000幅、船舶目标67 280余个的遥感影像数据集上的试验结果表明,本文方法能够有效集成形变卷积/RoI池化和多尺度特征融合方法,相较传统CNN船舶检测方法取得明显提升,在准确率、召回率及F_1指标上分别达到85.8%、97.9%和91.5%。     

Flood prediction and assessment of vulnerability risk in the southern coasts of the Caspian Sea

Abstract

The southern part of the Caspian Sea shoreline in Iran with a length of 813 km has different topographic conditions. Owing to sea fluctuation, these zones have various dimensions in different times. During the last years, the Caspian Sea experienced enormous destructive rises. The historical information and tidal gauge measurements showed different ranges of sea rise from ?30 m to ?22 m from the mean sea level. On the other hand, the probable flooding zone is related to slope gradient of coasts. To help the determination of the probable flooding area owing to sea level rises, the coastal zones can be modelled using geographic information system (GIS) environment as vulnerability risk rates. These rates would be useful for making decisions in coastal management programs. This study examined different scenarios of sea rise to determine hazard-flooding rates in the coastal cities of the Mazandaran province and classified them based on vulnerability risk rates. The 1:2000 scale topographic maps of the coastal zones were prepared to extract topographic information and construct the coastal digital elevation model. With the presumption of half-metre sea rise scenarios, the digital elevation models classified eight scenarios from ?26 to ?22 m. The flooding areas in each scenario computed for 11 cities respectively. The vulnerability risk rate in each rise scenario was computed by dividing the flooded area of each scenario to city area. The results showed that in the first four scenarios, from ?26 to ?24 m, the Behshahr, Joibar, Neka and Babolsar cites would be more vulnerable than other cites. Moreover, for the second four scenarios from ?24 to ?22 m sea level rise scenario, only the coastal area of Chalous city would be vulnerable. It was also observed that the coastal region of Behshahr would be critical in total scenarios. Further studies would be necessary to complete this assessment by considering social-economic and land use information to estimate the exact hazardous and vulnerable zones.     

基于GIS的县域土壤重金属生态风险评价

为研究经济快速发展区农田土壤中重金属的含量及污染状况,本文以浙江省慈溪市为研究对象,研究土壤中铜、汞、镉、铅、砷、铬、锌七种重金属含量特征,并采用潜在生态危害指数法对其进行评价,并绘制生态风险危害指数分级图。结果表明:土壤中除汞元素含量较高外,其他各元素含量仅稍高于当地土壤背景值。七种元素的单因子污染指数Cfi值均属于中等的污染参数,综合污染指数Cd上限值已处于高污染指数的范围,但平均值为属于中等污染水平。从潜在生态风险评价结果来看,七种元素的单项潜在生态风险参数Eri的值也只有汞达到了强生态危害,七种元素综合潜在生态危害指数RI刚刚达到中等生态危害水平,说明该区农田土壤尚处于较低的生态风险状态。生态危害指数插值结果表明,慈溪市重金属元素的高风险区分布在中南部人类活动较为活跃、城乡工业较发达的区域,在今后的土地利用中,应高度重视人类活动对土壤重金属污染的影响。     

基于GIS的信息量法在九龙县地质灾害危险性评价中的应用

地质灾害危险性评价工作需要进行大量的数据处理,处理方法的选择影响评价结果可靠性与评价工作的效率。文中论述了基于GIS的信息量法原理及其在九龙县地质灾害危险性评价中的应用,基于GIS的信息量法综合应用GIS技术的空间分析功能和信息量法的定量评价功能,通过评价因子图层内地质灾害分布密度的统计实现信息值的计算,完成危险性评价。数据易采集,评价工作易操作,效率高,评价结果可靠。     

Maize drought disaster risk assessment of China based on EPIC model

Abstract

Digital Agriculture is one of the important applications of Digital Earth. As the global climate changes and food security becomes an increasingly important issue, agriculture drought comes to the focus of attention. China is a typical monsoon climate country as well as an agricultural country with the world's largest population. The East Asian monsoon has had a tremendous impact upon agricultural production. Therefore, a maize drought disaster risk assessment, in line with the requirements of sustainable development of agriculture, is important for ensuring drought disaster reduction and food security. Meteorology, soil, land use, and agro-meteorological observation information of the research area were collected, and based on the concept framework of ‘hazard-inducing factors assessment (hazard)-vulnerability assessment of hazard-affected body (vulnerability curve)-risk assessment (risk),’ importing crop model EPIC (Erosion-Productivity Impact Calculator), using crop model simulation and digital mapping techniques, quantitative assessment of spatio-temporal distribution of maize drought in China was done. The results showed that: in terms of 2, 5, 10, and 20 year return periods, the overall maize drought risk decreased gradually from northwest to southeast in the maize planting areas. With the 20 year return period, high risk value regions (drought loss rate ≥0.5) concentrate in the irrigated maize region of Northwest china, ecotone between agriculture and animal husbandry in Northern China, Hetao Irrigation Area, and north-central area of North China Plain, accounting for 6.41% of the total maize area. These results can provide a scientific basis for the government's decision-making in risk management and drought disaster prevention in China.     

机载AIS接收信号冲突概率分析

通过在飞机上加装机载自动识别系统接收机,将拥有比海面平台A IS 系统更大的监视、跟踪覆盖区域。通过对SOTDMA 通信冲突类型,时隙预约和选择算法的分析,推导出了冲突概率、船舶数量和标称时隙的关系,并用MATLAB仿真平台对冲突概率进行了仿真,并给出了相应的结论。     

无人机倾斜摄影技术在环境应急中的应用

广西壮族自治区作为西部欠发达省份,经济亟需快速发展,因此近年来环境污染事故频发.环境污染事故的发生需要更快速的反应能力和更有效的系统模型支撑.无人机倾斜摄影技术解决了传统无人机正射航测系统的空间局限性和处理耗时长的问题,满足了环境应急对影像时间和空间上的更高要求.本文以广西壮族自治区北海市合浦县公馆镇某非法盗采的矿坑为研究区,结合固定翼无人机倾斜影像数据进行空中三角测量计算及三维建模,经模型修复后,采用SuperMap GIS 8 C系列产品进行模型单体化,并在后期评估阶段对构建的重点区域精细三维模型开展二三维GIS基础分析和应用分析,实现准确、快速、全方位、可量度地模拟污染事故现场,为环境应急的指挥决策提供更有效的空间信息技术支撑.     

结合信息量与AHP模型的阳泉市矿区地质灾害风险评价

阳泉市矿区地质环境复杂,人类活动频繁,存在塌陷、滑坡等地质灾害隐患。本文在充分调查地质灾害的基础上,构建了矿区风险评价体系,运用信息量法和层次分析法,选取了交通、居民地、矿山等8项指标开展易发性区划;在易发性评价的基础上叠加降雨因子,实现了矿区地质灾害的危险性评价;采用人口、建筑、交通因素构建了承载体易损性模型;并结合危险性和易损性构建了矿区的地质灾害风险评价模型。研究结果表明,矿区中地质灾害高风险地带主要分布在存在矿山活动的赛鱼、蔡洼街道且靠近人口聚集的地方,其影响范围较大,应及时采取监测预报等措施。     

基于卷积神经网络的地铁保护区风险源识别北大核心CSCD

城市轨道交通沿线的风险源识别是防止违规作业导致的安全事故的重要手段。为解决传统识别方法效率低、漏检率高、成本大等问题,本文基于无人机地铁保护区巡检系统,采用卷积神经网络对无人机采集的影像数据进行风险源识别。首先介绍无人机影像获取的流程,并在原始影像数据的基础上,通过数据增强的方式制作多角度、多尺度的风险源数据集;然后使用卷积神经网络建立风险源识别模型,对无人机采集影像中的风险源进行自动识别和定位。试验结果表明,多角度、多尺度风险源数据集的建立进一步提升了模型的识别准确率,且比传统方法具有效率高、成本低等优点。     

层次分析法支持下的道路洪涝灾害风险评价——以武夷山地区为例

本文首先采用基于多准则决策的层次分析评价法,根据自然灾害风险理论,将洪涝风险影响因子分为危险性和脆弱性两类,子准则层包括平均降雨量、汇流累积量、坡度、海拔和土地覆盖度、道路级别、地表产流能力7个因子,构建了道路洪涝灾害风险评价模型。然后以福建省武夷山地区为研究区,利用地形数据、气象数据及遥感影像提取土地覆盖类型数据,通过道路洪涝灾害风险评价模型,绘制了道路风险分区图。结果表明,中、高风险积水道路占比较高,主要集中在东部、西部和中南部地区。本文对道路洪涝灾害风险所进行的评价,可服务于洪涝灾害风险预警和应急救援规划。     

GIS城市区域火灾风险评估系统研究

城市区域火灾风险评估是科学地进行城市消防规划和消防力量部署的重要参考依据,本文依托改进型层次分析法-G1法和模糊综合评价法为理论基础,完成了城市区域火灾风险评估模型的构建,并应用GIS技术实现了评估模型的设计.对城市防灾、减灾的科学的、自动化的管理方式的实现提供参考.