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。     

DGPS组合定位的大型船舶靠泊技术与应用分析

 为了保障大型船舶靠泊操纵工作更加安全、高效,本文介绍了船舶靠泊仪及其发展,分析了大型船舶靠泊过程,研究了DGPS组合定位技术,建立以DGPS组合定位技术的大型船舶靠泊数学模型。在此模型基础之上,建立了船基平面坐标系,并通过此坐标系计算船舶靠泊时船首、 船尾相对码头的距离与速度,船首向与船舶转向率等船舶动态参数。最后,采用DGPS定位组合技术、AIS技术和WIFI技术等设计大型船舶靠泊系统(包括硬件和软件),并通过实例验证此靠泊仪的可行性和有效性。实例证明:大型船舶靠泊仪为引航员靠泊操纵时提供高精度的船位信息,船舶移动速度和船舶与码头岸线距离等辅助信息,船舶位置精度可达60cm,速度精度可达5m/s,有效地提高了大型船舶靠泊安全 性和工作效率,为引航员的船舶靠泊工作提供了更加直观、方便、快捷的航行靠泊导航过程。     

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。     

基于AIS数据的船舶行为特征挖掘与预测:研究进展与展望

船舶行为特征挖掘与预测是水上智能交通系统的重要研究内容,也是交通运输工程领域的关键科学问题。为系统研究基于船舶自动识别系统（Automatic Identification System, AIS）数据的船舶行为特征挖掘与预测的研究现状与发展趋势,本文首先针对Web of Science(WOS)和中国知网（China National Knowledge Infrastructure, CNKI）收录的文献,用知识图谱分析软件VOSviewer对文献关键词进行处理,从文献计量学的角度生成高频关键词的聚类图谱和趋势演化。然后对基于AIS数据的水上交通要素挖掘、船舶行为聚类和船舶行为预测3个主题的研究内容、方法、存在问题进行了系统分析和展望,研究结果表明：① 在基于AIS的水上交通要素挖掘方面,主要集中在对AIS数据中表征船舶行为空间特征和交通流的时间特征单独挖掘分析,缺乏对AIS数据的时间、空间以及环境因素特征的关联挖掘,对于如何进行交通要素的关联融合挖掘研究还有待深入探索;② 在船舶行为聚类方面,研究主要是运用无监督聚类方法研究船舶航迹点和航迹段聚类,得到船舶航行行为模式的时空分布和船舶操纵意图辨识模型,然而融合多维特征的船舶轨迹的相似性计算方法、聚类参数的自适应选取以及船舶行为的语义特征建模有待进一步研究;③ 在船舶行为预测方面,主要集中在基于动力学方程、传统智能算法和深度循环神经网络的船舶行为预测研究,考虑船舶行为的随机性、多样性和耦合性的特点,运用混合神经网络模型以及神经网络与向量机、注意力机制相结合的模型实现多维的船舶航行行为特征的实时预测将是新的研究方向。最后提出了基于语义模型的船舶行为特征挖掘、基于深度卷积神经网络的船舶行为的预测和基于知识图谱的船舶行为特征挖掘和预测结果可视化等有待进一步研究的方向。     

基于格网化邻域查询的海上船舶救援搜索方法

海洋渔业是高风险行业,各类海洋灾害频繁发生,海上航行、作业环境复杂,因此,海上快速救援对保护渔民的生命财产安全具有重要意义。本文基于空间剖分的格网化编码,提出一种根据有效救援距离和失事船舶位置进行邻域搜索以查找失事船只相邻和最邻近可供救援的船只的方法,其中有效救援距离通过救援船舶的类型和航速来设定,根据有效救援距离设置不同的编码搜索长度。本文将模拟实验区域设定为我国东海海域,随机生成1×10⁴个船位点,在时间检索效率和内存占用两方面,实验结果表明,与传统的船舶间距离的计算方法相比,基于格网化邻域搜索的查询方法编码后船位数据较编码转换前船位数据占用内存空间减少56.47%,同时,编码后检索运算的用户时间是编码前用户时间的17.67%,因此,基于格网化邻域搜索的查询方法占用内存小,且运算效率较高,能够有效提升对遇险船舶邻域救援船只的查询效率。     

缝洞型低渗透碳酸盐岩油藏产量递减曲线分析

针对缝洞型低渗碳酸盐油藏,建立考虑启动压力梯度和动边界共同影响的三重介质低渗透油藏非线性非稳态渗流模型.鉴于数学模型的非线性和非齐次性,通过引入新定义的压力(量纲一)线性化压力扩散方程,应用Laplace变换和Duhamel原理结合Stehfest数值反演对模型进行求解,获得三重介质低渗油藏产量递减典型曲线,在产量递减双对数图上出现3个递减阶段和2个相对平缓稳定阶段;分析启动压力梯度、溶洞窜流系数、基质窜流系数、裂缝弹性储容比和溶洞弹性储容比与基质弹性储容比之比等敏感参数对产量(量纲一)的影响规律.计算分析表明,启动压力梯度越大,中后期产量递减曲线下降幅度越大.通过绘制的产量递减曲线图版,可以预测缝洞型低渗透碳酸盐岩油藏未来产量的变化.     

基于断裂力学的煤层气井破裂压力计算方法

为了提高煤层气井破裂压力预测精度,运用断裂力学理论推导裂缝性地层破裂压力计算公式,结合分形岩石力学理论建立裂缝性地层破裂压力解析模型,提出一种实用的破裂压力计算方法.结果表明:在非均匀地应力下,煤岩井壁更易沿最大水平主应力方向起裂,解析模型与传统模型在表达形式上具有统一性和更广泛的适用性.煤岩裂缝具有分形特征,分形效应提高岩石阻碍裂缝扩展的能力,当分形维数越大、相似比越小时破裂压力越大.在不同裂缝状态下,缝长对破裂压力的影响规律不同,当裂缝长度较小时破裂压力随裂缝长度增加而迅速减小;当裂缝长度增加到一定数值后,闭合裂缝破裂压力随缝长增加而增大,开启裂缝破裂压力随缝长增加而减小并趋于定值.郑庄地区5口煤层气井实例计算表明:该计算方法预测的破裂压力误差在10%以内,破裂压力对缝长变化特别敏感,合理确定裂缝长度对准确预测破裂压力尤为重要.     

考虑真实气体的低渗气藏动态预测模型

针对气藏的生产特征,基于稳定渗流理论,以气体高速非达西渗流为基础,考虑真实气体PVT参数动态变化,结合气藏物质平衡方程,推导建立同时考虑滑脱效应、启动压力梯度、应力敏感等因素共同影响的低渗气藏动态预测模型,分析各因素对气井产量变化的影响.结果表明:在考虑高速非达西流的基础上,考虑滑脱效应将导致渗流阻力降低而引起气井稳产年限增加和地层压力下降变快,考虑启动压力梯度和应力敏感效应时将导致渗流阻力增加而引起气井稳产年限降低和地层压力下降变慢;启动压力梯度和渗透率变形系数越大,气井稳产年限下降幅度越大,地层压力下降越慢,而滑脱因子越大,气井稳产年限增加幅度越大,地层压力下降越快.     

GPS/BDS分类组合定位的指数加权Helmert方差分量估计法

针对北斗卫星导航系统（BDS）星座结构复杂、不同类型卫星观测值残差差异较大的不利条件,将BDS系统中IGSO、MEO、GEO 3种卫星的观测值进行分类定权,提出一种顾及历史权比的指数加权Helmert方差分量估计法来精确确定不同系统之间观测值的权阵。为了验证该方法在GPS/BDS组合定位中的有效性,采用单点定位模型分别进行静态和动态导航实验,并将其定位结果与等权模型以及不考虑指数加权的Helmert方差分量估计方法进行对比。结果表明,采用改进的加权方法,在东、北、天3个方向的定位精度均获得显著提高,在静态条件下,相对于等权模型,改进方法3个方向的定位精度提高幅度分别达到50.0%、51.0%和42.0%;在动态条件下,定位精度提高幅度分别为10.0%、8.0%和9.0%。特别在卫星数量较少、卫星几何图形强度较差时,定位结果的改善效果更为明显。     

应力敏感性碳酸盐岩气藏斜井生产动态规律分析

为解决高石梯—磨溪碳酸盐岩气藏应力敏感性强、斜井生产动态变化不明晰问题,开展岩石应力敏感性实验,分析渗透率变化规律并引入拟时间、拟压力函数描述,考虑孔、缝、洞发育及外边界封闭的储层特征,综合运用Laplace变换、Fourier变换及其反变换、点源函数叠加等方法,建立应力敏感各向异性碳酸盐岩气藏三重孔隙介质斜井渗流数学模型。应用Stehfest数值反演方法,结合气藏物质平衡方程,对模型进行求解;采用矿场实际储层、流体及生产数据,验证模型的有效性,分析应力敏感因数、井斜角与地层厚度等对生产动态的影响规律,绘制不同井斜角时地层厚度随井底流压变化关系图版。结果表明:储层应力敏感性越强,井底流压递减越快;井斜角越大,井底流压越高,但递减速率较为接近;地层厚度越大,井底流压递减速率越小,地层厚度与井斜角之间存在最佳匹配关系。该研究结果为矿场实际井斜角设计提供依据。     

闽江口湿地遥感时空演变应用分析

将闽江口湿地动态变化度、湿地变化转移矩阵和景观生态学的空间格局模型相结合,横、纵向分析了1986- 1994年、1994-2000年两个时期闽江口湿地的动态演变模式。研究表明,在两个时期不同的社会政策和经济发展阶段,人类活动对闽江口湿地的干扰强度与对象不同,造成两个时期不同的湿地演变模式。在1986-1994年间景观类型动态变化,以水田面积的扩张为主导,在1994-2000年间景观类型动态变化突出表现为城乡建筑用地对水田、非湿地农业的占用。在1986-2000年间,湿地景观中,人工水域破碎度增加,破碎化速度提高,形状更加复杂化;水田破碎度和形状复杂度都由增加向减弱转变;天然水域破碎度减小,形状复杂程度由减少变为增加;滩地破碎度由减少变为增加,形状复杂化由增加转向减少。在中、小时间尺度范围内,人类活动是影响闽江口湿地演变的主要原因之一,特别是近10多年来社会经济的高速发展,城镇化进程的加速,人类活动成为影响闽江口湿地的最主要原因。     

城市用地遥感监测与动态变化分析——以成都市土地利用为例

本文以成都市为例,应用1996和2002年两期的TM影像资料,对该市6年来的土地利用变化情况及其特点进行了研究,分析出该市各类土地利用数量变化的幅度、速度、区域差异以及土地利用空间变化的主要类型、分布特征和区域方向。结果表明:①从1996年至2002年,成都市土地利用结构变化较大,主要表现为耕地、未利用土地的大量减少和林地(园地)、城镇、居民建设用地的大幅度增加,而水域、草地面积变化不十分明显;②6年间,成都市不同土地利用类型之间的相互转化比较复杂,其主要发生在耕地、林地(园地)、城镇、居民建设用地及未利用土地之间;③成都市各类土地利用变化类型分布呈现出明显的区域差异性。同时,相同土地利用变化类型在不同区域的空间分布状况也存在着较大的差异。     

空间面群目标几何相似度计算模型

本文针对空间面群目标提出了一种几何相似度计算模型。首先,利用拓扑关系概念领域图定义了面群之间的拓扑关系相似度;然后,对不同类型的面状目标选用合适的"降维"方法处理为"线群"目标,利用方向均值定义线群之间的方向关系即面群目标的方向相似度,以及利用"环形方差"定义线群目标之间的距离关系即面群目标的距离相似度。最后,结合面群的长度和平均长度、面积和平均面积,面密度及紧致度,建立了面群目标几何相似度计算模型,以对面群目标相似度进行整体度量。该模型综合考虑了空间面群目标的几何特征和空间关系特征,并对其作了适当的权重分配。从时间邻近度和尺度邻近度角度,本文设计了2个实验,结果表明,相似度计算结果与地物特征比较一致,符合人们的直观空间认知。     

三维照明分析优化莺歌海盆地DF区海上三维地震采集观测系统

影响海上地震资料品质的关键因素之一就是面向地质目标的地震资料采集观测系统的合理性,目标模型的射线追踪成像能量照明分析是评价观测系统合理性的主要方法。针对莺歌海盆地DF区地质模型,采用三维射线照明技术,快速准确地获得不同观测系统、不同地震船航行方向、不同炮线距、不同激发源数以及不同排列长度下的目标体反射能量分布特征,通过对比优选出了适用工区的面向目标的三维地震采集观测系统。同时指出减少主测线(inline)线距、增加联络测线(crossline)方向的覆盖次数,可明显提高目标靶区的地震资料采集品质。      

基于LUR的二氧化氮浓度空间分布模拟及其下垫面影响因素分析

随着经济的快速发展,空气污染已经成为当今重要的环境问题,引起公众的广泛关注,二氧化氮（NO₂）作为主要的空气污染物之一,成为相关研究的重点。通过监测数据发现,二氧化氮质量浓度值的空间分布具有区域性差异,所以对其空间分布模拟,以及形成区域差异的下垫面影响因素分析,具有重要的研究价值。土地利用回归模型（Land-use Regression,LUR）是将统计方法中的回归模型与空间上的土地利用数据、监测数据和其他相关的地理数据结合分析并在地图上显示的方法。本文结合缓冲区分析、叠加分析、Spearman相关性分析、多元回归分析等方法构建土地利用回归模型（Land Use Regression,LUR）,用于识别与NO₂浓度相关的下垫面影响因素,并模拟NO₂质量浓度的空间分布。LUR模型可以模拟出NO₂质量浓度空间分布特征,并针对下垫面影响因素得到以下结论：城乡居住地及工业用地面积增加、污染源的距离减少和道路长度增加会导致NO₂浓度升高;耕地面积、绿地面积和水域面积的增加会导致NO₂浓度减少;NO₂浓度最高的区域主要集中在工业园区;NO₂浓度值从城区到郊区递减,需要通过改变工业区结构和增加绿地面积来减少城区的NO₂浓度。     

降雨数据空间分辨率在城市流域洪峰变化分析中的影响

在气候变化和城市化背景下,城市暴雨的局部特征愈发明显,而降雨监测和预报数据空间分辨率难以满足空间分布描述要求,造成城市洪涝模拟和预测结果存在不确定性。本文选择深圳市城区的3个流域,基于118场实测降雨数据,通过逐步增大网格尺寸以达到降低降雨空间分辨率的效果,同时以流域边界作为限制,保证流域内面平均雨量不变,然后将不同空间分辨率的降雨数据分别作为城市洪涝模型的输入条件,对流域出口断面的洪水过程进行模拟计算,每场降雨得到6种不同空间分辨率下的洪峰流量。结合降雨中心、流域几何中心等空间特征参数,分析降雨空间分辨率对流域洪峰的影响。研究结果表明,针对118场实测降雨,随着降雨数据空间分辨率逐渐降低,3个流域的出口断面的洪峰变化幅度逐渐增大;如果忽略了流域内部降雨数据的空间分布差异,洪峰变化幅度和方向与降雨中心和流域几何中心的空间关系具有相关性,降雨中心在流域几何中心上游方向的距离越大,洪峰降低的幅度越大。本文基于3个城市流域得到了相似的研究结论,研究方法可为城市流域洪涝模拟提供借鉴,研究结果可为河道洪水风险评价提供参考。     

亲水多孔介质残余油滴的微观运移机理

为分析高含水期剩余油微观分布特征,以毛细束渗流模型为基础,建立油滴状残余油微观渗流模型,推导毛细管中油、水微观运动方程,进而导出基于微观渗流模型条件下油、水相对渗透率表达式;分析毛细管半径、驱替压力梯度、油滴与水滴的长度比、油滴半径和原油黏度对油、水相对渗透率的影响.结果表明:随着毛细管半径增大,相对渗透率曲线向右平移;随着驱替压力梯度增大,油、水两相相对渗透率增加;随着油滴与水滴长度比的减小,水相相对渗透率曲线陡峭上升;随着油滴半径减小,油相相对渗透率提高;原油黏度越大,油相相对渗透率下降越快.该结果为分析高含水期残余油渗流机理及提高采收率提供指导.     

30年来蒙古国和内蒙古的LUCC区域分异

本文以欧空局300m土地覆盖数据集为基础,参考20世纪70年代至2005年2期蒙古高原遥感影像,建立20世纪70年代、2005年2期土地利用及动态数据库,结合土地利用变化数量模型,分析了蒙古国与内蒙古的土地利用类型转换情况。对比分析蒙古国和内蒙古近30年来的土地利用变化强度及各地类间的转移变化,揭示2个区域的LUCC分异规律,并对土地变化的驱动力进行分析。结果显示:在自然条件及人类扰动共同作用下,蒙古国及内蒙古均表现出草地面积逐年减少,草地退化趋势明显;裸地面积不断增加,沙漠化现象严重;农田及城镇建设用地面积持续增长;水域面积呈现衰减;未利用地是其他各种土地利用类型增加的主要来源;由于人类扰动差异,蒙古国林地面积略有减少,内蒙古林地面积大幅增加。气候干暖化、人口增长,政策及社会经济发展等是驱动蒙古高原土地利用变化的主要因素。     

基于定向半变异函数的裂隙网络空间变异性分析

运用地质统计学中的定向半变异函数,研究了个旧高松矿田莲花山断裂和五指山背斜裂隙网络的空间变异性。首先基于ArcGIS将野外露头裂隙网络进行数字化处理并提取裂隙密度和强度,然后依托GSLIB对裂隙密度和强度图沿着0~175°方位角计算,创建了36个实验性半变异函数并进行克里金插值,最后创建归一化的半变异函数图,量化各个断裂强度和断裂密度的二维空间变异性。研究表明,越是靠近断层裂隙密度和强度的空间变化幅度越大,并且其空间变异性存在显著的各向异性。空间变异性最小的方向平行断层且靠近断层,最大方向垂直断层且靠近断层,在褶皱近端空间变异性最小的方向平行于褶皱轴面方向,最大的方向则垂直于褶皱轴面方向。裂隙网络空间变异性质反映了断层和褶皱对裂隙网络发育的不同影响,为构建矿田三维裂隙网络空间分布模型提供参考。      

近30年山东省沿海养殖用地遥感监测分析

山东省是我国的近海养殖大省,近30年来,养殖用地的数量和空间分布发生了较大的变化。本文选择山东省沿海养殖用地为研究对象,以TM/ETM+、CBERS、HJ-1等多源遥感影像数据为基础,运用人机交互解译的方法,提取了1980年代末、2000、2005和2010年共4个时期的养殖用地信息,并运用单一土地利用动态度、重心迁移、景观破碎度等模型,研究近30年山东沿海养殖用地的时空演变格局。结果表明:(1)山东沿海地区养殖区面积呈增加趋势,养殖用地的单一土地利用动态度在1980年代末至2000年最大,为16.95%,2000至2005年下降到5.63%,2005至2010年最小,为5.19%。(2)养殖用地变化表现出空间异质性,东营市养殖面积增长速度最快,共净增加608.22 km2,其次为滨州市和威海市,青岛市和潍坊市呈现为先增加后减小的趋势。(3)近30年养殖区的破碎度增加了4.5倍,养殖区的分布重心向西北方向迁移。(4)增加的养殖用地主要源于城乡工矿居民用地、水域和耕地,而减少的养殖用地主要转化为城乡工矿居民用地和水域。