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原文传递基于空间解析的船舶会遇安全关键技术研究

论文题名：	基于空间解析的船舶会遇安全关键技术研究
关键词：	智能航行;会遇安全;空间解析;GIS技术
摘要：	目前，智能航行研究成为国际海上交通领域的新热点，航行安全态势空间解析与感知技术是智能航行研究共性前沿且亟需首要突破的卡脖子技术之一。本文针对航行数据复杂多源、会遇安全空间特征难以精细感知、航行会遇空间关系呈现复杂混沌且多变、会遇动态时空域变化规律与未知非线性空间特征认知不充分、会遇危险下疏散过程混乱且空间可达性难以分析，船舶会遇安全空间解析方法存在部分理论空白、未成完整理论与技术体系背景下，以会遇安全空间信息提取为主要研究导向，开展了空间信息平台下航行安全空间解析理论方法的创新研究。本文面对会遇过程中实际问题，建立了由一般到复杂会遇态势场景、由小尺度到广域航行空间、由点源解析到面源空间解析的一套完整船舶会遇安全空间解析方法体系，重点突破新一代船舶智能航行安全技术领域中无法精细化、高精度解析空间关系和时空非线性变化特征等关键技术瓶颈，解决船舶航行时间序列上对动、静态目标空间规律信息与空间安全特征精准提取与定量化等十分复杂的空间分析难题，最终形成一种既可以精细快速融合多源异构航行大数据又能为航行会遇安全与应急疏散提供高精度空间解析算法的新型智能航行空间信息理论平台。本研究成果的技术积累能够显著提升船舶智能航行安全感知和空间解析技术的科技发展水平，是目前高技术智能船舶信息化发展最具潜力与发展价值的航行安全空间解析方法之一，为未来智能船在航行安全智能感知与空间解析技术的发展提供创新性理论基础。　　论文具体研究工作如下：　　(1) 针对船舶航行会遇安全空间特征信息难以精细感知与分析能力不足问题，提出了空间信息平台下一种船舶会遇安全空间拓扑解析方法。从空间结构学理论角度，实现了潜在会遇安全空间特征高精度解析与快速提取，同时兼顾航行会遇过程中空间与属性信息问题，实现船舶航行中对其他空间目标会遇安全空间特征信息的高精度分析与精细感知，为船舶提供隐含的会遇安全空间特征。　　(2)针对复杂会遇场景下海上船舶目标时空跨度大、离散性强、交错分布，航行会遇空间关系存在复杂、混沌与动静并存问题，提出基于GIS空间解析的船舶会遇空间分割与逻辑关系解析方法。该方法受笛卡尔凸域空间思想启发，建立了船舶会遇凸多边形与最优邻近三角网，利用形成新的会遇空间几何特征模式，解决船舶航行会遇空间邻近关系、空间逼近关系等复杂空间关系逻辑解析与精准提取难题，突破了时空属性空间解析技术瓶颈，为船舶在转向段、多障碍、密集等复杂水域的安全航行引导提供兼具空间关系和时空属性信息的空间解析结果，提升复杂会遇态势下空间关系解析与精准提取能力。　　(3) 针对船舶会遇危险信息的存在未知非线性空间特征规律、时空关联性强与空间精细化程度低，难以精确感知与可视呈现会遇危险空间分布特征的问题，提出了一种基于船舶会遇危险域GIS空间建模与分析方法，解决了非匀质会遇危险海域空间特征与分布规律难以分析与提取问题。该方法不仅实现了多时空角度下船舶会遇危险域的建模分析，而且解决了多时空序列和非线性空间下所有位置集合的会遇危险变化趋势及特征规律的深度解析难题，突破了船舶会遇危险面源空间解析与感知难题，有效降低会遇空间模糊性。　　(4)针对船舶发生不同会遇危险，对应不同的应急疏散方式。本文提出基于GIS空间解析的通用疏散空间可达性分析方法，精确提取船舶人员疏散可达性等空间安全信息与空间行为特征，解决会遇危险情况时疏散空间特征难以分析提取问题。该方法把船舶人员疏散时的空间因素与行为属性信息进行空间联合，从空间信息与行为尺度上计算与分析船舶各个通道人员疏散性能空间差异性变化趋势。有效反映各通道疏散可达性空间信息。为船舶面临不同会遇危险时提供精准疏散分析结果，也为智能航行安全领域中有效引导人员应急疏散提供技术支持。　　综上，本文以未来船舶智能航行及海上交通安全为研究导向，开展了比较完整的船舶航行会遇安全与应急疏散空间解析方法体系综合研究，实现了GIS空间信息分析技术与航海安全技术的有效结合，形成一套服务支撑智能航行安全的“航行信息整合—会遇安全空间解析—安全信息空间建模”的综合理论方法体系。研究工作可推进高技术智能船舶信息化发展，服务智能化综合航海安全保障体系与智能交通新格局，同时也为水上智能交通运输安全提供方法支撑。此外，随着GIS空间数据融合感知与空间解析技术与理论方法的逐步完善，未来对保障全球海上智能交通安全具有重要意义。
作者：	刘志晨
专业：	交通信息工程及控制
导师：	李颖
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022