随着经济全球一体化快速发展,国际海运贸易的规模不断扩大,全球海运网络研究成为当前的研究热点领域。该研究是海洋运输、地理信息科学、数学物理、统计科学、复杂网络科学、大数据科学、计算机科学等多学科交叉领域共同关注的研究主题,对国家宏观战略与政策制定具有重要作用。本文总结了海运网络研究数据基础、理论模型和研究方法,包括数学物理统计理论方法,基于复杂网络的分析方法、数据挖掘理论方法等,然后从海运网络运输模式设计与优化,网络结构静动态特征,网络结构和交通流演化机制等角度总结海运网络的研究进展、分析所存在的问题,提出海运网络研究在跨学科跨领域研究方法的交叉、多源异构数据融合分析、理论与实际应用结合等方面的未来研究趋势。
船舶自动识别系统、船舶远程识别与跟踪系统、卫星导航定位系统、导航雷达、星载雷达等海上目标监控系统互相补充,极大地增加了海上移动目标监控的广度和质量。然而,同一个移动目标在不同系统中具有不同的标识和轨迹,需要进行有效的数据融合,关联多源轨迹数据,建立各系统中移动目标的对应关系,才能形成统一的海上态势,为移动目标跟踪、轨迹数据挖掘等提供支持。本文介绍和总结了海上目标多源轨迹的常见数据源;剖析与比较了可用于移动轨迹数据关联的最近邻、概率数据关联、联合概率数据关联和多假设跟踪4种量测/航迹关联方法,和基于统计方法或模糊数学的2类航迹/航迹关联方法,以及相关工作进展;总结了常见的算法评估方式;最后讨论了现有方法适用场景问题,及其进一步的研究方向。
“海上丝绸之路”沿线国家（MSR）、金砖国家（BRICS）、美日韩（AJK）是重要经济发展区域。研究其海运网络的时空演变规律有助于国家层面的贸易竞争均衡分析,对海运战略科学部署和智慧应对具有十分重要的意义。AIS（Automatic Identification System）数据具有实时性,且已基本覆盖全球港口的近海区域,能为海运网络提供及时分析的数据支撑。本文利用AIS数据挖掘MSR、BRICS、AJK的运输网络时空演变规律,结果表明,MSR散货、集装箱、油轮的内部网络结构的变化明显大于AJK和BRICS,说明“一带一路”倡议促进了MSR的内部海运贸易;MSR、AJK和BRICS的外部网络结构变化2013-2016年都较大,说明“一带一路”倡议的实施期间,MSR、AJK和BRICS 3个区域之间的海运贸易变化较大;3个区域的集装箱、油轮吞吐量加权的内外部海运网络结构2015-2016年较2013-2014年更为稳定,随着“一带一路”倡议的实施,这3个区域内部和区域之间的吞吐量加权海运网络结构变化幅度逐步减小。“一带一路”倡议对不同的经济发展区域的影响不同,对MSR的内外部海运网络结构都产生了一定影响,对BRICS散货、集装箱、油轮型海运网络的影响呈现差异化特征,对AJK内部海运网络没有影响,对AJK的外部网络产生了部分影响。提高MSR的海运贸易吞吐量,提升MSR在海运网络中的贸易地位,仍是当前的发展重点。
在“一带一路”沿线的65个国家中,46个国家拥有登记在案的港口,同时海上航运贸易占国际贸易总量的75%以上。为了充分了解“一带一路”沿线国家和地区航运贸易情况,评估国家、区域之间贸易往来关系,本文选取了2016年“一带一路”国家和地区船舶历史运动轨迹,首先基于规则判定的方法挖掘船舶停港事件,并以港口为主要节点,港口间货运往来事件为连接形成“一带一路”国际航运贸易网络。在此基础上,对贸易网络进行如下网络结构分析：① “一带一路”贸易网络基本属性统计,包括网络连通性、度分布、平均最短路径;② 网络节点中心度计算,主要采用Eigenvector Centrality评估分析贸易网中节点中心度;③ 结合社会网络挖掘中社区挖掘的概念,使用Fast Unfolding算法对贸易网络进行社区发现。可以看出,“一带一路”沿线国家和地区贸易往来错综复杂,港口之间呈现小世界网络特性;土耳其、俄罗斯、中国等国的港口影响力靠前;并且形成五大贸易社区,这些社区的分布和地理位置分布基本吻合,但仍然有部分国家受特殊贸易行为的影响,所属社区有所打破区域限制。本文旨在通过航运大数据构建贸易网络,在网络分析基础上,更好地评价节点影响力,更清晰地分析贸易网络结构,为“一带一路”战略更好地实施提供帮助。
随着城市化进程的加快,如何及时、精确地对城市环境的变化做出评价,进而制定出合理的发展方案,对城市可持续发展至关重要。本文综合利用卫星遥感获取的PM2.5浓度数据、地表温度数据（Land Surface Temperature,LST）、植被指数数据（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）及城市用地辅助信息数据,基于综合评价指标,分析海上丝绸之路沿线12个超大城市地区2000-2013年环境质量的动态变化。研究结果表明,2000-2013年,海上丝绸之路沿线约75%的超大城市呈现出不同程度的环境恶化现象。12个超大城市用地环境恶化及逐步恶化面积占研究区域总面积的31.33%（4732.39 km2）。2000-2013年,城市扩张用地恶化和逐步恶化面积约占总扩张用地的29.48%（3765.83 km2）。平均地表温度的上升、植被覆盖度的急剧下降及PM2.5浓度的增加均对海上丝绸之路沿线超大城市环境质量变化产生影响。其中,空气中PM2.5浓度的大幅度增加是2000-2013年海上丝绸之路沿线超大城市扩张用地环境退化的主要原因。
评估“海上丝绸之路”沿线港口的区位优势度,对于港口及其腹地基础设施合理规划、港口未来投资预判以及推进“一带一路”倡议有重要意义。本文从海陆联运的视角出发,综合考虑港口腹地的路网密度、交通干线影响度、城市影响度、航运战略枢纽影响度和航运战略通道影响度等五个因素,构建港口区位优势度评价模型来对“海上丝绸之路”沿线重要港口进行区位优势度分析。研究发现：① “海上丝绸之路”沿线港口的区位优势度区域化差异显著,从东向西总体呈“高-低-高”的空间分布格局;② 从世界分区的视角看,东南亚区域港口区位优势最高,其次为南欧至西欧、南亚、北非、西亚等地区,东非至南非区域港口区位优势度最低;③ 港口各区位影响因素的评价结果空间分布特征差异显著,其中港口区位优势度分布特征与交通干线影响度、城市影响度的相关性较大。研究结果可为海外港口基础设施的投资建设过程提供科学支撑。
“海上丝绸之路”是促进亚欧和亚非互联互通的重要通道,对其沿线重要港口的竞争力研究,可以为海上丝绸之路的建设提供参考。本文综合考虑港口的自然条件、腹地环境、基础设施、服务水平、政府廉洁度,及其在航运网络中的地位差别等因素,运用熵权-层次分析法对沿线51个国家的99个重要港口的竞争力进行评价。结果表明,① 港口综合竞争力空间分布呈明显的区域化特征,且与国家经济发展水平显著相关,地中海地区港口竞争力普遍较强,亚洲次之,非洲最弱。② 港口的网络地位对竞争力的影响最大,竞争力强的港口多位于重要水域的战略通道,网络地位高,辐射范围广。③ 我国投资的部分沿线港口综合竞争力与成熟港口之间还存在一定差距,但是具备较大的竞争力提升空间。
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。
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。
公交乘客出行OD能够反映居民出行特征和出行需求,是进行公交系统评价、调度和线路优化的重要基础数据,对城市规划具有重要的实用价值。现有公交OD推算方法多适用于少量公交数据,无法直接快速地推算海量公交乘客出行OD,因此本文提出了一种基于MapReduce的海量公交乘客OD并行推算方法。首先将公交数据从关系型数据库迁移至HBase数据库;接着利用MapReduce并行计算框架,根据HBase中IC卡数据的Region数量分成多个map任务,每个map任务中Map函数计算上车站点,Reduce函数将上车站点以用户为单位进行归并输出到HDFS;然后在上车记录数据的基础上,根据HDFS存储的块数量分成多个map任务,针对每个乘客的出行记录,综合考虑出行链方法和历史相似出行行为规律实现对公交乘客下车站点较为精确的推算。最后以厦门2015年6月13日至26日的IC卡数据和公交车辆GPS数据进行实例分析,共计算出295条公交线路,16 879 661条上车记录,14 410 058条完整OD记录,占IC卡数据的78.9%,计算效率相比传统方法有较大幅度提升。结果表明：该方法不仅可以较为准确地推算公交乘客上下车站点,而且计算效率较高。
机动车在感兴趣区域（例如景点或小区）之间的出行起始和结束（Origin-Destination,OD）信息反映了居民使用机动车出行的活动需求分布,是建立城市智能交通系统中交通需求分析与管理的基础信息之一。数量充足的监测设备能够收集的机动车出行信息更为精细,最终构建的OD信息可用性更强。然而在实际应用中,设备数量往往因为预算情况而存在限制。在设备数量有限的情况下,分析如何选择监测路段来实现OD信息可用性的最大化具有重要应用价值。考虑到感兴趣区域的空间精细程度直接影响监测设备的需求,首先采用层次聚类思想调整感兴趣区域的空间精细程度;然后,根据道路交叉口车流量守恒原则,探测冗余监测路段来进一步降低对监测设备的需求。本研究基于上述2步操作来实现给定数量设备监测能力的最大化。该算法以摄像头为例,在深圳市大鹏半岛区域进行了实验。结果显示,该算法能够支持在不同摄像头数量限制的情况下制定监测路段的选择方案,表明了算法的有效性。
针对Argo海洋浮标数据的准实时性、海量性、时空异变性等特点和多种查询应用需求,分析了当前时空索引方法的优势与不足,提出了一种多频率STR-tree索引与格网索引的混合索引结构MFSTR-tree。该方法在首先轨迹束层利用动态轨迹束作为叶节点生成STR-tree结构,将STR-tree索引结构灵活、数据冗余少的优势进一步扩大;接着通过轨迹束的多种频率在采样点层构建格网索引,实现在查询效率上的提升;同时给出了该结构插入算法和查询算法的具体描述。本文以中国Argo实时资料中心提供的2015年海洋浮标数据为例,将该方法与HR-tree和STR-tree方法进行了构建效率和查询效率的对比实验,结果表明该方法在保证了构建存储效率和时间效率的同时,有效改善了原有STR-tree应用于Argo数据中的查询效率问题。
本文以北川曲山-擂鼓片区为研究区,将坡度、坡向、高程、地层、距断层的距离、距水系的距离和距道路的距离作为该区域滑坡易发性评价因子。采用信息量模型计算了各项评价因子的信息量值,并运用4种标准化模型对信息量值进行标准化处理。各评价因子的权重由层次分析法（AHP）确定。在GIS中将权重值和各评价因子的标准化信息量值,进行叠加计算得到区域滑坡总信息量值,并基于自然断点法对其进行重分类,将研究区划分为极高易发区、高易发区、中易发区、低易发区和极低易发区5级易发区。将基于4种标准化模型和信息量模型得到的滑坡易发性评价结果进行了对比分析,结果表明：基于最值标准化信息量模型的滑坡易发性评价结果的ROC曲线下面积AUC值为0.807,高于其余模型的AUC值,说明最值标准化信息量模型的滑坡易发性评价效果最好。极高易发区面积占研究区面积的20.03%,离断层和水系较近,主要分布地层为寒武系、志留系和三迭系。研究结果可为区内滑坡风险评价和灾害防治提供参考。
不透水面是衡量城市化程度的重要指标之一,对京津唐城市群的不透水面进行深入研究,可以量化城市群扩张过程及其影响,对该区域多城市协调发展及规划布局具有重要意义。本文结合高分辨遥感影像、生长季及落叶季的Landsat TM遥感影像和夜间灯光数据等,采用分类和回归树（Classification and rRegression Tree, CART）算法,构建了适于京津唐地区不透水面盖度提取的技术方案,获取了京津唐地区1995-2016年共5期地表不透水面盖度专题信息,并分析了地表不透水面的时空演变规律,结论为：① 适于京津唐地区不透水面盖度提取的CART算法的最佳输入变量组合为：生长季和落叶季的Landsat TM图像以及对应的夜间灯光数据;其次为生长季Landsat TM遥感图像和夜间灯光数据组合方案。利用该组合方案,ISP估算输出结果的交叉验证精度R值可以达到约0.85,可以满足地表不透水面纵向对比分析的需要。② 从地表不透水面总面积数量值来看,1995-2016年京津唐主体城市区域整体上呈增长趋势,其中2011-2016年地表不透水面积增加愈加明显;③ 从地表不透水面盖度值的高低来看,1995-2016年京津唐中、高盖度不透水面的占比都是在不断增长的,低盖度不透水面占比存在少量下降现象,且京、津、唐3城市的主体城区各阶段变化差异较大,反映出了各城市扩张具有各自不同的时空演变特征。
近年来,水产养殖用地分布广泛,但由于其在影像上所表现的复杂性和不均匀性,造成该用地类型提取中的困难,尤其针对中分辨率遥感影像。对此,本文提出了一种基于纹理和空间特征的养殖用地提取方法,该方法主要包括3个步骤：首先,利用纹理熵和归一化差异水体指数NDWI实现水产养殖用地的粗提取;然后,依据相邻地物间的关系实现同类型地物合并;最后,本文构建一种相对宽度作为地物的近似宽度,再次利用NDWI实现水产养殖用地的准确识别。本文以越南万丰湾为研究区域,以Landat-8融合影像（融合后的像元大小为15 m）的目视解译结果为标准,对本文方法与最小距离法分类结果进行比较。实验结果表明,该方法的精度可达91.13%,远高于传统的面向对象方法,并且所提方法的错误率和虚假率分别为0.09%和8.87％,表明了该方法可靠性,因而该方法可为基于中分辨率影像的地物类型提取提供一种有效手段。
城市土地利用是城市生态学中的关键问题,深入了解城市的土地利用对合理规划城市功能分区、提升用地效益、促进区域经济与环境发展具有重要意义。因此,城市土地利用类型分类研究一直是城市规划学和城市地理学研究的核心内容之一。快速发展的无人机技术为城市土地利用分类提供了丰富的数据支撑,基于无人机遥感影像建立的数字表面模型（DSM）和数字正射影像（DOM）可以有效提高城市土地利用分类的精度。为了充分利用无人机遥感影像的丰富信息,本文提出了一种融合高分辨率DOM和DSM的城市土地利用分类方法。本文融合了DOM和DSM作为数据源。在面向对象分类方法的基础上,DSM分别被用于多尺度分割过程中像元融合的最终阈值和地物分类过程中的地物高度特征。该方法在天津市宝坻区的京津新城进行了验证,结果表明,相对于最初的多尺度分割方法,融合DSM后的多尺度分割方法的分割质量指数（QR）、过分割指数（OR）、欠分割指数（UR）和综合指数（CR）都有所降低,分割效果明显提高。优化后的面向对象分类方法,在分类精度上有所提高,尤其是道路、建筑物和其他建设用地。总体精度由85%提高到了87.25%,Kappa系数由0.79提高到0.82。由此可看出,优化后的面向对象分类方法可以更有效地进行城市土地利用分类。
