基于多周期趋势分解和两级融合策略的浪高预测方法

不同海区的近岸海浪浪高具有明显差异性。针对当前大部分时间序列预测模型缺乏对不同地区(多源)浪高预测的适应性难题,提出了一种基于局部加权回归的多周期趋势分解(Seasonal and Trend decomposition using Loess,STL)和两级融合策略的浪高预测模型,简称为MSTL-WH(Multiple STL-Wave Height)。结合多源近岸浪高时间序列的多周期性、非线性和非平稳性的特点,首先利用周期图法提取多源近岸浪高数据集中的4个主要周期,并基于主要周期进行多次STL分解,将复杂的原始浪高序列分解为周期项、趋势项和余项;然后利用长短期记忆网络(Long Short Term Memory,LSTM)并结合两级融合策略,搭建近岸浪高预测网络;最后使用自注意力机制重新调整权重并输出未来12 h的浪高值。通过与当前主流时间序列预测方法对比,验证了所提方法在多源近岸浪高序列预测中具有较好的实用性和更低的预测误差。

基于关键特征点的航迹高效聚类方法

针对传统的聚类方法存在计算量大、度量距离定义难的问题,提出了一种基于关键特征点的航迹高效聚类方法。首先,为降低聚类时的计算量,对用于原始航迹压缩的D-P算法进行了改进,实现了对局部短航迹的去除和航迹关键特征点的保留;然后,根据船舶“位置”和“航向”定义了子航迹间的相似性度量,并结合DTW算法思想提出了一种基于子航迹的度量距离DBLD。实验表明,经改进的D-P算法压缩处理后,航迹间度量距离的计算量降低了29.27%;在3种经典聚类算法中,使用DBLD距离的聚类效果优于融合距离、Hausdorff距离。该方法可为进一步研究航迹分布提供有益参考。

多源异构海量海洋数据综合管理平台构建研究

为满足海洋应用对数据管理的需求,针对海洋数据的特点,采用分层的思想提出了一个海洋数据综合管理平台的体系结构,并对海洋数据的共享,构建海洋元数据和海洋数据安全性管理等关键问题分别给出解决方案。通过一个基于B/S的多源异构海量海洋数据综合管理平台的实现表明本文的方法是可行且有效的。

基于TDD的科考船航迹分段方法研究

"雪龙"号极地科考船是推动我国极地科学考察事业发展的重要工具,"雪龙"号在数十次的极地科考过程中累积了大量的航迹数据,其中蕴含的巨大价值亟须挖掘。针对科考船的航迹分段是将科考船移动轨迹分为停留与行驶两部分,合理的分段方法可以分离出信息更丰富的航迹段,有利于航迹知识提取。然而,由于原始航迹信息密度分布不均等原因,现有的航迹分段方法往往会造成分段过多等问题,结果并不理想。本文针对该问题,提出了一种针对科考航迹整体的时域差分(Time Domain Difference,TDD)分段方法。本方法基于时间域对航速进行差分处理,有效降低了因为航速波动频繁对分段结果的影响。同时,考虑到该方法的差分步长在航迹处理过程中的不明确性,本文将差分后航迹的路程损失和航速波动幅值进行归一化处理,提出了航迹差分时间步长的动态确定方法,并以速率阈值对航迹进行分段。最后本文以第29次南极科考航迹数据为例,将本方法与经典的具有噪声的基于密度的聚类方法DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)进行了比较,实验结果表明本文提出的方法可有效降低航迹分段时分段过多的问题,在分段准确性和时间效率等方面结果更优。

航海雷达图像噪声抑制方法研究

针对航海雷达图像上常见的同频干扰噪声,提出了一种有效的抑制方法。该方法采用阈值分割技术对噪声进行检测,然后对检测出的噪声点进行插值修复。使用X波段航海雷达图像对该方法进行检验。采用信噪比、偏差指数和相关系数等指标进行定量评价。结果表明,提出的新方法既能显著地抑制航海雷达图像的同频干扰噪声,又能较好地保持原始图像的信息,具有良好的降噪效果。它的综合性能明显优于传统的均值滤波和中值滤波方法。

基于改进凸包算法的船舶巡航预警快速监测研究

海洋维权巡航执法已成为维护我国海洋主权的常规手段。为避免大风、大浪对船舶造成损失,在维权保障平台建设中,提出了一种基于改进凸包算法的船舶巡航预警快速监测方法。根据每日更新的监测数据,筛选出危险点集,利用改进的凸包算法将所有预警点参与危险区域的构建。实验结果表明,该方法能够高效、精确地标志出船舶未来可能航行到的危险区域。提高了船舶巡航监测在航率,保证巡航的安全和监测任务的有效进行。

极地海洋环境评价理论与方法初探

极地海洋环境评价对于极地海洋生态系统保护尤为重要。由于对极地极端恶劣环境的监测能力不足,缺乏长期连续监测数据,极地海洋环境评价变得异常困难。针对目前极地海洋环境评价目标和评价因子均缺乏的情况,在已有文献基础上,本文提出了海水表层叶绿素浓度、海冰覆盖范围、海水表层温度和盐度四个极地海洋环境决定因子,分析了海冰覆盖范围与月份之间高度拟合的三次多项式分布关系,并在此基础上构建了极地海洋环境评价模型,最后提出了一种验证该模型的方法。基于第30、31、32次南极科考获取的海水表层叶绿素浓度、温度、盐度数据以及美国国家冰雪数据中心提供的对应时间内的海冰覆盖范围数据对提出的评价模型和方法进行了验证,实验结果表明:该评价模型及其验证方法具有有效性,根据评价结果能判定某个时间段内极地海洋环境相对于基准时间的变化趋势。

现代媒体对高校教育教学的影响与应对策略分析

现代媒体以其形式多样化、内容全面化以及更新高效化的特点冲击着传统的教育教学方式,影响着教育工作的开展,尤其影响着高等教育院校教育工作的开展与实施。本文归纳了现代媒体对高校教育教学的挑战,同时分析了现代媒体对高校教育教学提供的机遇,研究了利用现代媒体对教学方式进行改进,对教学内容进行更新以及对课堂设计进行优化等应对策略。

极地环境监测网的设计及其在南极普里兹湾的应用

为了保护南极和北极的生态系统和环境,中国自20世纪90年代初开始推行和实施了极地环境监测计划,部署了各学科监测传感器阵列;采集了多学科数据,包括海洋、大气、冰冻圈、生物圈等主题;架构了"R/V雪龙号破冰船—极地考察站—国内基地"之间的快速数据传输网络;建立了海洋环境监测系统、太阳能地面空间监测系统、生态环境监测系统等系列监测系统。为了实现长期监测,达到预测和预警目标,本文针对国内外现状,在现有基础上设计了一套中国极地环境长期监测网(Polar Environment monitoring network of China,CPEMN)。该监测网集成各监测系统并在监测指标设计上覆盖我国极地所有常规监测/观测任务,且根据国际科研动态和长期监测规划拓展了预期监测范围。最后本文利用南极普里兹湾进行的破冰导航应用示范验证了CPEMN具有可执行性。

基于GIS的复杂地理条件下输电线路路径选择

输电线路路径选择需要考虑的地理要素较多,难以兼顾经济性和科学性,本文提出一种复杂地理条件下输电线路路径选择模型。采用三标度层次分析法,考虑地形、坡度、用地类型、覆冰四类地理因素,以建设成本最低为目标,构建四层层次分析模型。本文以西南某典型山区为实例,基于GIS的空间分析功能,绘制出路径区域成本分区图,采用Dijkstra算法选出综合考虑地理空间距离及其他影响因素的综合成本最低路径,选线结果成功避开了自然保护区、覆冰区、高原峭壁等不适宜输电线路通过区域。实例分析表明,本文的方法可以兼顾复杂地理条件下输电线路选择的经济性和科学性。

考虑三维空间关系的海洋科学数据本体构建及推理研究

海洋科学数据是典型的多源异构三维空间数据,其特征为数据的管理、应用与共享带来了困难。本体作为一种可共享的、明确的、规范化的说明,是处理异构数据的一种有效手段。以构建海洋科学数据本体为目标,首先梳理了海洋空间本体的构建流程。然后针对流程中的两个核心步骤进行了创新和改进:①为更完整地表达海洋空间本体中的对象属性,在海洋科学数据空间关系描述中,从海洋水深角度出发,提出了考虑内部划分的三维方位关系模型,并对维数扩展9交矩阵模型(dimensionally extended nine-intersection model,DE-9IM)取值进行了三维扩展,使其能够准确表达三维对象之间的拓扑关系。②根据丰富后的海洋科学数据空间关系,设计了适合该本体推理的空间规则集。最后以国家极地科学数据为例,搭建了考虑三维空间关系的海洋科学数据本体库,并从数据检索的查全率与查准率两方面证明了该本体的有效性。