[發明專利]極地海域冰情融合顯示方法

有效

• 申請號: 201910710704.0
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110442665B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 劉衛;李元光;謝宗軒;胡媛;王勝正;趙建森
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06T11/60;G06F16/2458;G06F16/248
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

本發明公開了一種適用于極地海域冰情融合顯示方法，將采集的極地海域目標的海冰密集度和海冰厚度數據，經過數據處理圖像處理提取各自信道有效信息，綜合成高質量的海冰信息圖像。其中，用顏色的飽和度代表海冰密集度和海冰深度的大小，使海域冰情信息一目了然。通過因果影響網絡算法建立模型，對海冰密集度和海冰厚度進行預測，提供未來海域冰情信息，做到時間的廣泛性，同時疊加的海圖是極地航行航線規劃的必要前提。

技術領域

本發明涉及智能航海領域，特別是涉及一種適用于極地海域冰情融合顯示方法。

背景技術

近年來，全球氣候日益變暖，導致南北極海冰融化，海平面升高等問題。與此同時，在夏季，極地海域的條件已經能滿足船舶的正常通行。隨著破冰技術、船舶技術的發展，我國通過“西北航線”到達北美東岸的航程、通過“東北航線”到達歐洲的航程將大幅縮短，節省了船舶的運輸成本。極地豐富的礦藏資源，吸引著各國的科考團隊前來探索，近年來，越來越多的船舶開始駛向極地海域。

目前，由于地圖開放平臺百度地圖、Google地圖、Mapbox默認為墨卡托投影，缺少極地的投影，開發人員缺乏極地海域圖層信息，沒有APP對極地海域冰情信息進行顯示和分析預測，船員無法清楚的了解到船舶周圍海冰密集度和深度信息。由于缺少適用于與極地海域的導航、路徑規劃系統，船舶在極地冰區航行中航線的選擇很大程度上根據導航員的經驗來完成，航行的安全性不能得到有效的保障。研究適用于極地冰區航行的智能導航APP系統的首要任務是收集包括海冰密集度，海冰厚度等海域冰情信息，將冰情數據與電子海圖疊加融合，為船舶實時提供周圍海域冰情信息。在此基礎上對目標路徑進行規劃，從而確保船舶的正常高效的通行。任何支持冰區路徑規劃，同時考慮到物理和操作上限制的可靠工具，在海事界都很受歡迎。所以適用于極地冰區航行的智能導航APP系統對后續工作的開展有著重要的意義。為了開發出適用于極地冰區航行的智能導航APP系統，需要一種合適的極地海域冰情融合顯示方法。

發明內容

由于地圖開放平臺百度地圖、Google地圖、Mapbox默認為墨卡托投影，缺少極地的投影，無法完整顯示極地信息。使用ArcGIS對完整極地地圖圖片進行定義投影，將圖片與空間位置信息對應，以EPSG:3571來進行投影設置，對圖層添加位置點將地理位置名稱與經緯度對應，同時矯正經緯度的精度，當經緯度誤差小于0.0001度時停止添加,完成極地底圖的制作, 用服務器中極地投影矢量圖地址，將極地投影圖層疊加顯示到平臺中。

對FTP下載的海冰密集度、海冰厚度數據文件進行歸一化處理，y＝(x-MinValue)/(MaxValue-MinValue)，x、y分別為轉換前、后的值MaxValue、 MinValue分別為樣本的最大值和最小值，把數據轉化為(0,1)之間的小數, 消除奇異樣本數據導致的不良影響，將數據限定在容易處理的范圍，將輸出結果與RGB值對應，用顏色飽和度表示海冰密集度和海冰厚度的大小。遍歷矩陣，將經緯度對應的代表海冰密集度和海冰深度RGB值標記在極地投影底圖中。

使用數據挖掘統計學習來預測海域冰情數據，整理實時冰情與歷史冰情數據，將經緯矩陣對應為網格，使用因果影響網絡算法建立模型：

其中，Y代表待預測某月的海冰密度或者深度，表示待預測月份前K個月第i個觀測點第j個氣候變量，氣候變量為海面溫度、海平面氣壓、海面風速，為的回歸系數，Z^-k表示待預測月份前k個月的海冰密集度或厚度，q^-k為Z^-k的回歸系數，O表示數據月份數量，M為網格數據個數，N表示所述氣候變量數量，ε為常數；預測數據與真實數據進行比對，逐步提高預測準確度，提供海冰信息時間的廣泛性。

利用貝葉斯網絡對在航船舶提供航行風險提醒，節點為在極地航行中導致船舶發生事故的因素，通過專家調查和歷史經驗數據來獲取節點之間的依賴關系，采用皮爾遜積矩相關系數法對雙變量進行相關性分析，制作節點完成節點間相關性分析，構建出極地航行風險貝葉斯網絡結構圖，對在航船舶提供航行風險提醒。