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廣東省岸基雷達網輔助海上執法智能平臺 版權信息
- ISBN：9787030693020
- 條形碼：9787030693020 ; 978-7-03-069302-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
廣東省岸基雷達網輔助海上執法智能平臺 本書特色
適讀人群 ：政府、企業相關部門從事岸基雷達應用研究與開發的人員，高等院校計算機科學與技術、海洋工程、海洋技術等相關專業學生本書是現有大數據、云計算和人工智能算法在廣東省管轄海域的綜合管控能力和水平提高方面的具體應用案例。
廣東省岸基雷達網輔助海上執法智能平臺 內容簡介
本書在分析海洋觀測體系、廣東省近岸海域利用現狀和發展規劃的基礎上，基于已建設的廣東省岸基雷達網，系統地介紹了雷達與AIS傳感器的探測原理、多傳感器數據融合算法、輔助海上執法智能平臺構建的技術架構、WebGIS技術在雷達網數據處理與分析應用中的機理；提出了針對廣東省岸基雷達網探測目標的數據清洗和海上目標預警算法；介紹了基于瀏覽器/服務器模式和WebGIS技術的輔助海上執法應用信息服務平臺和輔助海上現場行政監管與執法的雷達網移動端App系統的構建方法及其功能實現。
廣東省岸基雷達網輔助海上執法智能平臺 目錄
目錄
前言
第1章 海洋觀測 1
1.1 概述 1
1.2 海洋觀測平臺 2
1.3 海洋觀測網 10
1.4 海底觀測網 18
1.5 小目標岸基雷達網 21
參考文獻 25
第2章 廣東省近岸海域利用現狀與發展規劃 28
2.1 近岸海域自然狀況 28
2.2 海洋與漁業相關規劃與措施 29
2.3 海洋漁業經濟 40
2.4 近岸海域利用及發展 43
2.5 岸基雷達網輔助海上執法與設施看護的作用 51
參考文獻 57
第3章 雷達與AIS探測原理 60
3.1 雷達概述 60
3.2 導航雷達探測目標信息 66
3.3 高頻地波雷達探測海洋參數原理 70
3.4 船舶自動識別系統 74
3.5 雷達和AIS 探測海上目標的特點 82
3.6 廣東省岸基雷達網系統中的導航雷達與AIS 83
參考文獻 87
第4章 廣東省岸基雷達網系統 90
4.1 系統總體架構 90
4.2 雷達信號處理算法 105
4.3 雷達數據處理算法 110
4.4 雷達處理軟件 116
4.5 數據處理軟件 122
4.6 光電與雷達聯動跟蹤 125
4.7 終端顯示軟件 129
參考文獻 150
第5章 雷達網數據融合算法 152
5.1 數據融合簡介 152
5.2 數據融合的功能模型 153
5.3 數據融合的結構模型 156
5.4 數據融合的數學模型 161
5.5 雷達與AIS 數據融合 165
5.6 多雷達組網數據融合 172
參考文獻 174
第6章 廣東省岸基雷達網輔助海上執法智能平臺構建的技術架構 177
6.1 面向對象的Java編程語言 177
6.2 服務器端中間件 181
6.3 前端中間件 197
6.4 項目管理 202
6.5 信息推送技術 205
參考文獻 212
第7章 雷達網數據處理及算法 214
7.1 數據庫系統 214
7.2 數據庫設計 217
7.3 數據傳輸 237
7.4 數據清洗算法 243
7.5 數據收發中心 247
7.6 預警算法及實現 249
參考文獻 259
第8章 輔助海上執法的雷達網應用信息服務平臺 261
8.1 平臺構建模式 261
8.2 基于WebGIS技術的構建方案 263
8.3 平臺總體設計 268
8.4 基本操作功能設計與實現 277
8.5 輔助執法功能設計與實現 294
參考文獻 329
第9章 輔助海上現場行政監管與執法的雷達網移動端App 330
9.1 移動端和Web端數據對接相關接口設計 330
9.2 主要功能實現 335
9.3 移動端工作平臺 338
參考文獻 351
彩圖
前言
第1章 海洋觀測 1
1.1 概述 1
1.2 海洋觀測平臺 2
1.3 海洋觀測網 10
1.4 海底觀測網 18
1.5 小目標岸基雷達網 21
參考文獻 25
第2章 廣東省近岸海域利用現狀與發展規劃 28
2.1 近岸海域自然狀況 28
2.2 海洋與漁業相關規劃與措施 29
2.3 海洋漁業經濟 40
2.4 近岸海域利用及發展 43
2.5 岸基雷達網輔助海上執法與設施看護的作用 51
參考文獻 57
第3章 雷達與AIS探測原理 60
3.1 雷達概述 60
3.2 導航雷達探測目標信息 66
3.3 高頻地波雷達探測海洋參數原理 70
3.4 船舶自動識別系統 74
3.5 雷達和AIS 探測海上目標的特點 82
3.6 廣東省岸基雷達網系統中的導航雷達與AIS 83
參考文獻 87
第4章 廣東省岸基雷達網系統 90
4.1 系統總體架構 90
4.2 雷達信號處理算法 105
4.3 雷達數據處理算法 110
4.4 雷達處理軟件 116
4.5 數據處理軟件 122
4.6 光電與雷達聯動跟蹤 125
4.7 終端顯示軟件 129
參考文獻 150
第5章 雷達網數據融合算法 152
5.1 數據融合簡介 152
5.2 數據融合的功能模型 153
5.3 數據融合的結構模型 156
5.4 數據融合的數學模型 161
5.5 雷達與AIS 數據融合 165
5.6 多雷達組網數據融合 172
參考文獻 174
第6章 廣東省岸基雷達網輔助海上執法智能平臺構建的技術架構 177
6.1 面向對象的Java編程語言 177
6.2 服務器端中間件 181
6.3 前端中間件 197
6.4 項目管理 202
6.5 信息推送技術 205
參考文獻 212
第7章 雷達網數據處理及算法 214
7.1 數據庫系統 214
7.2 數據庫設計 217
7.3 數據傳輸 237
7.4 數據清洗算法 243
7.5 數據收發中心 247
7.6 預警算法及實現 249
參考文獻 259
第8章 輔助海上執法的雷達網應用信息服務平臺 261
8.1 平臺構建模式 261
8.2 基于WebGIS技術的構建方案 263
8.3 平臺總體設計 268
8.4 基本操作功能設計與實現 277
8.5 輔助執法功能設計與實現 294
參考文獻 329
第9章 輔助海上現場行政監管與執法的雷達網移動端App 330
9.1 移動端和Web端數據對接相關接口設計 330
9.2 主要功能實現 335
9.3 移動端工作平臺 338
參考文獻 351
彩圖
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廣東省岸基雷達網輔助海上執法智能平臺 節選
第1章 海洋觀測 本章主要在闡述海洋觀測作用的基礎上，對岸基、離岸和移動三類海洋觀測平臺，以及國內外的海洋觀測網和海底觀測網的發展現狀進行了介紹，分析我國現有的岸基雷達網建設情況，指出小目標岸基雷達觀測網構建在海洋觀測體系中的重要作用。 1.1 概述 海洋面積非常遼闊，約占地球總面積的71%，是地球上*為穩定的生態系統，也是資源的寶庫、環境的重要調節器。海洋以其豐富的資源、浩瀚的空間、多變的環境影響著人類社會的生存與發展，開發海洋資源、利用海洋空間、保護海洋環境，是實現人口、資源、環境相互協調和可持續發展的有效途徑。21世紀以來，各沿海國家以資源為核心，推進海洋經濟發展，海洋權益斗爭日益激烈，獲取常態化、立體化、精細化、大范圍的海洋信息，對于沿海國家具有十分重要的軍用和民用意義。海洋觀測是認識和了解海洋的有效手段。我國是海洋大國，海洋國土面積達到470多萬 km2，同時我國有大陸海岸線約18000 km，海域分布有大小島嶼7600多個，島嶼海岸線14000多 km，擁有豐富的海洋資源。黨的十八大報告提出建設海洋強國，這標志著在今后相當長的時間內，海洋經濟將成為我國經濟發展的重中之重。黨的十九大報告明確提出：堅持陸海統籌，加快建設海洋強國。合理開發海洋資源，對于實現海洋強國的目標，具有巨大的科學、社會和經濟意義。 離開對海洋的觀測和數據獲取，就不可能認識和了解海洋。海洋觀測是人類探索海洋、認識海洋及開發利用海洋的基礎，是掌握海洋環境及其要素的重要手段之一，也是支撐海洋經濟發展的必要條件，其發展越來越受到人們的廣泛關注。海洋觀測為海洋環境及其要素的觀測提供了理論支持和技術支撐，對海洋環境及其要素進行系統現場觀測，可以更好地了解海洋，同時也能更加充分合理地開發和利用海洋資源。面對近年來海上風暴潮、臺風、海嘯等極端氣候災害和赤潮、海上溢油等日益頻繁的生態環境破壞，需要獲取更多、更密集的觀測要素數據，建立快速有效的海洋環境觀測機制和預警輔助平臺。因此，對海洋進行實時有效的觀測具有十分重要的現實意義和迫切性。［1］ 在國際海洋觀測技術快速發展的背景下，我國實施了“透明海洋”戰略，開展了海洋多層次、多維度、多平臺的智能協同觀測與探測，旨在提升全球海洋信息獲取與分析能力、提高海洋預報和海洋信息服務能力！巴该骱Ｑ蟆睉鹇允侵讣蓱矛F代海洋觀測（探測、監測）技術、信息技術和預測預報技術，在全球和區域等不同尺度下實時或準實時地獲取和評估不同空間尺度的海洋環境信息，研究其多尺度變化及其氣候資源效應機理的科技創新戰略。［2］ 海洋觀測是關注海洋、認識海洋和經略海洋的基本途徑。當前，全球海洋觀測體系正處在技術變革的關鍵時期。新一代信息技術、能源技術、材料技術與海洋觀測技術裝備的結合，推動了海洋觀測技術向綜合化、立體化、網絡化方向發展；構建海洋觀測網成為一種發展趨勢［3］。 1.2 海洋觀測平臺 海洋觀測平臺是指搭載進行海洋觀測所需儀器、設備的海上及空間載體，可分為三類：岸基海洋觀測平臺、離岸海洋觀測平臺和移動海洋觀測平臺。 1.2.1 岸基海洋觀測平臺 岸基海洋觀測平臺指在沿岸或石油平臺設置固定式的海洋觀測站，對沿岸海域的水文氣象環境進行觀測，或對環境質量進行監測，是發展*早、*為成熟的海洋觀測平臺，主要包括岸基海洋觀測站（點）、河口水文站、海洋氣象站、驗潮站、岸基雷達站等。隨著海洋防災減災工作的需求日益增長，增加了海嘯預警觀測臺。岸基海洋觀測站（點）主要開展海洋水溫和海洋氣象要素的觀測工作；河口水文站主要開展河口區域的水文觀測工作；海洋氣象站主要開展海洋氣象要素觀測工作，以及海氣相互作用等的觀測工作；驗潮站主要開展港口碼頭的潮位觀測工作；岸基雷達站主要開展海流、波浪、海冰和海洋氣象要素等的觀測工作，并對海上目標的態勢進行監控。本節主要介紹岸基海洋觀測站（點）和岸基雷達站。 1.岸基海洋觀測站（點） 岸基海洋觀測站（點）是指進行長期、定點、連續海洋觀測和監測的岸基、海島和平臺測站（測點）。在美國、日本和歐洲等海洋觀測、監測發達的國家和地區，岸基海洋觀測站（點）主要用于開展潮汐、海洋氣象要素、波浪、水溫和海流的觀測工作。所建設的岸基臺站分布于沿岸、島礁、燈塔和碼頭。我國岸基海洋觀測站（點）技術也較成熟，所建設的岸基臺站分布在我國沿海島礁、港口碼頭，實現了對水文、海洋氣象、波浪、海流等要素的監測。［4］截至2018年9月，我國共有岸基海洋觀測站（點）376個（不包括臺灣省、香港特別行政區和澳門特別行政區的站點），另外，我國在北極和南極建立了4個岸基海洋觀測站，分別是北極黃河站、南極長城站、南極中山站和南極昆侖站［5］。岸基海洋觀測站（點）主要依靠海洋觀測儀器設備來實現對海洋環境基本參數的觀測，不同的岸基海洋觀測站（點）根據各自的具體情況，安裝不同的環境監測設備。 除了建設岸基海洋觀測站（點）來布放海洋環境要素觀測儀器外，還有另外一種方式是建設平臺。目前我國用于海洋環境要素觀測的平臺主要有兩種，一種是專門建造的海上固定平臺，另一種是用于海上油氣開采的海洋石油平臺。［6］為改變我國海上固定式長期海洋綜合觀測平臺少，且不能滿足海洋科學研究長期、連續、實時、多學科同步的綜合性觀測要求的現狀，我國于2008年建設了我國**個深海臺站—西沙海洋觀測研究站，觀測站擁有觀測氣象參數的自動氣象站，并配備波浪、潮位測量儀，實現對海洋風速、風向、氣溫、相對濕度、氣壓、波浪、潮位、水溫等參數的實時測量。［7］ 除了建設岸基海洋觀測站（點）、平臺等進行常規海洋環境要素觀測外，建設海洋綜合試驗場為儀器設備研發提供測試的場地也是一種新發展趨勢。我國在山東省威海市褚島的北部海域建設了一座國家淺海海洋綜合試驗場，該試驗場包括海上和陸地兩部分，海上部分主要用于建設海洋裝備試驗平臺、觀測與監測系統、波浪能與潮流能試驗泊位，陸地部分主要用于建設試驗場控制與試驗中心、岸基測試與觀測站、配電站等基礎設施。國家淺海海洋綜合試驗場是公益性科技支撐平臺，集科學觀測、技術裝備試驗、方法研究和模式檢驗等功能于一身，是我國海洋觀測、監測和調查的儀器設備研發，海洋科學研究，促進高新技術成果轉化及海洋可再生能源開發的重要試驗平臺。 2.岸基雷達站 岸基雷達站是設立在岸上，以全天候超視距對海洋環境（風、浪、流）進行連續觀測的站點，其主要是利用電磁波進行工作。用于海洋觀測的雷達按電磁波頻段主要分為高頻和微波兩大類。前者有高頻地波雷達、高頻天波雷達和天-地波一體化雷達，后者包括 X、C、S等波段的探海微波雷達，雷達波長為厘米至分米量級。這兩種雷達的共同特征都是以非接觸方式獲取海面海洋動力學參數分布信息。另外與臺站定點或走航觀測相比，海洋雷達覆蓋面積廣、信息量大；與衛星觀測的方式相比，它具有時間分辨力和空間分辨力高的優勢，可連續獲得所觀測海域較完整的動力學參數的時空變化信息。［4］ 高頻地波雷達能夠獲取近岸100～200 km內10 km2量級空間分辨力、10 min時間分辨力的海流、波浪和海風等海洋動力學要素分布，是對衛星遙感數百到數千平方公里空間分辨力、數小時到數天時間分辨力的重要補充。［8］微波雷達具有較高的空間分辨力，可以獲取數公里范圍內較為精細的波浪方向譜和海流等信息，以 X、S波段雷達為代表的微波遙感設備已經應用到波浪、海表層流場、海面風場、近岸地形、溢油、海洋內波等參數或現象的觀測中。［9-14］ 目前全球有500多個高頻地波雷達在沿海地區運行，亞洲地區有超過100多個高頻地波雷達投入應用，有大體相同數量的微波雷達也在線運行中，它們在海洋環境動力研究、海洋環境觀測與保護、海洋預報、軍事海洋等方面開始發揮重要作用。美國已形成覆蓋其近岸和沿海的岸基雷達觀測網，實現了海流、波浪和海風的實時連續、全自動監測。［15］ 我國高度重視海洋雷達技術的研究與應用，在《國家海洋事業發展規劃綱要》中明確提出要完善海洋觀測監測基礎平臺，建立海洋雷達監測網；《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》也明確指出，岸基遠程雷達技術是海洋環境立體監測技術中需要研究的一項重要前沿技術。在高頻地波雷達方面，我國已系統掌握了近程/中程/遠程、陣列式/便攜式、多站/多頻地波雷達研制技術。在微波雷達方面，國內多家單位研發了 X、S等波段雷達樣機，產業化工作也已經開展起來［8］。截至2018年9月我國已建成59座分別基于地波或者 X/S波段的岸基雷達站（表1.1）。 表1.1 中國岸基雷達站一覽表 1.2.2 離岸海洋觀測平臺 離岸海洋觀測平臺主要包括浮標和潛標、船基海洋觀測系統、海洋衛星觀測系統和海床基觀測系統。 1.浮標和潛標 浮標和潛標都是獲取海洋氣象、水文、水質、生態、動力等參數的漂浮式自動化觀測平臺，優點是可實現長期、定點、連續、多層次、同步觀測。兩者不同之處在于浮標位于水面之上，潛標位于水面之下。 1）浮標 浮標是隨著科技發展和海洋環境觀測、預報的需要而迅速發展起來的新型海洋環境觀測平臺，與岸基站、海島站、平臺站、潛標、遙感等實時觀測系統一起，形成覆蓋近岸到遠海不同層面的海洋立體觀測網，為業務化海洋觀測預報、防災減災等提供實時的綜合海洋環境觀測資料。［9-10］截至2019年，浮標上搭載的設備能對多達26類要素進行觀測，除海洋觀測站所要求的內容外，還包括水位、二氧化碳、溶解氧、濁度等。［11］ 目前浮標主要包括兩種類型，一種是錨系浮標，另外一種是漂流浮標。錨系浮標是進行海洋動力環境、氣象及海洋生態化學要素長期連續觀測的主要平臺，具有采集持續、能夠長期穩定的數據等特點。常用的錨系浮標主要有三種：用于幾百至幾千米水深海域的直徑為10 m和12 m的圓盤形大型浮標，6 m盤形、船形中型浮標，以及用于近海觀測的3 m圓盤形小型浮標。［12］漂流浮標是隨海流漂流，自動連續采集海洋水文、海洋氣象、海流等要素數據的小型浮標，具有體積小、重量輕、不受人為限制等特點［4］。漂流浮標分為兩類，一類稱為表面漂流浮標，浮體位于表面，測量的是浮體下面懸掛的水帆所處深度的海流；另一種稱為次表面漂流浮標，浮體位于1000～2000 m之間的某一深度，測量的是該深度的海流。 2）潛標 潛標是離岸海洋觀測的重要設備，是岸基站、艦艇和飛機在空間和時間上的延伸擴展，具有其他調查方法無法代替的作用。［16］潛標也稱為水下浮標，作為一種探測水下環境的重要平臺，具有隱蔽性好、不易被破壞的優點。它能夠在惡劣的海洋環境條件下，實現無人值守，長期、連續、自動地對海底情況進行全面綜合監測。與浮標相比，雖然潛標只能調查海洋動力要素（溫、鹽、深、流），但由于潛標主體隱匿在水下一定深度，既可以避開海面風浪和人為破壞，又可以在惡劣海況條件下長期、隱蔽的進行海洋動力要素觀測，因而潛標在應用海域范圍和觀測的數據質量上具有很強的優勢。 目前已開發出的潛標按驅動形式分為水下絞車式、電機驅動沿錨系纜爬行式和凈浮力式3種，可實現對海洋剖面的實時觀測。潛標技術的不斷發展，不僅體現在使用新的測量儀器和測量方法，還體現在解決了水下測量數據的下載和實時傳輸問題。 2.船基海洋觀測系統 船基海洋觀測是以船舶作為平臺進行海洋調查和觀測。船舶具備長時間續航能力、大容量承載力及靈活機動性等特點，以船舶為平臺進行海洋調查和觀測是海洋觀測技術發展的重要方面，是建設海洋環境立體監測網的重要內容［17］。目前作為海洋觀測平臺的船舶主要有海洋調查船、科學考察船、地質勘察船、海洋監視船等。 歐洲的 FerryBox項目是一個典型的利用商業船平臺的船基海洋觀測系統，這些船只普遍都安裝了 FerryBox水環境自動化監測系統，該系統的特點是可以自動提供船只所經過的水體表層的環境狀態
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