面向海事监测的GNSS-R海上物标探测及异类传感器时空信息融合方法

With the increase of the quantity of ships and the issue of marine rights and interests, a variety of marine activities and affairs that affects the ocean security and environments appear. To guarantee the safety and security of the ships, prevent pollution at sea, and safeguard state sovereignty, it is essential and important for us to construct an Omni-Directional and all weather marine dynamic surveillance system. The theory and approach of marine objects detecting based on GNSS-R remote sensing is presented. It consists of the GNSS-R signal processing algorithms of the receiver and the GNSS-R signal inversion model. Furthermore, GNSS-R signals are employed as the information resource of the navigation of the open-sea ships and the oil pollution at sea, and is used to supplement the information of VTS, AIS,LRIT, secondary planet AIS, and secondary planet remote sensing systems, which solves the difficulty of information acquisition, the low resolution of sampling time, the nonuniform of transinformation. On that basis, the information blending method of multi-systems and different sensors is presented to solve the continual monitoring problem to find suspicious ships and typical oil pollution incidents for the large-range ocean area, which is the foundation of the theory and application of the future marine dynamic surveillance system.

随着海上船舶数量不断增长和海洋资源权益争端问题不断扩大，近年来各种影响我国海上安全与环境的海事活动也越来越多。从海上航行安全、保安、防污染以及维护国家主权等角度考虑，构建"全方位覆盖、全天候监控"海事动态监控的要求已迫在眉睫。本项目以海上船舶和油污染为研究对象，从GNSS-R反射信号接收机处理算法和反演模型两个方面对GNSS-R遥感海上物标探测的理论和方法进行研究,并采用GNSS反射信号作为远距离航行船舶和船舶油污染排放实时监测的数据源，作为现有的岸基VTS雷达/AIS、LRIT、卫星AIS、星载遥感等数据的补充，以解决远海实时信息资源获取难、采样时间分辨率低、位置回传不均匀等问题。在此基础上研究多平台异类传感数据融合方法，解决大范围海事动态监测中海上可疑船舶目标监测和典型油污染排放的连续时间监测问题，对未来实现我国海事动态监测平台奠定理论与应用基础。

本项目提出以海上船舶和油污染为研究对象，采用GNSS反射信号作为远距离航行船舶和船舶油污染排放监测的遥感数据源，作为现有的岸基VTS/AIS、星载遥感等数据的补充。研究大范围海事动态监测中多平台异类传感数据融合问题，实现海上可疑船舶目标监测和典型油污染排放的连续时间监测。项目以海面船舶目标的实时定位和探测为出发点，从实现卫星导航弱反射信号（GNSS-R）快速捕获、海面船舶目标有效反演、海面船舶目标精确定位等方面展开研究，提出基于星载北斗导航反射信号的海上船舶目标快速捕获、反演和定位的遥感探测方法，可为海上船舶实时监测、解决远海实时信息资源获取难等问题提供理论支持。项目提出岸基VTS、AIS、星载遥感、LRIT、卫星AIS、GNSS-R等多元数据融合方法，包括：AIS与SAR数据的时空配准与数据关联、SAR单景影像目标定位、基于船舶AIS数据的SAR船舶目标定位修正、SAR图像遥感海上物标与LRIT/卫星AIS的航迹关联、海上场景中污染物等小目标的显著性检测、空间多元异构数据融合中机器学习理论算法的研究，解决了一系列多平台异类传感数据在空间、时间、运动状态上的融合问题。在系统开发方面，研究完成了3D ECDIS实现方法、面向船舶动态监控的3D场景管理、多平台遥感组合方案等一系列关键问题，并在此基础上完成了具有非现场海事监管和电子海图显示等功能的、集成岸基VTS、AIS及星载遥感等多种数据源的的空间多元数据融合的海事监测原型系统。解决大范围海事动态监测中海上可疑船舶目标监测和典型油污染排放的连续时间监测中的一系列关键问题，对未来实现我国海事动态监测平台奠定理论与应用基础。