面向“海上丝绸之路”的南海航线安全评价智能体模型研究

The shipping lanes in the South China Sea (SCS) are important part of the “21 century Maritime Silk Route” and the lifeline of Chinese energy transit. Keeping the shipping lanes of the SCS open and safe concerns the implementation of Chinese stratege of marine power. There are three main difficulties to do this work: First, it is hard to recognize the ends of shipping lanes in the process of shipping lanes extraction for the limited temporal resolution; Second, it is hard to analyze main shipping lanes for there are many discrete shipping lanes; Third, it is hard to evaluate the safety of shipping lanes under the co-existence of dynamic and static, micro and macro, traditional and non-traditional factors. Supported by visualized analysis, spatial data mining, agent-based modeling, remote sensing and GIS technology, this project intends to (1) develop new methods on main shipping lanes extraction, spatial comprehensive evaluation and optimization of shipping lanes’ safety; (2) extract and analyze the spatial distribution of hierarchical shipping lanes in the SCS; (3) build a spatial comprehensive evaluation agent-based model of shipping lanes’ safety in the SCS; and (4) present a configuration scenarios of marine search and rescue (SAR) base to optimize the shipping lanes’ safety in the SCS. The research results will provide some scientific basis for the construction of maritime shipping channel and SAR base, and serve the sustainable development of the “21 century Maritime Silk Route”.

南海航线是“21世纪海上丝绸之路”的重要组成部分，同时还是我国能源运输的生命线。南海航线的安全畅通关系到国家海洋强国战略的实施。本项目拟在可视化分析、空间数据挖掘、智能体建模、遥感和GIS技术支持下，针对南海航线提取难（时间分辨率有限条件下海量离散舰船点航次识别与错误校正）、分析难（顾及离散航线清理的南海主要航线分析）、安全评价难（动态与静态、宏观与微观、传统与非传统影响因素并存）等难点与关键点，探索基于舰船数据的主要航线分析与提取方法、基于多源时空数据的航线安全空间综合评价方法、以及顾及救助可达性的航线安全优化方法，分析南海主要航线空间分布特征，构建南海航线安全空间综合评价智能体模型，提出优化航线的海上救助基地配置方案，为海上航线和救助基地的建设提供科学依据，服务于“21世纪海上丝绸之路”的可持续发展。

项目针对南海航线提取难、分析难、安全评价难等难点和关键点，综合利用多源空间数据，集成应用空间分析、智能体模型、综合评价模型、元胞自动机模型、轨迹聚类分析、主成分分析等技术，提出了一种基于海量舰船轨迹数据的航线提取方法，使用数据挖掘技术分析了南海航线聚类特征和代表航线，从海损事故类型定量分析了影响航线安全的地形、水文气象和人文因素，应用多种空间分析技术分析了各因素对航线安全的影响，构建了基于主成分分析与加权叠加的航线安全空间评价模型和海上交通安全模拟智能体模型，提出了基于元胞自动机的救助可达性计算方法，从改善救助可达性角度对南海航线安全进行了优化。研究发现，南海主要航道呈“西南-东北”向，大部分经过南沙群岛西面海域，新加坡-香港/广州-台湾海峡、新加坡-巴士海峡是最繁忙的航道。整体上，南海海域的航道安全分布呈现出由东北向西南危险水平依次递减的规律。从季节上，春季到冬季高危险区域逐渐增大，3-5月高危险区域最小，12-2月危险区域最大。通过结合交通可达性分析，发现黄岩岛附近、南沙群岛附近部分航段为危险航段，建议在黄岩岛康泰滩、永暑礁、华阳礁或渚碧礁建设海上救助基地，以确保我国南海航行安全。项目成果可为海上航线规划和救助基地建设提供科学依据。