①课题来源与背景： 随着航运管理需求的提高和技术的发展，航标功能日趋完善，由基础航标发展为多功能航标，除基本的功能外，还进一步包括了船舶立体监控、水域污染监测、预警辅助决策、历史信息查询以及趋势分析预测等功能。然而，航标在提供助航保障的同时，经常受到过往船只的碰撞，各地区船标碰撞事故平均每年多达几十起，由此导致各地区航标每年应急修复费用达到数百万元。相比陆上公路设施被撞案件相比，由于船舶碰撞航标后一般不主动报告且事发点离岸远，现场缺少视频监控等原因，航标碰撞案件的破获率一直很低。在大湾区贸易飞速增长的同时，珠江三角洲水域的船舶通航环境变的更加复杂。以船标碰撞为例，每年船标碰撞事故导致航标损坏同样达到了几十起，然而据广州航标处统计2013年至2016年肇事船舶撞标赔偿案件分别只有9、8、7、7起，多数碰撞事故受限于技术等原因无法侦破，大多数损坏的航标无法得到赔偿，从而导致大量国有资产流失。与此同时，自2004年起，国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）规定国际航行的船舶中总吨位超过300的货船和所有的客船均需要安装船舶自动识别系统（Automatic Identification System，简称AIS）。AIS系统通过与附近的船舶和Vessel Traffic Service（VTS）基站间进行数据交换，实现对船舶的识别和定位。AIS为海事监管和船舶行为分析提供了海量数据基础，包括了AIS基站覆盖有效性分析、航道轨迹分析以及船舶领域研究等。另一方面，航标遥测遥控技术的研究和应用为航标管理和维护提供了技术支撑。结合AIS数据和航标数据，可实现船舶与航标碰撞事故的追查，为事故追责提供证据。

    ②技术原理及性能指标：（1）船舶AIS数据和航标数据预处理 对于AIS数据，为减少需要分析的船舶数据，根据航标位置数据对船舶数据进行空间过滤，同时对AIS数据进行重组，得到不同船舶轨迹数据。对于航标和AIS数据，定位数据受诸如接收天线相位误差等多方面的影响而产生定位误差，需要对异常数据进行检测并过滤。同时由于航标回传时间和AIS回传时间间隔差异较大，为了匹配航标数据和船舶数据从而提高船标碰撞检测的有效性，以及异常数据过滤导致的缺失，采用插值算法对数据进行修复。 （2）基于轨迹跟踪的船标碰撞检测方法 对实际船标碰撞事故追查肇事船舶的方法进行梳理，并采用实际碰撞事故对应的AIS数据和航标数据进行验证和分析，分析航标异常数据检测过程，并对船标间距时间轴可视化、航速时间轴可视化和航向时间轴可视化方法的有效性进行分析，提出传统轨迹跟踪检测方法的优化策略。 （3）基于航标领域的船标碰撞检测方法 通过获取航标附近水域内的AIS船舶，并采用网格化方法统计航标附近船舶的分布状态，构建航标领域模型，进一步分析不同的航标领域和船舶轨迹间相对状态下碰撞可能性，结合模糊船舶领域模型，构建航标模糊领域，提出基于模糊航标领域的船标碰撞检测方法。 （4）基于混合包围盒的船标碰撞检测方法 在对船舶混合包围盒以及航标包围盒设计的基础上，结合航标领域分析结果，根据船舶和航标的运动轨迹，构建基于混合包围盒的船标碰撞检测方法，并结合历史事故数据对方法进行验证。

     ③技术的创造性与先进性： 创新点一：提出了基于AIS数据和船标碰撞事故数据的航标领域构建方法和流程。 创新点二：结合模糊船舶领域模型和肇事嫌疑船舶排查等级表，提出了基于模糊航标领域的船标碰撞检测方法。 创新点三：对航标包围球、船舶包围球和OBB包围盒设计的基础上，提出了基于混合包围盒的船标碰撞检测方法。 先进性： （1）在船舶和航标数据预处理过程，提出并对比了基于插值算法的数据预测方法的有效性，为后续船标数据匹配和预测提供了基础； （2）梳理了实际中基于轨迹跟踪的船标碰撞检测方法流程，并通过实际船标碰撞事故数据对方法有效性进行了验证和分析，得出传统方法中采用航标异常数据检测和对船标间距、船舶航速和船舶航向时间轴可视化方法的不足，并提出了对应的优化策略； （3）针对基于轨迹跟踪的船标碰撞检测中依靠航标异常数据检测和人工判断的不足，在分析了基于AIS数据的航标领域构建流程的基础上，提出了基于模糊航标领域的船标碰撞检测方法，并采用船标碰撞事故数据验证了模糊船舶领域范围的有效性以及船标碰撞检测方法的实用性； （4）针对基于模糊航标领域的船标碰撞检测方法无法确定碰撞时间点和碰撞位置的不足，对船舶和航标进行包围盒设计，并进一步提出了基于混合包围盒的船标碰撞检测方法，通过实际船标碰撞事故数据验证了方法的有效性。

     ④技术的成熟程度，适用范围和安全性： 项目首次提出了基于AIS数据和船标碰撞事故数据的航标领域构建方法和流程，采用插值算法对AIS数据进行预测修复。最后，根据船标碰撞方式和船标碰撞结果对船标事故进行了分类，并计算分析出肇事船舶。

    ⑤应用情况及存在的问题： 项目成果目前在汕头和湛江海域投入了使用，在航标避碰方面取得很好效果，同时在航标出现被船舶碰撞时，也可以顺利寻找到肇事船舶。本研究成果在AIS信号不稳定的海域偶尔会出现肇事船舶无法识别的情况。