南海是世界上最繁忙的海上运输通道之一,是我国与亚洲其他国家、欧洲、非洲开展海上贸易的必经之道。南海航道关系到我国能源安全,我国进口能源的70%需要通过南海运输。近年来,台风、海啸等恶劣天气频繁发生,海盗和海上恐怖主义活动频繁,域外大国借维护航道安全介入南海争端,使得南海航道面临多方面威胁。南海航道安全各方面威胁都与空间位置有很大关系。从空间角度分析南海航道安全,研究可能对其安全畅通产生影响的自然和社会因素的空间作用范围、方式与程度,提出优化航道安全的措施,可为海洋管理部门提供决策参考,对维护人们生命财产安全、保护海洋环境和保障我国国家核心战略利益具有重要意义。随着地理信息科学的发展,基于遥感、GPS和其他来源的空间数据日益丰富,为航道安全分析与评价提供了数据基础,GIS多指标决策分析技术的发展为开展航道安全空间分析与评价提供了技术支撑。目前,国内外学者对航行安全空间综合评价尚处于初步阶段,在航道安全评价方面研究较少。航道在哪儿?航道安全分布状况如何?如何优化航道安全?已成为开展航道安全评价研究亟待解决的重要技术问题。本文综合利用多源空间数据,解决了航道安全空间综合评价的主要技术难点,准确地提取了主要航道,揭示了地形、水文气象、社会环境的众多因素影响下的航道安全的时空分布特征,并提出了改善航道安全的建议和措施。主要研究内容和结论如下:(1)基于轨迹聚类的航道中心线提取方法研究。航道是舰船航行轨迹形成的在港口之间的带状区域。舰船的轨迹反映了航道的分布特征,针对如何利用舰船数据提取航道的技术难题,论文提出轨迹线生成、轨迹线聚类的处理流程,通过聚类中心线实现航道提取,并结合世界航道图和基于Envsat ASAR提取舰船-密度分析的方法验证提取结果,证明了提取结果的有效性。研究表明,南海主要航道有14条,其中8条通过南沙群岛西面海域,广州-新加坡航道有3条,分别经过西沙群岛西面、中部和东面,东面的广州-新加坡航道与高雄-新加坡航道是南海最主要的航道。(2)航道环境因素危险性定量评价。航道安全与航行环境危险性相关,论文从地形环境、水文气象环境、社会环境三个方面分析了影响航道安全的因素,并应用空间分析手段对影响南海航道安全的重要因素的危险性进行定量评估。研究表明,航行安全受地形因素影响较大的区域分布在岛礁、海岸附近;水文气象方面,秋、冬季航行安全受风浪影响较大,尤其是南海东北部海域和南沙群岛西面海域较为危险,夏、秋季受热带气旋影响,夏季南海北部危险度高,秋季南海东北部危险度高。船舶密度影响区域分布在南海北部沿岸区域,海盗影响区域则位于马六甲海峡附近水域,南沙争端目前对航行安全没有影响。(3)航道安全空间评价模型研究。构建航道安全空间评价模型有助于海事部门掌握航道安全空间分布信息,保障航道安全。论文结合南海区域特点,构建了航道安全空间评价指标体系,提出了考虑决策偏好选择的基于OWA-GIS的航道安全空间评价模型框架,评价了南海海域和南海航道的安全分布,分析了南海的救助可达性分布,提出了改善航道安全的措施。该模型经过南海海损事故数据验证有效。评价结果表明,马六甲海峡附近受海盗影响全年航行较为危险,经过马六甲的航道均受影响;其他区域在秋、冬两季的航行危险性较高,其中新加坡通往高雄、巴士海峡、巴林塘海峡的航道受影响最大,其次为通往广州的三条航道,其他航道受影响较小。结合南海救助可达性,论文建议在黄岩岛、康泰滩、永暑礁、华阳礁和渚碧礁建立海上救助基地,保护我国南海航道安全。论文的主要创新有两点:①提出了一种基于轨迹聚类的航道中心线提取方法。研究利用志愿观测船(VOS)数据生成舰船不同航次的轨迹线,应用缓冲区交集比例度量轨迹线的相似性,进行聚类分析,最后应用三角网方法生成航道中心线。②构建了基于OWA-GIS的南海航道安全空间评价模型。目前的航行安全评价模型往往忽略空间分布信息,且不考虑决策偏好性。研究构建的空间评价模型从空间角度,并考虑了 "少数指标满足"的决策偏好性。