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北极地区集中了全球海冰的30％，这里几乎终年为海冰覆盖。作为气候变化的敏感指标之一，北极海冰对气候系统有着很强的反馈作用。北极冰层会直接或间接地影响气候，导致海洋表面温度、海洋环流、大陆水平衡以及植被和陆地表面反照率发生变化等。然而，近几十年来，北极海冰不断出现大面积融化现象，为北极航道的规划提供了新的选项，也为人们开采冰层之下埋藏的丰富资源带来了希望。研究基于北极地区冰的时空变化以及北极航道的路径优化，无论是从科研角度还是从经济角度，都具有极其重大的战略意义。 针对北极海冰的变化，本文选用2003年至2012年间的AMSR-E数据分析分析北极海冰的时空变化趋势。在此基础上，对北极潜在航线进行了探索，并采用不同的算法对其进行选择与优化。研究的主要成果如下: (1)以时空轨迹的方式，对得到的海冰密集度月平均数据进行分析，并最终得到了2003～2012年的北极海冰密集度月平均变化趋势。结果表明，北极海冰在2003～2012年间一直处在下降的趋势中。 (2)从栅格的角度出发，基于北极地区海冰密集度的遥感影像数据，建立了二维的栅格地理环境模型。根据此模型，分别用遗传算法和蚁群算法智能优化算法构建北极地区最优航道的方法，并结合栅格数据的特点，对蚁群算法进行了改进。用C＃和ArcGIS Engine实现了两种算法，并对产生的结果进行分析，相比传统ArcGIS方式，两种算法产生路径较好，而改进的蚁群算法更符合实际情况。 (3)从矢量的角度出发，依据北极地区的特征，提出一种依据冰层多边形区域提取航道的流程。基于此流程，生成北极地区潜在航道并构建拓扑网络。在计算最优航道时，通过分析影响北极地区航行的因素，提出一种考虑冰厚度和表面积比的阻抗计算模型。分析Dijkstra算法和Astar算法在航道拓扑网络上的执行结果，发现Astar算法具有很高的搜索效率，更适合实际应用。