联合船舶行程语义对象与图论理论的船舶航线提取方法技术

本发明专利技术提供一种联合船舶行程语义对象与图论理论的船舶航线提取方法，适用于船舶信息检测。在综合考虑船舶活动的时空制约条件，生成船舶主要交通模式的航行路线表征真实世界的航道，以船舶活动的规律和特征来指导AIS数据的分析和信息挖掘，建立“停留

【技术实现步骤摘要】
联合船舶行程语义对象与图论理论的船舶航线提取方法


[0001]本专利技术涉及一种船舶交通航线提取方法，具体涉及一种联合船舶行程语义对象与图论理论的船舶航线提取方法。

技术介绍

[0002]船舶航线，又称船舶航道、船舶主航线等，是船舶在港口之间从事货物运输或旅客运输的习惯性航线。船舶轨迹是指单艘船舶航行的具体路线，是一种个体行为；船舶航线是多数船舶共同遵循的航行路线，是一种群体行为，由人们综合燃油效率、水文特征、海上保护区政策、安全威胁等因素规划的船舶最佳航行路线。提取船舶航线本质上属于船舶活动群体模式挖掘，即从大量船舶个体组成的群体中提取共同的活动行为模式。提取船舶航线有助于发现船舶交通模式，揭示船舶航行规律，保障航行安全。船舶自动识别系统(Automaticidentification system,AIS)是通过与附近船舶或AIS基站交换信息来识别和定位船舶的自动识别系统。AIS数据是研究船舶运动模式、获取船舶运动行为的理想数据。
[0003]现有船舶交通航线提取方法主要分为三类：基于格网的方法、基于矢量的方法、以及基于统计的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联合船舶行程语义对象与图论理论的船舶航线提取方法，其特征在于：通过综合考虑船舶活动的时空制约条件：燃油效率、海上保护区政策、安全威胁因素，交通规划政策、船舶操纵行为、水文特征综合作用下的船舶交通特征，生成船舶主要交通模式的航行路线表征真实世界的航道，以船舶活动的规律和特征来指导AIS数据的分析和信息挖掘，建立“停留
‑
航路
‑
停留”的船舶行程语义模型，实现时空轨迹向语义轨迹的转变；基于图论理论，将AIS数据中记载的海运航线看作是特征点以及连接线的组成，进行大区域海运交通航线的快速提取和低维表征，实现适应大范围海域中船舶航运路线简单、有效地提取；具体步骤如下：首先针对蕴含大量船舶运动信息的AIS数据，联合地理数据、水深数据识别船舶运动轨迹中的关键特征，构建船舶行程语义对象，增强对船舶轨迹语义信息的理解，其中船舶行程语义对象构建包括停留区和航路区的识别；然后通过从AIS数据中得到船舶的停留轨迹数据来识别船舶停留区，AIS数据中记录了船舶识别号、速度、经纬度、时间信息，根据船舶识别号区分不同船舶的轨迹，然后按照时间顺序进行排列从而得到每艘船舶在数据采集周期内顺序排列的轨迹点；通过船舶在航行中进行操纵改变既有的运动行为识别航路区，航路区包括船舶速度和航行方向发生显著变化的区域，以及多发生在海峡之类的转弯区域；从而区分船舶航路区域和停泊区域；为了使船舶的交通特征更加显著，使用聚类方法将识别出的船舶停留点和航路点聚集成群，突出船舶航行中的普遍选择，即主要的船舶交通航线；最后基于图论理论利用有向图来表示给定时间内的海上船舶交通结构，从而提取船舶交通航线。2.根据权利要求1所述的联合船舶行程语义对象与图论理论的船舶航线提取方法，其特征在于船舶行程语义对象包括以下组成：
①
轨迹，表示为按时间顺序依次相连的时空点，即时序轨迹T
p
＝(p1，p2，
…
，p
m
，p
n
)，p
i
为船舶在时刻t
i
的轨迹点，表示为p
i
＝(x
i
，y
i
，t
i
)，其中x
i
与y
i
表示位置，t
i
表示时间；
②
停留点，表示处于静止状态的一段子轨迹，即停留轨迹
③
运动轨迹，表示相邻两个停留之间的子轨迹，即运动轨迹动轨迹其中，S
i
表示第i个停留点；
④
航路点，用航路点简化运动，表示船只航向和速度都发生变化的运动子轨迹，即航路轨迹W
p
＝(p
k
，
…
，p
l
)，W
p
∈M
p
；
⑤
船舶行程语义对象，表示船舶从一个停留运动至另一个停留，表示船舶从静止到运动再到静止的一个行程，用停留与航路点进行简化表达，即TR
p
＝(S
i
，M1，
…
，M
n
，S
t+1
)。3.根据权利要求1所述的联合船舶行程语义对象与图论理论的船舶航线提取方法，其特征在于：由于船舶在海洋中停船时并不会保持完全的静止，停船时的速度依然会处于一个较小的速度范围，因此根据船舶识别号来区分不同船舶的轨迹，然后按照时间顺序进行排列就得到每艘船舶在数据采集周期内顺序排列的位置点，AIS数据中记录了船舶识别号、速度、经纬度、时间信息，船舶停留区识别方法步骤如下：1)识别船舶候选停留点
对于某一船舶的时序轨迹T
p
＝(p1，p2，
…
，p
n
)，遍历每艘船舶的轨迹点，判断t
i
时刻船舶的轨迹点p
i
是否满足如下条件：v
i
＜v
T
，t
i
‑
t
i
‑1＜t
T
，dis
i，i
‑1＜dis
T
#(1)其中，v
i
是船舶在t
i
时刻的瞬时速度，从AIS记录中获取；dis
i，i
‑1为t
i
‑1时刻与t
i
时刻之间船舶的移动距离；v
T
、t
T
和dis
T
分别为船舶轨迹点的速度阈值、相邻两个船舶轨迹点的时间间隔阈值和距离阈值；对于轨迹点p
i
，若满足公式(1)，则认为该点是候选停留点，然后将该轨迹点作为第一个候选停留点添加到候选停留轨迹段中；依次遍历轨迹点直至不满足公式(1)从而完成一个候选停留轨迹段的确定；停留轨迹段是连续停留点组成的时序点集合，即处于静止状态的一段子轨迹，表示为ST
i
＝(s1，s2，
…
，s
m
)，m≤n，s
i
表示停留轨迹段ST
i
的第i个停留点；继续遍历轨迹点，当后续的轨迹点满足公式(1)时，则开始一个新的候选停留轨迹段。按照上述步骤完成该船舶所有停留点和停留轨迹段的识别，该船舶轨迹中所有停留轨迹段的集合表示为Set_ST＝(ST1，ST2，
…
，ST
n
)，ST
i
为第i个船舶停留轨迹段；2)增强船舶停留点语义信息由于港口情景具有明显的语义指向性，其蕴含的语义知识能够指导剔除非港口区域的船舶停留点；对于候选船舶停留点s
i
，当船舶停靠位置处的水深小于预设水深阈值，并且在预设范围内与海岸线、道路网邻接，此外该范围内部分面积区域的AIS数据中土地利用类型为不透水面，则认为该候选船舶停留点为真实的船舶在港口区域的停留点；上述判断条件的数学表达式如下：其中，HS(s
i
)＝1表示船舶停留点s
i
发生在港口区域，HS(s
i
)＝0表示s
i
不在港口区域；dep(s
i
)为船舶停留点s
i
位置处的水深，通过空间分析查询水深数据中s
i
处的水深值确定，Δ
dep
为水...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫兆进，杨慧，慈慧，王冉，胡训宇，刘文宇，周晓春，杨广浩，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：