一种基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于Douglas
‑
Peucker算法的快速提取船舶徘徊轨迹方法


[0001]本专利技术涉及一种船舶轨迹预测方法，尤其涉及一种基于
Douglas
‑
Peucker
算法的快速提取船舶徘徊轨迹方法
。

技术介绍

[0002]船舶自动识别系统
(Automatic Identification System,AIS)
是一种用于船舶识别和定位的自动船舶跟踪和检测系统，可以获取船舶实时的位置
、
速度和航行等航行信息，具有可以实时更新
、
避免海洋环境干扰以及成本较低等优点
。
随着船舶自动识别系统
(AIS)
的普及安装，为船舶的运动行为识别提供了可靠的轨迹数据支持
。
[0003]船舶徘徊行为是指船舶在局部空间内频繁往返运动，由于船舶作业方式的差异，不同类型的船舶会产生不同的徘徊形态
。
因此，船舶徘徊轨迹提取和分类对特殊船舶类型的识别以及近海安全势态感知等实际场景有着重要意义
。
然而现有的船舶徘徊轨迹提取算法存在没有对原始船舶轨迹进行压缩，未将直行和转向轨迹从徘徊轨迹中去除等问题，导致船舶徘徊轨迹提取的徘徊轨迹点集合数据冗余，造成提取效率低和精确度不高的问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于
Douglas
‑
Peucker
算法的快速提取船舶徘徊轨迹方法，能够解决现有技术中船舶徘徊轨迹提取时未删除直行和转向段，造成徘徊轨迹点集合数据冗余，造成提取效率低和精确度不高的问题
。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于
Douglas
‑
Peucker
算法的快速提取船舶徘徊轨迹方法，包括如下步骤：
S1)
获取原始船舶
AIS
轨迹数据集，对原始
AIS
轨迹数据进行预处理；
S2)
从预处理得到的船舶轨迹数据中提取出移动轨迹段集合；
S3)
利用
Douglas
‑
Peucker
算法将移动轨迹段压缩分段，判断每个轨迹段中是否存在徘徊行为，并提取出船舶徘徊轨迹段
。
[0006]进一步地，所述步骤
S1
具体包括：
S11)
从原始船舶
AIS
轨迹数据中筛选出
MMSI、
船舶类型
、
经度
、
纬度
、
航速
、
航向和时间戳七个有效字段，对字段数值合法性进行校验，删除含有空值
、
数值不在正确范围的轨迹点数据，将轨迹点数据按照时间戳排序，并删除时间戳重复数据，设定时间间隔阈值
T
seg
，当相邻两轨迹点的时间间隔超过阈值
T
seg
，将轨迹分段；
S12)
删除轨迹中的漂移点，首先计算漂移点
p
i
与相邻两个轨迹点的距离，通过经纬度计算两个轨迹点的距离公式为：
[0007][0008]其中
d
表示两个轨迹点之间的距离，
(lon1,lat1)
和
(lon2,lat2)
分别表示两个轨迹点的经纬度，
r
表示地球半径；设
p
i
‑1与
p
i+1
的中点和
p
i
之间的距离为
d1，
p
i
‑1与
p
i+1
之间的距离为
d2，若
d1>d2，则认为
p
i
为漂移点，将其在轨迹中删除；
S13)
将轨迹稀疏部分插值补全，设定
轨迹插值时间间隔阈值
T
int
，若相邻两轨迹点时间间隔小于插值时间阈值
T
int
，利用拉格朗日插值算法对轨迹缺失的轨迹点数据的经纬度数值进行插值补全，并对缺失轨迹点的速度进行补全，速度补全公式如下：式中，
d
i
表示该插值点到相邻轨迹点的距离，
Δ
t
i
表示两点时间戳的差值；
S14)
设置轨迹点数量阈值
C
p
，对于轨迹点数量小于轨迹点数量阈值
C
p
的轨迹删除
。
[0009]进一步地，所述时间间隔阈值
T
seg
的取值为
1h
‑
3h
，轨迹点数量阈值
C
p
的取值为
20
‑
40。
[0010]进一步地，所述步骤
S2
具体包括：
S21)
设定停留状态速度阈值
V
max
，相邻轨迹点时间间隔阈值
T
max
，相邻轨迹点距离阈值
D
max
，遍历轨迹点的速度属性，当轨迹点的速度小于速度阈值
V
max
，若它与相邻轨迹点的时间间隔小于时间阈值
T
max
，并与相邻点的距离小于距离阈值
D
max
，则认为该轨迹点为停留轨迹点；
S22)
设置停留时长阈值
T
mon
，遍历所有的轨迹点后，得到多个停留轨迹点序列，停留轨迹段时长大于停留时长阈值
T
min
，则认为该段轨迹为停留轨迹段，从原始轨迹数据中删除停留轨迹段，提取出船舶移动轨迹段
。
[0011]进一步地，所述停留状态速度阈值
V
max
的取值范围为
0.2m/s
，相邻轨迹点时间间隔阈值
T
max
的取值范围为
20mins
‑
40mins
，相邻轨迹点距离阈值
D
max
的取值范围为
240m
‑
480m
，停留时长阈值
T
min
的取值范围为
1h
‑
2h。
[0012]进一步地，所述步骤
S3
中徘徊行为判断过程如下：
S31)
遍历移动轨迹段中的轨迹点，设首尾两点的连线为基线
L
，计算各点到基线
L
的垂直距离
D
v
，得到轨迹点
p
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
Douglas
‑
Peucker
算法的快速提取船舶徘徊轨迹方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)
获取原始船舶
AIS
轨迹数据集，对原始
AIS
轨迹数据进行预处理；
S2)
从预处理得到的船舶轨迹数据中提取出移动轨迹段集合；
S3)
利用
Douglas
‑
Peucker
算法将移动轨迹段压缩分段，判断每个轨迹段中是否存在徘徊行为，并提取出船舶徘徊轨迹段
。2.
如权利要求1所述的基于
Douglas
‑
Peucker
算法的快速提取船舶徘徊轨迹方法，其特征在于，所述步骤
S1
具体包括：
S11)
从原始船舶
AIS
轨迹数据中筛选出
MMSI、
船舶类型
、
经度
、
纬度
、
航速
、
航向和时间戳七个有效字段，对字段数值合法性进行校验，删除含有空值
、
数值不在正确范围的轨迹点数据，将轨迹点数据按照时间戳排序，并删除时间戳重复数据，设定时间间隔阈值
T
seg
，当相邻两轨迹点的时间间隔超过阈值
T
seg
，将轨迹分段；
S12)
删除轨迹中的漂移点，首先计算漂移点
p
i
与相邻两个轨迹点的距离，通过经纬度计算两个轨迹点的距离公式为：其中
d
表示两个轨迹点之间的距离，
(lon1，
lat1)
和
(lon2，
lat2)
分别表示两个轨迹点的经纬度，
r
表示地球半径；设
p
i
‑1与
p
i+1
的中点和
p
i
之间的距离为
d1，
p
i
‑1与
p
i+1
之间的距离为
d2，若
d1＞
d2，则认为
p
i
为漂移点，将其在轨迹中删除；
S13)
将轨迹稀疏部分插值补全，设定轨迹插值时间间隔阈值
T
int
，若相邻两轨迹点时间间隔小于插值时间阈值
T
int
，利用拉格朗日插值算法对轨迹缺失的轨迹点数据的经纬度数值进行插值补全，并对缺失轨迹点的速度进行补全，速度补全公式如下：式中，
d
i
表示该插值点到相邻轨迹点的距离，
Δ
t
i
表示两点时间戳的差值；
S14)
设置轨迹点数量阈值
C
p
，对于轨迹点数量小于轨迹点数量阈值
Z
p
的轨迹删除
。3.
如权利要求2所述的基于
Douglas
‑
Peucker
算法的快速提取船舶徘徊轨迹方法，其特征在于，所述时间间隔阈值
T
seg
的取值为
1h
‑
3h
，轨迹点数量阈值
C
p
的取值为
20
‑
40。4.
如权利要求1所述的基于
Douglas
‑
Peucker
算法的快速提取船舶徘徊轨迹方法，其特征在于，所述步骤
S2
具体包括：
S21)
设定停留状态速度阈值
V
max
，相邻轨迹点时间间隔阈值
T
max
，相邻轨迹点距离阈值
D
max
，遍历轨迹点的速度属性，当轨迹点的速度小于速度阈值
V
max
，若它与相邻轨迹点的时间间隔小于时间阈值
T
max
，并与相邻点的距离小于距离阈值
D
max
，则认为该轨迹点为停留轨迹点；
S22)
设置停留时长阈值
T
min
，遍历所有的轨迹点后，得到多个停留轨迹...

【专利技术属性】
技术研发人员：许婉初，胡勤友，杨春，
申请(专利权)人：上海迈利船舶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：