[發(fā)明專利]一種基于模式相似度的船舶作業(yè)行為異常檢測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810896490.6
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN109218985B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 童志華;羅文斌;曹健;劉衛(wèi)平;王小坤;周樹高;錢詩友;屈斌;徐譽暢;劉澤霖
• 申請（專利權(quán)）人: 上海中交水運設(shè)計研究有限公司;上海國際港務（集團）股份有限公司;上海交通大學
• 主分類號: H04W4/029
• 分類號: H04W4/029;H04W4/40
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

1.一種基于模式相似度的船舶作業(yè)行為異常檢測方法，其特征在于，包括坐標點異常檢測流程：

從AIS系統(tǒng)中提取船舶的歷史軌跡的軌跡特征，得到歷史軌跡序列，通過網(wǎng)格化和倒排索引對歷史軌跡序列進行存儲及索引，將待測船舶的軌跡與歷史軌跡序列進行對比，檢測坐標點是否異常；

還包括流程異常檢測流程：

將歷史軌跡序列與待測船舶的軌跡分別轉(zhuǎn)化為狀態(tài)序列，提取標志性事件及標志性事件對應的時間，將待測船舶的標志性事件之間的時間間隔與歷史軌跡序列的標志性事件之間的平均時間間隔進行對比，檢測流程是否異常；

所述流程異常檢測流程包括：

步驟21：對待測船舶指定起始區(qū)域和目標區(qū)域，并明確起始區(qū)域和目標區(qū)域的坐標信息；

步驟22：將歷史軌跡序列轉(zhuǎn)化成包含地理位置信息的狀態(tài)序列和距離序列；

步驟23：識別接近目標區(qū)域的坐標點集合：P＝(pn|dnD)，其中dn是所述距離序列中的值，對應所述歷史軌跡序列中的點到目標區(qū)域的距離，D是距離常量；

步驟24：計算歷史軌跡序列的標志性事件之間的平均時間間隔；

步驟25：將待測船舶的軌跡轉(zhuǎn)化為狀態(tài)序列，提取標志性事件及標志性事件對應的時間，將待測船舶的標志性事件之間的時間間隔與所述平均時間間隔進行對比，檢測流程是否異常。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模式相似度的船舶作業(yè)行為異常檢測方法，其特征在于，所述坐標點異常檢測流程包括：

步驟11：從AIS系統(tǒng)中提取歷史軌跡的軌跡特征，按照船舶編號進行分組并進行降噪處理，得到對應每條船舶的歷史軌跡序列；

步驟12：在歷史軌跡序列的基礎(chǔ)上生成歷史軌跡網(wǎng)格的倒排索引表；

步驟13：根據(jù)待測船舶的軌跡的起點和終點，通過所述倒排索引表提取所有有效的歷史軌跡序列；

步驟14：利用坐標點異常檢測算法對待測船舶的軌跡和所有有效的歷史軌跡序列進行比較，檢測航行是否異常。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于模式相似度的船舶作業(yè)行為異常檢測方法，其特征在于，所述坐標點異常檢測算法包括：

維持一個包含最新傳入GPS點的自適應窗口，并將自適應窗口中的子軌跡與所有有效的歷史軌跡序列進行比較，隨著新的GPS點被添加到自適應窗口中，逐步刪除不包含自適應窗口中子軌跡的有效的歷史軌跡序列；

只要在自適應窗口中的子軌跡的支持度高于設(shè)定值θ，新的GPS點將繼續(xù)添加到自適應窗口中，如果支持度不高于設(shè)定值θ，則自適應窗口減小為僅包含最新的GPS點。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于模式相似度的船舶作業(yè)行為異常檢測方法，其特征在于，步驟12包括：

將歷史軌跡序列t中的所有點(p₁,p₂,…,p_n)全部通過map映射后得到歷史軌跡網(wǎng)格然后將歷史軌跡網(wǎng)格映射到(網(wǎng)格：軌跡編號，網(wǎng)格位置)的鍵值對上，通過對相同鍵的規(guī)約將結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模式相似度的船舶作業(yè)行為異常檢測方法，其特征在于，狀態(tài)包括：S1、S2和S3，S1為在起始區(qū)域內(nèi)，S2為在目標區(qū)域內(nèi)，S3為在起始區(qū)域和目標區(qū)域外的區(qū)域；

步驟22中，將歷史軌跡序列t中的所有點p₁,p₂,…,p_n轉(zhuǎn)化為狀態(tài)序列如：(S1,S1,S1,…,S3,S3,..,S3,S2,…,S3,…,S1,…)，距離序列：(d1,d2,…dn)，從狀態(tài)序列中提取出標志性事件序列及標志性事件對應的時間記錄到數(shù)據(jù)庫中，記錄格式包括：S3-S1:E1，代表進入起始區(qū)域，S1-S3:E2，代表出起始區(qū)域，S3-S2:E3代表進入目標區(qū)域，S2-S3:E4，代表出目標區(qū)域，標志性事件序列如：(E1,E2,E3,E4,E1,E2,E3,E4,E1,…)，待測船舶的一個完整的工作流程為：E1(t1),E2(t2),E3(t3),E4(t4)，其中t1、t2、t3、t4分別為各個標志性事件之間對應的時間間隔。