[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

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• 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(wù)（集團）股份有限公司;上海交通大學(xué)
• 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

本發(fā)明提供了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)，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。本發(fā)明極大簡化了原本復(fù)雜的船舶軌跡數(shù)據(jù)表示，也使得復(fù)雜軌跡點數(shù)據(jù)之間隱含的特征得以便于分析。本發(fā)明通過對單個坐標點的位置屬性進行分析實現(xiàn)對單個點的實時異常檢測。從而可以將異常發(fā)生的具體時間更精確的識別出來，便于對異常信息進行提取和記錄。同時針對明確起始區(qū)域和目標區(qū)域的任務(wù)，對船舶軌跡轉(zhuǎn)化成狀態(tài)序列并進行事件檢測，進而提取流程異常記錄。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及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)。

背景技術(shù)

隨著在傳感、通信、存儲和計算領(lǐng)域的進步，人們在網(wǎng)絡(luò)和實體空間活動時留下的記錄正以前所未有的速度累積。這些記錄的規(guī)模和多樣性為人們在不同環(huán)境下了解社會行為和社會動態(tài)提供了新的機會，尤其在公共安全、城市規(guī)劃、交通管理等方面。

船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System，簡稱AIS系統(tǒng))由岸基(基站)設(shè)施和船載設(shè)備共同組成，是一種新型的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。收集和分析這些AIS信息，有利于人們揭示城市的動態(tài)變化和人類行為等信息。比如說發(fā)現(xiàn)交通模式、城市動態(tài)、行車路線等等。

船舶在航行過程中往往需要遵循特定的航線或者不同工程中的船舶需要在特定起始和終止區(qū)域之間航行。但是出于利益問題，某些船只會選擇違規(guī)行駛或者不按照制定流程完成作業(yè)任務(wù)，這些違規(guī)操作會給工程質(zhì)量和委托方帶來損失。因此檢測這些行為是確保工程質(zhì)量和提高工程效率的關(guān)鍵。當前這些違規(guī)行為是委托監(jiān)理單位安排經(jīng)驗豐富的監(jiān)理人根據(jù)視頻監(jiān)控以及相關(guān)數(shù)據(jù)報表記錄進行的，但是不僅人力成本大，而且時間上也十分低效。并且監(jiān)理人的工作質(zhì)量本身也不可控，因此準確地判斷船舶異常航行行為，既有利于維護船舶公司的整體聲譽，有效的約束船只負責(zé)人的行為，同時也能保護工程方合法權(quán)益，提高工程質(zhì)量和效率，具有十分重要的意義。目前關(guān)于船舶坐標點異常問題急需一種可靠可行的方法。

近年來學(xué)術(shù)界對異常軌跡檢測研究的熱度越來越高，越來越多的檢測方法被提出，凸顯出其實用價值。如構(gòu)建集群來檢測連續(xù)軌跡流，對一個全局的異常事件進行檢測，使用基于距離和密度特征兩種形式證據(jù)的組合模型等方法。但是已有方法存在無法在個體層面上發(fā)現(xiàn)異常行為、對軌跡距離范圍有特定要求等問題。而且由于軌跡數(shù)據(jù)的隱私性和復(fù)雜性等問題，目前可行的船舶軌跡異常檢測方法仍然相對匱乏。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供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)。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于模式相似度的船舶作業(yè)行為異常檢測方法，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。

較佳的，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(yīng)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。

較佳的，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(yīng)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；