[發(fā)明專利]一種基于眾源軌跡數(shù)據(jù)的航道網(wǎng)絡提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910801751.6
• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN110580388B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 王桂玲;徐垚;高晶;趙卓峰;溫建新;孟金龍;張萌萌;韓燕波
• 申請（專利權）人: 北方工業(yè)大學;中電科海洋信息技術研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/30;G06T17/20
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

本發(fā)明公開了一種基于眾源軌跡數(shù)據(jù)的航道網(wǎng)絡提取方法。本發(fā)明通過從AIS中獲取大量的船舶軌跡數(shù)據(jù)中提取航道、對航道邊界進行平滑處理、對提取的航道進行三角化及三角形分類處理以過濾掉對航道無用的三角形、對航道進行中心線的提取、航道網(wǎng)絡構建的方式實現(xiàn)更加精確的航道網(wǎng)絡構建。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明不僅提取海洋航道邊界，而且提取中心線和交叉點。本發(fā)明提出的方法通過曲率過濾、線性插值、SMA邊界平滑算法等各種方式解決了從存在噪聲和密度不均勻的軌跡數(shù)據(jù)中提取完整、連續(xù)、平滑的航道網(wǎng)絡的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)挖掘技術領域，具體來說，涉及一種基于眾源軌跡數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)提取方法，更具體地說，涉及一種基于眾源軌跡數(shù)據(jù)的航道網(wǎng)絡提取方法。

背景技術

目前，獲取地理道路網(wǎng)絡信息的傳統(tǒng)方式是由訓練有素的專職人員在街道上駕駛裝有特殊配置的車輛，通過分析高分辨率衛(wèi)星圖像或通過人工眾包方式來實現(xiàn)，例如OpenStreetMap就通過眾多志愿者的貢獻來編輯、完善地圖。物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術的進步，使得收集更多的空間軌跡更加方便，例如收集表示汽車、自行車和移動電話等位置信息的數(shù)據(jù)，這種前所未有的大規(guī)模軌跡數(shù)據(jù)可用于交通監(jiān)測和預警、軌跡預測、異常檢測和旅行路線規(guī)劃等，在基于位置的服務、城市計算和智能交通系統(tǒng)等領域具有廣泛的應用。與傳統(tǒng)方法相比，從軌跡數(shù)據(jù)中提取道路網(wǎng)絡更具成本效益、靈活性和更高的時間性能。

在城市計算中，軌跡數(shù)據(jù)通常從全球定位系統(tǒng)(GPS)終端收集，而在海上交通中，自動識別系統(tǒng)(AIS)終端可以為我們提供可靠的船舶軌跡信息源。雖然海上沒有人工建造的實物形式的航道，但船舶出于節(jié)省燃油、遵從政府管制等一系列原因，通常在事實上表現(xiàn)為遵循一定的海上航線。因此，如同從GPS數(shù)據(jù)中提取路網(wǎng)數(shù)據(jù)一樣，人們也有可能從AIS數(shù)據(jù)中提取出航道。

與基于GPS軌跡數(shù)據(jù)的航道網(wǎng)絡提取相比，從AIS軌跡數(shù)據(jù)中提取航道網(wǎng)絡面臨著一系列的挑戰(zhàn)，例如：1)AIS數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量大、噪音高、密度和質量不均勻，為航道網(wǎng)絡提取提出巨大挑戰(zhàn)。長期從大量船只收集的軌跡數(shù)據(jù)量非常大，并且往往會因為AIS設備采集到的位置數(shù)據(jù)有時不準確的現(xiàn)象而造成數(shù)據(jù)質量不好。在我們的全球AIS數(shù)據(jù)集中，每月有超過100GB的數(shù)十億個軌跡點，超過370000個活躍船舶，每年產(chǎn)生的軌跡點超過1TB。在近海和近岸水域，軌跡點的采樣頻率在為5秒至100秒和2分鐘至10分鐘。近海、近岸地區(qū)和遠海海域AIS數(shù)據(jù)的密度和質量差異很大。近海和近岸水域的船舶軌跡點比開闊海域更密集。此外，開闊海域的提取精度要求較低，而近海和近岸水域的提取精度要求較高。這些特點對航道網(wǎng)絡提取算法提出了巨大挑戰(zhàn)。2)面向大范圍區(qū)域提取連續(xù)、平滑的航道網(wǎng)絡面臨較大挑戰(zhàn)。航道網(wǎng)絡不僅包括中心線，還需包括邊界和交叉點信息等。例如，海洋交通監(jiān)管系統(tǒng)在監(jiān)測船只是否航行于合法區(qū)域的應用場景中，航道的矢量邊界信息具有重要的應用價值。航道的提取方法必須能夠保證提取出完整、連續(xù)、平滑的航道信息，只能夠提取航道片段信息的航道提取方法并不能夠在實際中真正應用。傳統(tǒng)的聚類算法提取出的航道信息往往只是片段信息，并且應用于大范圍海洋軌跡數(shù)據(jù)時，難以提取出連續(xù)、平滑、完整的航道。