[發明專利]一種基于AIS大數據的船舶最優航線自動生成方法

在審

• 申請號: 202110401843.2
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN112906830A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 何正偉;湯軍;李抒
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06F16/29;G08G3/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

1.一種基于AIS大數據的船舶最優航線自動生成方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步，對海量的AIS大數據進行預處理；

第二步，引入船舶靜態數據，在距離度量中加入船舶吃水參數對船舶AIS數據做相似性度量；

第三步，對軌跡距離矩陣做行升序處理，提出改進的DBSCAN自適應算法對相似性度量后的AIS數據做子類簇獨一化聚類處理；

第四步，分析并處理聚類后的子類簇，提取主航線軌跡，設計多條船舶航線自動生成的算法。

2.根據權利要求1所述的一種基于AIS大數據的船舶最優航線自動生成方法，其特征在于：第一步中所述預處理指AIS數據清洗和數據壓縮，AIS數據清洗包括刪除原始AIS數據中MMSI、經緯度、對地航速、對地航向出現的錯誤數據；通過檢測對地航速判斷船舶停靠點，刪除船舶停留點數據；對于有較明顯突進現象的船舶軌跡，通過中值濾波祛除對軌跡數據做平滑化處理；對于AIS數據接收延遲或重復接收，時間間隔較短采用插值算法補全軌跡，當時間間隔大于10min時，將軌跡分段繪制；通過DP算法對海量的AIS數據進行壓縮，以用較少的數據來表達軌跡特征曲線，加快算法速度。

3.根據權利要求2所述的一種基于AIS大數據的船舶最優航線自動生成方法，其特征在于：第二步中所述引入船舶靜態數據，建立船舶吃水度量d_draught模型，吃水度量d_draught指的是同航道中不同船舶類型的吃水差異，是重要的輔助聚類決策要素，采用如下公式計算：

4.根據權利要求3所述的一種基于AIS大數據的船舶最優航線自動生成方法，其特征在于：第二步中所述基于AIS數據計算得出的相應度量參數，定義相應的權重ω(ω_distanceω_cogω_draught)，相似性綜合度量公式如下：

D_dist＝ω_distance×d_distance+ω_cog×d_cog+ω_draught×d_draught。

5.根據權利要求4所述的一種基于AIS大數據的船舶最優航線自動生成方法，其特征在于：第三步中所述子類簇獨一化聚類處理，方法如下：計算所得軌跡距離矩陣D_n×n，對軌跡距離矩陣做行升序處理，完成軌跡聚類，得到N類聚類簇，對完成聚類后的子類數據簇繼續聚類，直至所有的子類簇只有一類為止。

6.根據權利要求5所述的一種基于AIS大數據的船舶最優航線自動生成方法，其特征在于：第四步中所述提取主航線軌跡，方法如下：分析處理聚類后的子類簇，獲得清晰完整的交通流信息，采用主航線提取方法提取主航線信息，航行主航線提取原理為確定船舶軌跡數據簇中最大經度值m，最小經度值n，設定查找窗口的大小，由起始橫坐標s平移到e，收集移動過程中的坐標點數據集合l，根據如下公式計算：其中N表示子類簇的坐標集，窗口起始橫坐標位s，終止橫坐標為e，l代表窗口內點縱坐標數據集合。