[發(fā)明專利]一種基于航跡數(shù)據(jù)的耙吸挖泥船施工軌跡識(shí)別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111371544.5
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN114118243B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴文伯;徐婷;張晴波;周雨淼;楊波;季明;魯嘉俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中交疏浚技術(shù)裝備國家工程研究中心有限公司
• 主分類號(hào): G06F18/231
• 分類號(hào): G06F18/231
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發(fā)明涉及挖泥船監(jiān)控管理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于航跡數(shù)據(jù)的耙吸挖泥船施工軌跡識(shí)別方法。其特征在于，包括如下步驟：S1.從航跡數(shù)據(jù)庫中提取耙吸船的航跡數(shù)據(jù)；S2.對航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；S3.基于經(jīng)緯度信息進(jìn)行第一層次聚類，辨識(shí)出施工區(qū)；S4.對處于施工區(qū)的軌跡進(jìn)行基于速度特征的第二層次聚類，辨識(shí)出“裝艙”、“在拋泥區(qū)與裝艙區(qū)之間往返”、“拋泥”這三種行為軌跡；S5.對所述“在拋泥區(qū)與裝艙區(qū)之間往返”行為軌跡進(jìn)行基于航向特征的第三層次聚類，辨識(shí)出“往拋泥區(qū)”、“返裝艙區(qū)”軌跡；S6.對所有具有施工行為的簇進(jìn)行重新打標(biāo)簽，分別為：裝艙軌跡、往拋泥區(qū)軌跡、返裝艙區(qū)軌跡、拋泥軌跡。本發(fā)明提升了耙吸挖泥船施工軌跡識(shí)別的精準(zhǔn)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及挖泥船監(jiān)控管理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于航跡數(shù)據(jù)的耙吸挖泥船施工軌跡識(shí)別方法。

背景技術(shù)

隨著國家生態(tài)文明建設(shè)的飛速發(fā)展，社會(huì)民眾的綠色環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng)，許多地區(qū)紛紛出臺(tái)規(guī)范土方疏浚工程方面的文件，明確禁止將土方拋棄在航道、河流、農(nóng)田等區(qū)域。然而由于巨大利益驅(qū)使以及疏浚施工過程監(jiān)控管理困難，導(dǎo)致隨意拋泥的現(xiàn)象屢禁不止。因此，加強(qiáng)疏浚船舶監(jiān)控管理迫在眉睫。疏浚施工過程之所以存在監(jiān)管問難問題，是因?yàn)槭杩４氨姸嗲曳植紡V泛，且采取船岸分離模式，無法做到疏浚過程全方位實(shí)時(shí)監(jiān)管。

隨著大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)的高速發(fā)展，使得從海量的航行軌跡中辨識(shí)出疏浚船舶行為，實(shí)現(xiàn)疏浚工程的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控成為可能。海量的航行軌跡數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著船舶豐富的施工作業(yè)信息，基于大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)從中挖掘出耙吸船的運(yùn)動(dòng)模式，并跟蹤其“挖、運(yùn)、卸”三個(gè)關(guān)鍵施工過程，有助于實(shí)現(xiàn)疏浚施工過程全方位監(jiān)控，從而有效制止疏浚淤泥亂拋、亂倒等現(xiàn)象，亦可以提高疏浚工程的質(zhì)量、效率。

目前，在疏浚行業(yè)基于航跡數(shù)據(jù)辨識(shí)船舶行為的研究還比較少，主要集中在交通船領(lǐng)域。常規(guī)做法是基于DBSCAN算法或者其他聚類算法，對船舶軌跡進(jìn)行一次聚類分析，實(shí)現(xiàn)船舶行為的識(shí)別。然而，耙吸船施工過程更為復(fù)雜，需要考慮因素眾多，如果采用多參數(shù)一次聚類算法，聚類的效果主要取決于各參數(shù)的科學(xué)設(shè)置，而多參數(shù)權(quán)重設(shè)置非常困難且計(jì)算過程十分復(fù)雜，影響建模效率，且魯棒性和適應(yīng)性也較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服以上技術(shù)的不足，提出一種基于航跡數(shù)據(jù)的耙吸挖泥船施工軌跡識(shí)別方法，融合耙吸挖泥船位置、航速、航向等多個(gè)變量信息，采取三次自上而下的逐層遞進(jìn)式分層聚類算法，可有效解決計(jì)算過程復(fù)雜、多參數(shù)權(quán)重設(shè)置困難的問題。并且通過梳理耙吸船各種施工過程的特征，進(jìn)行分層聚類，可以提升軌跡識(shí)別的精準(zhǔn)度。

本發(fā)明技術(shù)方案：

一種基于航跡數(shù)據(jù)的耙吸挖泥船施工軌跡識(shí)別方法，將耙吸挖泥船航行軌跡點(diǎn)的經(jīng)緯度、對地航速、航向三種參數(shù)進(jìn)行三次自上而下的層次遞進(jìn)聚類，實(shí)現(xiàn)耙吸船軌跡的空間、速度和方向三大特征識(shí)別，從而逐步放大聚類的分辨率，完成施工過程裝艙、往拋泥區(qū)、返施工區(qū)、拋泥四種行為軌跡的辨識(shí)。

一種基于航跡數(shù)據(jù)的耙吸挖泥船施工軌跡識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.從航跡數(shù)據(jù)庫中提取耙吸船的航跡數(shù)據(jù)；

S2.對航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

S3.基于經(jīng)緯度信息進(jìn)行第一層次聚類，用DBSCAN算法辨識(shí)出施工區(qū)；

S4.對處于施工區(qū)的軌跡進(jìn)行基于速度特征的第二層次聚類，用GMM算法辨識(shí)出“裝艙”、“在拋泥區(qū)與裝艙區(qū)之間往返”、“拋泥”這三種行為軌跡；

S5.對所述“在拋泥區(qū)與裝艙區(qū)之間往返”行為軌跡進(jìn)行基于航向特征的第三層次聚類，用GMM算法辨識(shí)出“往拋泥區(qū)”、“返裝艙區(qū)”軌跡；

S6.對所有具有施工行為的簇進(jìn)行重新打標(biāo)簽，分別為：裝艙軌跡、往拋泥區(qū)軌跡、返裝艙區(qū)軌跡、拋泥軌跡。