基于船舶轨迹特征点提取的时空DP方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113450596A(43)申请公布日2021.09.28(21)申请号202110601140.4(22)申请日2021.05.31(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人马勇江海洋严新平(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人刘秋芳张宇(51)Int.Cl.G08G3/00(2006.01)G06K9/62(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称基于船舶轨迹特征点提取的时空DP方法(57)摘要本发明公开了一种基于船舶轨迹特征点提取的时空DP方法，属于船舶轨迹压缩技术领域，包括：步骤1：利用聚类算法对AIS原始数据进行聚类分析，识别AIS数据中的离群点，进而对噪声点进行剔除；步骤2：对船舶航向改变、航速改变、船舶进出某区域等特征轨迹点进行识别与保留；步骤3：以船舶轨迹的起点、终点以及步骤2保留的特征轨迹点为初始点，同时考虑AIS数据的时空特性，对AIS数据进行压缩。利用本发明可以对冗杂AIS数据进行有效压缩，压缩后船舶轨迹与原轨迹差异极小，同时能够保留船舶运动状态改变点，船舶进出区域边界点的信息，再利用价值空间大，能够为船舶历史数据分析，船舶行为识别奠定数据处理基础。CN113450596ACN113450596A权利要求书1/2页1.一种基于船舶轨迹特征点提取的时空DP方法，其特征在于，包括：(1)对AIS原始数据进行聚类分析，识别AIS数据中的离群点，进而对噪声点进行剔除，构建单船AIS时序性数据记录；(2)将单船AIS时序性数据记录中各AIS数据点的经纬度坐标转化为墨卡托投影坐标；(3)获取各AIS数据点的航速变化率、航向变化率以及整个航行过程中的平均航速变化率、平均航向变化率；(4)识别并保留单船AIS时序性数据记录中的船舶航向和航速的改变点；(5)识别并保留单船AIS时序性数据记录中的船舶进出某区域轨迹点；(6)以船舶轨迹的起点、终点以及保留的船舶航向和航速的改变点、船舶进出某区域轨迹点为初始点，同时考虑AIS数据的时空特性，对AIS数据进行压缩。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由得到第i个AIS数据点的航速变化率Scri，由得到第i个AIS数据点的航向变化率Ccri，由得到整个航行过程中的平均航速变化率由得到整个航行过程中的平均航向变化率表示第i+1个AIS数据点的航速，表示第i‑1个AIS数据点的航速，表示第i+1个AIS数据点的航向，表示第i‑1个AIS数据点的航向，Δt表示第i+1个AIS数据点和第i‑1个AIS数据点的时间间隔，n表示AIS数据点个数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：设置船舶航速改变的阈值依次判断各个AIS数据点Bi的航速变化率Scri与Stre的大小，如果Scri≥Stre，则航速改变点集合S＝S∪Bi；设置船舶航向改变的阈值依次判断各个AIS数据点Pi的航向变化率Ccri与Ctre的大小，如果Ccri≥Ctre，则航向改变点集合C＝C∪Pi，M和N表示系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(5)包括：判断相邻两个AIS数据点分别代入区域边界线方程后值的乘积是否小于0，若小于0，则将该相邻两个AIS数据点标记并保留为船舶进出某区域轨迹点，构成进出某区域点集合E。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(6)包括：(6.1)设置距离阈值dT，以船舶轨迹的起点、终点以及保留的S，E，C中的特征轨迹点为初始点对轨迹进行分段标记，相邻两个轨迹特征点之间的轨迹为一个子轨迹段；(6.2)连接每个分段航迹的起点和终点，并根据起点与终点的经度，纬度转换后的墨卡托坐标系坐标和时间建立虚拟直线时空轨迹，对每个子轨迹段，计算该子轨迹段AIS数据点在虚拟直线时空轨迹上同时刻点的墨卡托坐标系坐标，将该子轨迹段的AIS数据点的墨卡托坐标系坐标与该AIS数据点在虚拟直线时空轨迹上同时刻点的墨卡托坐标系坐标之间的距离作为该AIS数据点到虚拟直线时空轨迹的时空距离d，找到所有时空距离中的最大距离dmax，比较该最大距离与预设距离阈值dT的大小；2CN113450596A权利要求书2/2页(6.3)如果dmax＜dT，则该子轨迹段上所有中间数据点全部舍掉，舍掉所有中间点后，连接该子轨迹段起点和终点的直线就作为该子轨迹段的近似，该段子轨迹处理完毕；(6.4)如果dmax＞dT，则对应最大距离的AIS数据点应保留为结果轨迹上的数据点，同时通过对应最大距离的AIS数据点将该段子轨迹分为两部分，对这两部分曲线分别采用步骤(6.2)和步骤(6.3)进行处理，直到所有的dmax＜dT；(6.5)当所有子轨迹