[发明专利]基于球面扫描线的船舶三维特征航线提取方法

说明书

本发明公开了一种基于球面扫描线的船舶三维特征航线提取方法。该船舶三维特征航线提取方法包括以下步骤：数据预处理：对船舶的原始AIS数据进行预处理，获取压缩后的船舶轨迹；轨迹聚类：计算压缩轨迹的子轨迹集的结构相似性距离矩阵，根据结构相似性距离矩阵对压缩轨迹的子轨迹集进行密度聚类，获取若干个具有类内相似性的子轨迹簇；特征航线提取：采用球面三维扫描线从子轨迹簇中提取特征航线。本发明的基于球面扫描线的船舶三维特征航线提取方法能够考虑船舶轨迹的三维性质，船舶特征航线提取精确度高，获得的船舶三维特征航线与船舶的实际航线基本一致。

技术领域

本发明涉及船舶航线规划技术领域，尤其涉及一种基于球面扫描线的船舶三维特征航线提取方法。

背景技术

船舶自动识别系统(AIS,Automatic Identification System)是一种新型助航系统。星载AIS通过低轨卫星接收船舶发送的AIS报文信息并将接收的AIS报文转发给地面站，从而让管理机构掌握船舶航行的相关信息，实现对航行船舶的监控。星载AIS可以实现全球覆盖，从AIS数据中提取船舶特征航线有利于船舶航程规划、异常检测和海洋态势监管，对海运有着重要的经济和安全价值。

目前，从AIS数据中提取船舶特征航线的方法主要在二维坐标系下进行，常用的方法为通过对AIS数据聚类簇内的位置点坐标取平均得特征航线关键点和对聚类簇内的轨迹或子轨迹应用二维扫描线法获取特征航线关键点。然而，现有方法将船舶的轨迹信息作为二维数据进行处理，所提取出的船舶特征航线的精确度较低，与船舶的实际航线偏差较大，不利于后续进行船舶航程规划、异常检测和海洋态势监管等。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种基于球面扫描线的船舶三维特征航线提取方法。

本发明公开了一种基于球面扫描线的船舶三维特征航线提取方法，所述方法包括以下步骤：

S1，数据预处理：对船舶的原始AIS数据进行预处理，获取压缩后的船舶轨迹；

S2，轨迹聚类：计算压缩轨迹的子轨迹集的结构相似性距离矩阵，根据结构相似性距离矩阵对压缩轨迹的子轨迹集进行密度聚类，获取若干个具有类内相似性的子轨迹簇；

S3，特征航线提取：采用球面三维扫描线从子轨迹簇中提取特征航线。

在一些可选的实施方式中，步骤S1包括以下步骤：

S11，数据清洗：去除船舶的原始AIS数据中的错误数据和重复数据；

S12，数据压缩：采用道格拉斯-普克算法对清洗后的AIS数据中的原始船舶轨迹进行压缩处理，获取压缩轨迹。

在一些可选的实施方式中，设定原始船舶轨迹为S＝{x₁,x₂…,x_n}，所述采用道格拉斯-普克算法对清洗后的AIS数据中的原始船舶轨迹进行压缩处理包括以下步骤：

S121，保留x₁、x_n构成的球面大圆弧作为初始轨迹，记为

S122，遍历S＝{x₁,x₂…,x_n}中x₁、x_n之间的点，确定到圆心角距离θ_m1最大的点x_m1；

S123，若θ_m1＞λ，保留x_m1；若θ_m1≤λ，舍去x_m1，λ表示设定阈值；