[发明专利]一种基于海陆约束的船舶预测轨迹修正方法

说明书

本发明公开了一种基于海陆约束的船舶预测轨迹修正方法，属于海上运动目标动向预测技术领域。本发明针对当前各类船舶航迹预测算法中未充分考虑海陆约束，导致部分预测结果出现在陆地上的问题，提出一种基于差异化海岸线缓冲区的预测结果修正方法。首先针对水上通行环境中常见的开阔海域、海峡、群岛、内河等进行差异化缓冲区计算，在不改变原有拓扑关系的情况下生成船舶可通行区域。在此基础上，细致化分析了预测轨迹与可通行区域边缘的典型关系模式，并针对不同模式设计了预测轨迹修正策略，能够较好的改正现有各类算法的输出结果，是对现有各类船舶航迹预测方法的有效补充。

技术领域

本发明属于海上运动目标动向预测技术领域，特别是指一种基于海陆约束的船舶预测轨迹修正方法。

背景技术

轨迹预测是船舶行为规律及动向预测分析问题中的重要内容。在当前对船舶航迹的预测方法主要分为两类：一类是借助历史上大量船舶的航行记录，通过航迹时空聚类、模式提取等方式，总结船舶在各个典型时空条件下的典型航迹，以此为依据预测当前船只的未来航迹；另一类是通过提取航迹空间特征、时间特征、船舶运动特征等，在不借助历史数据的情况下，借助机器学习或深度学习方法，完全从当前航迹数据出发实现船舶航迹预测。

上述两种方法在算法设计过程中均未充分考虑海陆约束(即海岸线)。第一类方法采用“模仿”历史航迹的方式，隐性的利用历史航迹中的海陆关系信息；第二种方法则几乎未将海陆关系考虑在内，然而海岸线作为海上船舶航行的强物理约束，直接影响预测结果的正确性。因此，在未进行修正的情况下，可能会出现航迹预测结果出现在陆地上的情况。所以，上述方法目前大多适用于开阔海域或短时预测等海陆关系影响程度较低情况下的航迹预测问题，而在河道、岛屿附近往往难以取得较好的预测效果。

发明内容

本发明的目的在于克服当前各类船舶航迹预测算法中未充分考虑海陆约束，导致部分预测结果出现在陆地上的问题，提出一种基于海陆约束的船舶预测轨迹修正方法，该方法基于差异化海岸线缓冲区对预测航迹进行修正，其在分析典型关系模式的基础上，制定了不同模式下的航迹修正策略，是对现有各类船舶航迹预测方法的有效补充。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于海陆约束的船舶预测轨迹修正方法，包括以下步骤：

(1)生成差异化陆地缓冲区；

(2)判断船舶预测航迹与缓冲区的关系模式，针对每种关系模式分别对船舶预测航迹进行修正。

进一步的，步骤(1)的具体方式为：通过GIS缓冲区生成方法，以全球海岸线为依据，分别针对船舶在开阔海域、海峡、群岛、内河环境下的可通行区域，制定差异化陆地缓冲区生成策略，并融合形成统一的全球船舶航行区域MP；

其中，MP是由σ个多边形组成的MULTIPOLYGON矢量对象MULTIPOLYGON(P₁,P₂,...,P_σ)，每个多边形对象P_i为由π个地理坐标点首尾依次连接所围城的闭合矢量面。

进一步的，步骤(2)具体包括以下步骤：

(201)假设船舶预测航迹为l＝(p₁,p₂,...p_m)，p_i处的经度、纬度分别为x_i,y_i；获取与l有交集的MP中的第一个多边形P_θ，然后转至步骤(202)，若l与MP无交集，则表示未出现轨迹上陆情况，无需进行航迹修正；

(202)根据l与P_θ的边的交点数量，区分不同模式如下：

模式0，l与P_θ的边无交点；