[发明专利]一种长期船舶轨迹预测方法

权利要求书

1.一种长期船舶轨迹预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将预测水域空间按照规则网格进行划分，在网格化基础上计算船舶轨迹分布密度图；

S2、由待预测船舶初始状态点生成初始状态域，在初始状态域内利用相似性搜索得到出发状态点集；

S3、计算出发状态点集Δt时间后的点位集合prediction_set；

S4、使用密度聚类算法对prediction_set聚类，提取聚类结果主要集群并计算代表点，得到代表点集合R_c；

S5、计算R_c各点在船舶轨迹分布密度图对应的密度值，如果低于设定的密度阈值，则将该点从R_c中去除；

S6、根据R_c计算本轮预测状态点信息，再将其作为输入返回步骤S2，重复S2~S6，直到满足预测时长为止；

S7、从最后一轮计算得到的预测状态点逐轮向上，根据预测状态点的生成关系连接得到最终预测轨迹；

所述步骤S2包括：

S21、确定待预测船舶的初始状态点，所述初始状态点包含海上移动业务识别码、瞬时位置、对地航速、对地航向和时间戳；

S22、由待预测船舶初始状态点生成出发线，所述出发线的中点为初始状态点的位置坐标，所述出发线的角度与初始状态点对地航向保持垂直；

S23、计算初始状态域，所述初始状态域由出发线生成的缓冲区构成，缓冲区计算方法为单线定距缓冲；

S24、对初始状态域内历史AIS轨迹点进行相似性搜索得到出发状态点集；

S24、如果出发状态点集中存在多个具有相同MMSI值的元素，则保留其中与出发线垂直距离最近的一个元素。

2.根据权利要求1所述一种长期船舶轨迹预测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、确定待预测水域空间范围，将其按照经纬网进行网格划分，网格边长取5×10^-5度；

S12、使用线密度估计方法计算轨迹密度分布：将历史AIS轨迹线集合叠加至网格，计算落入每个网格中的轨迹线数量n及其相交长度L_i，得到网格值；

S13、对网格值进行全局归一化处理，使其值域控制在[0, 1]区间内，形成最终船舶轨迹分布密度图。

3.根据权利要求1所述一种长期船舶轨迹预测方法，其特征在于，所述步骤S2中初始状态域由出发线生成的缓冲区构成；所述出发线由待预测船舶初始状态点生成，出发线中点为初始状态点的位置坐标，出发线角度与初始状态点对地航向保持垂直；所述缓冲区由出发线单线定距缓冲生成。

4.根据权利要求1所述一种长期船舶轨迹预测方法，其特征在于，所述步骤S24中相似性搜索采用下式计算：

|sog^s - sog_i| γ

|cog^s - cog_i| λ

|t^s- t_i| τ

其中，sog^s表示初始状态点航速，sog_i为搜索点航速，γ为航速阈值，cog^s表示初始状态点航向，cog_i为搜索点航向，λ为航向阈值，t^s表示初始状态点时间戳，t_i为搜索点时间戳，τ为时间阈值。