[发明专利]基于志愿观测船数据的舰船轨迹线生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离散点汇聚成特征线方法，特别是涉及一种基于VOS大量离散点数据的舰船轨迹线生成方法。

背景技术

舰船轨迹线是船舶在两个或者多个港口之间从事货物、旅客运输或其他任务的具体线路。舰船轨迹线的获取对掌握区域海上交通分布状况，监控船舶行为，保障海上交通安全等方面都有着重要的意义。

要获取舰船的轨迹线，首先要对舰船进行长时期大范围的监测以获取其相关的信息。目前舰船信息获取方法主要分为两种，基于遥感影像的舰船提取以及船舶信息的自动报告。通过遥感影像获取舰船信息主要利用SAR影像采用恒虚警率（CFAR）、多极化变化检测、小波变换、视觉显著度模型等方法对舰船目标提取。然而，这类方法仅能获取成像时刻舰船的位置信息，无法甄别船舶的属性信息，且由于影像覆盖范围有限，在时间上和空间上都难以形成连续的数据集。随着通信技术的发展，船舶上的通信设备可以将实时的位置、速度和其他信息传输到卫星或港口，形成庞大的船舶时空数据集。因此，应用通信设备获取的船舶信息在舰船轨迹线生成方面更为有效。世界气象组织（World Meteorological Organization，WMO）的志愿观测船（Volunteer Observation Ship，VOS）计划是较为常见的基于通信设备获取舰船信息的一种方式。参与VOS 计划的船舶绝大多数是往返于国际海运航道上的商船，目前数量已达6000 余艘，VOS 志愿观测船在提供气象、海洋观测结果的同时也提供了重要的时间、位置信息。完备的VOS 志愿观测船时空数据库为我们获取区域海上真实准确的航线提供了契机。

然而，目前国内外关于航线设计的研究较多，对这种基于大量离散船舶数据点生成特征轨迹线的相关研究很少。同时，如何识别轨迹点所属航次，如何去除无效舰船点，如何对错误舰船轨迹线予以校正，都是在航道轨迹线生成过程中将面临的技术难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的上述缺陷，提出一种基于志愿观测船数据的舰船轨迹线生成方法,其将大量的离散舰船点数据生成连续的舰船轨迹线，解决了舰船轨迹线或航迹线鲜有提取的问题，攻克了轨迹点所属航次识别、冗余无效舰船点去除、错误轨迹线校正等技术难点。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：基于志愿观测船数据的舰船轨迹线生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、VOS数据读取——获取指定区域和指定时间区段内的志愿观测船数据，抽取时间、经纬度、船名作为待分析对象，生成关于舰船轨迹点的图层；

步骤2、舰船轨迹点航次识别——同时满足以下三个条件的舰船轨迹点归为同一航次；

条件1：舰船轨迹点的船名相同；

条件2：相邻舰船轨迹点的时间间隔小于T_p，T_p的取值范围为[8h,16h] ;

条件3：以时间先后为序，连续三个舰船轨迹点的连线夹角大于Θ，Θ的取值范围为[70°,110°]；

步骤3、舰船轨迹点数据清理——删去同一航次内的重复舰船轨迹点和无效的舰船轨迹点，所述重复的轨迹点是指同一航次内经纬度相同的轨迹点，所述无效的舰船轨迹点是指同一航次内有效的舰船轨迹点数量少于N的所有舰船轨迹点，N的取值范围为[4,6]；

步骤4、舰船轨迹线连接——以时间为序，逐次连接同一航次内的所有舰船轨迹点，获得该航次的舰船轨迹线；

步骤5、轨迹线连接校正——如果相邻舰船轨迹点之间的连线与障碍物相交，所述障碍物是指陆地或岛屿，则将这两个相邻舰船轨迹点之间绕过障碍物的最短路径作为校正后的舰船轨迹线。

本发明还具有如下进一步的特征：

1、步骤2中，舰船轨迹点航次识别方法如下：

a1、以船名进行舰船轨迹点排序，相同船名的舰船轨迹点再以时间进行排序；

a2、逐次对舰船轨迹点进行判断，直到所有舰船轨迹点判断完毕；若当前点为当前航次的第一点，则直接从下一个舰船轨迹点开始作如下判断；

a3、若当前舰船轨迹点的船名与上一个舰船轨迹点船名不相同或者当前舰船轨迹点的时间与上一个舰船轨迹点的时间之差大于T_p，则判定当前舰船轨迹点为下一个航次的起点，并转至步骤a5，否则转至步骤a4；

a4、若舰船在当前舰船轨迹点的转角大于Θ，则将当前舰船轨迹点归入当前航线，并插入与当前舰船轨迹点相同的数据作为下一航次的起始点，并转至步骤a5；