[发明专利]一种基于LSTM模型的船舶航迹数据融合方法

说明书

本发明提出了一种基于LSTM模型的船舶航迹数据融合方法。本发明搜集船舶在一次航行中AIS系统、船载雷达和高精度GPS采集的船舶航行轨迹作为历史数据,通过AIS系统采集船舶在一段航行过程中的动态经纬度坐标信息，通过船载雷达采集船舶在一段航行过程中的动态图像坐标信息，作为待训练数据；将雷达经纬度坐标信息、AIS坐标信息与高精度GPS经纬度坐标信息分别进行归一化；将归一化后的船载雷达、AIS系统与高精度GPS采集的船舶航行轨迹坐标信息进行分组得到分组坐标信息；通过归一化分组后的雷达和AIS坐标信息作为训练集对LSTM模型进行初步训练，然后使用经过分组归一化的高精度GPS坐标信息对LSTM模型的权重参数进行调整。本发明优点在于提高了船舶航迹融合精度。

技术领域

本发明涉及船舶信息感知与融合领域，具体的说是涉及一种基于LSTM模型的船舶航迹数据融合方法。

背景技术

全球已进入“工业4.0”发展时期，并对高技术船舶、船舶智能制造等做了重点说明。现如今经济快速发展，海上船舶向着科技化、快速化方向迅速发展，船舶数量特别是运输危险品船只的数量不断增多，船只密度不断增加，上述原因直接导致海上交通的安全隐患急剧增多，海损事故发生频繁，这不仅使得生命财产遭受重大威胁，而且很大程度上导致了海洋的环境污染。为了确保海上航行安全，提高航运管理效率，对通信导航设备的要求不断提高。

现代雷达技术ARPA(Automatic Radar Plotting Aids，自动雷达标绘仪)或TT(Target Tracking，目标跟踪)能够自动录取和跟踪目标，可以提供目标的动态信息如船位、航速、航向等信息，能够给出较为全面的交通态势图像的显示，从而得出船舶间距离。在实际应用中，雷达通过分析船只的回波信号信息进行目标探测，存在一定的探测盲区。另外，由于工作于微波波段，容易受地形环境和气象条件的干扰，而且精度有限，可能出现目标的漏检和虚假目标现象。AIS提供的信息较丰富，它可以提供实时动态信息如船位、航速、航向、UTC(世界协调时间)等信息。AIS采用无线电波传播，工作在甚高频VHF(Very HighFrequency)海上频段，由于电波绕射能力强，它的作用距离很远，其次，由于定位数据来自于全球卫星导航系统GNSS(Global NavigationSatellite System)，所以它的工作并不受距离、位置的影响，更重要的是它几乎不受天气限制，提供的信息量大而且精度颇高:而且由于每条船舶分配的MMSI不同，所以即使在船舶密集和目标距离较近时，也不会出现误跟踪或漏跟踪的现象。但是AIS也存在缺点，由于该设备的特点是被动接受信息，因此它并不能主动去获取特定目标信息；AIS提供的船舶位置只是坐标点，它不能够获取目标的视频信息和周围环境信息。

因此，不能AIS把作为航行中唯一的导航避碰设备。我们用AIS设备辅助雷达，并将二者融合后的信息显示在海图上，这不仅可以避免出现非常复杂的显示画面，实现雷达目标的自动识别，解决操作人员的识别困难，而且二者信息融合之后的数据也更加准确，可靠性更高。这种雷达和AIS信息的优势互补，使得海上交通安全得到了更大程度的保障。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于LSTM模型的船舶航迹数据融合方法。

本发明的技术方案为一种基于LSTM模型的船舶航迹数据融合方法，该方法包括以下步骤：

步骤1:搜集船舶在一次航行中AIS系统、船载雷达和高精度GPS采集的船舶航行轨迹作为历史数据,通过AIS系统采集船舶在一段航行过程中的动态经纬度坐标信息，通过船载雷达采集船舶在一段航行过程中的动态图像坐标信息，作为待训练数据；

步骤2：将步骤1中的雷达经纬度坐标信息、AIS坐标信息与高精度GPS经纬度坐标信息分别进行归一化；

步骤3:将步骤2中归一化后的船载雷达、AIS系统与高精度GPS采集的船舶航行轨迹坐标信息按照时间顺序每五个时间点为一组得到分组坐标信息；