[发明专利]一种海量船舶AIS轨迹数据在线压缩方法及装置

说明书

本发明公开了一种海量船舶AIS轨迹数据在线压缩方法及装置，在线压缩方法为限定双因子(同步欧式距离和转向角度)的阈值结合算法，以水域为研究对象，首先对于某一水域先依据历史AIS数据找到该区域的船舶轨迹的历史特征，然后基于运动状态的改变与历史特征数据结合的方式进行在线压缩，最后基于核密度估计构建船舶AIS轨迹数据的可视化分析方法。本发明可以高效的压缩AIS数据，并较为完整、准确的保留其轨迹特征点，有助于实现对AIS数据的高效管理，提高船舶之间的信息交流效率和监管效率。

技术领域

本发明涉及数据压缩技术领域，具体涉及一种海量船舶AIS轨迹数据在线压缩方法及装置。

背景技术

根据国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)MSC73通过修订的《海上人命安全公约》第5章的规定，300总吨以上的船舶到2002年需强制配备船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)，以加强水上生命安全、提高船舶航行的安全性和效率。

船舶自动识别系统AIS可对船舶的运动状态进行实时监控。对船舶操纵人员来说，利用AIS数据可了解本船及其他目标船舶的航行动态信息，有利于船舶导航和避碰等行动；对海事交管部门来将，利用AIS数据信息可对船舶进行管理及控制；对事故调查人员来讲，利用AIS数据信息回顾船舶发生事故前的动态信息，并提取有效的特征信息，有利于事故的调查。目前，作为船舶避碰和自动交换信息的重要助航工具，越来越多的船舶配置了AIS设备，补充了雷达获取信息的不足，船舶通过该设备能够自动实时地与其他装有同类设备的船舶交换位置、航速和航向等动态信息，可有效避免船舶碰撞等海损事故的发生。通过AIS船舶也能向AIS基站发送船名、识别码、目的地、是否装载危险货物等静态信息，同时还能接收管理当局通过基站发送来的助航和告警等信息。AIS与电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display and Information System,ECDIS)系统结合使用对于减轻船员工作强度、帮助船员判断船舶所处态势，提供避碰相关信息，减少碰撞事故等方面起着重要作用。将AIS引入船舶交通管理系统(VesselTraffic Service,VTS)，可有效提高VTS系统的功能，效率以及可靠性，对保障海上航行安全具有重要意义。AIS还可以应用于综合船桥系统，虚拟航标系统等。AIS的成功应用不仅可以提高船舶航行的安全性，还可以提高船舶管理的有效性，极大地避免了海上各种交通事故的发生，而且还增强了船舶在海上航行中的相互识别能力，为实现海上交通安全的信息化管理提供了重要保障，而且还可使海事主管机关能够借助岸基AIS电台提供的船舶信息及时掌握所辖海域交通状况，有助于加强海上交通管制并提高海域安全管理效率。

然而AIS数据产生的信息量庞大，容易引起计算机数据处理效率显著下降的问题。同时，船舶AIS数据中存在着大量的冗余和重复的信息，进一步降低了数据处理的效率。所以为了提高数据处理的效率，需要对那些冗余和重复的数据信息进行压缩，以降低存储设备的使用成本。船舶AIS数据应用非常广泛，但在这个越来越追求简便的时代，海量AIS数据处理却凸显出了不足。第一，船舶AIS数据内容多。船舶AIS信息包括船舶的静态信息和船舶的动态信息这两方面的内容。其中静态信息包括：IMO编码，呼号，船名，长度，宽度，吃水，目的港，选用航线计划等；动态信息包括：船位(实时)，航向，对地航速，船首向，航行状态，转向率等。第二，船舶AIS信息发布频率高。船舶AIS信息一般到2s到6min发布一条。

现有技术中，通常采用的在线压缩方法，可以处理动态的轨迹数据。采用的压缩算法包括具有缓冲的启发式空间质量简化算法SQUISH(Spatial Quality SimplificationHeu-ristic)算法、SQUISH-E算法、OPW算法、OPW-TR算法等。

本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：