[发明专利]一种基于无监督聚类的船舶历史航迹规律提取方法

权利要求书

1.一种基于无监督聚类的船舶历史航迹规律提取方法，其特征在于，其操作步骤如下；

步骤1、获取雷达和AIS航迹点数据，航迹预处理，形成航迹线段集合，

步骤2、线段结构距离的计算，

步骤3、航迹线段聚类，

步骤4、从步骤1得到的航迹线段集合中剔除噪声线段，并根据航迹线段类簇进行后续的海域网格训练统计处理；

在步骤1中，所述航迹预处理具体包括：

获取历史航迹数据，保留位置连续且位于目标海域内，速度大于0节小于50节，航向大于等于0小于360的航迹点，去除飞点、岸上的点，速度小于0或大于50节，航向小于0或大于360的航迹点；

航迹抽稀，将航迹曲线近似表示为航迹点集，对航迹点集进行压缩，减少一条航迹曲线上航迹点的数量，同时保证航迹路径位置的不变形，为后续船舶航行模型训练提供支撑；

在步骤2中，所述线段结构距离的计算具体包括：

线段结构距离是用来表示两条航迹线段间的相似度dist(L_i，L_j)的度量，结构距离越小相似度越大，结构距离由垂直距离d_⊥(L_i，L_j)，水平距离d_||(L_i，L_j)，方向距离d_θ(L_i，L_j)，速度距离d_v(L_i，L_j)组成；

L_i与L_j的垂直距离d_⊥(L_i，L_j)定义如下式所示，其中l_⊥1为s_j到p_s的欧氏距离，l_⊥2为e_j到p_e的欧氏距离：

水平距离d_||(L_i，L_j)表示两条线段在水平方向的相似度：

d_||(L_i，L_j)＝AVE(d_||1，d_||2) (2)，

并分三种情况分别计算：(a)当投影点均在线段内时，d_||1为端点s_i到距它近投影点之间的距离，d_||2为端点e_i到距它近投影点之间的距离；(b)当投影点均在线段外时，d_||1为非投影点侧的端点距它近投影点之间的距离，d_||2为投影点侧的端点距它远投影点之间的距离；(c)投影点一个位于线段内，另一个位于线段外时，d_||1为非外投影点侧的端点距它近投影点之间的距离，d_||2为外投影点侧的端点距另一个投影点之间的距离；另外，为避免轨迹之间长度相差过于大导致水平距离的过度地决定位置距离，对水平距离和垂直距离之间设置修正权重，水平距离的权重为长度较小的线段长度在两线段总长度的比率，两权重需满足大于零且和为1的条件；

方向距离d_θ(L_i，L_j)代表两条线段的平行相似度，由下式进行计算：

速度距离d_v(L_i，L_j)，代表两条航迹线段的速度相似度，由下式计算；

其中v(L_i)，v(L_j)为航迹线段L_i和L_j的平均速度；

在步骤3中，所述的航迹线段聚类的计算，包括：

遍历航迹线段集合，计算线段L_i其与另一条线段L_j的结构距离；将结构距离小于设定的近邻距离阈值的线段L_j添加到L_i的领域中，重复此过程形成线段类簇；遍历完所有线段，形成线段类簇和噪声线段；将计算得到的噪声线段集合进行一次二次聚类；

其中所述二次聚类具体是指：将得到的噪声线段集合作为一个新的线段集合，定义新的近邻距离阈值为原近邻距离阈值的1.5倍，并重复对聚类的计算，最终将新生成的线段类簇添加到得到的类簇中作为补充。