[发明专利]基于船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法及系统

权利要求书

1.一种基于实时船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法，其特征在于，包括：

S1、对通航水域进行子水域划分；

S2、从历史船舶AIS数据中提取不同子水域的船舶AIS原始轨迹数据；

S3、对不同子水域的船舶AIS原始轨迹数据进行预处理；

S4、分析并处理船舶AIS原始轨迹数据得到船舶运动特征数据；

S5、提取空间属性匹配的历史水流观测数据，并基于时间属性对船舶运动特征数据和水流数据进行匹配；

S6、设计BP神经网络，挖掘样本数据之间的潜在映射关系，实现从AIS数据到水域水流信息的提取；

在步骤S1中，通航水域子水域划分的步骤包括：

通过统计历史船舶AIS数据计算出通航水域的船舶交通流密度，根据交通流密度将通航水域划分为子水域块，保证在每一时刻划分区域至少拥有两条在航船舶；其划分区域面积满足

其中S为划分区域面积，N为区域在航船舶数量，ρ为该水域的船舶统计密度。

2.根据权利要求1所述的基于实时船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法，其特征在于，步骤S3中，对不同子水域的AIS轨迹数据进行预处理的步骤包括：

AIS数据清洗和轨迹参数计算；

AIS数据清洗是从原始AIS数据中删除异常数据和无效数据，异常数据是由于传输异常和解析异常产生的AIS异常数据，无效数据是非机动船舶发出的AIS数据；

轨迹参数计算是计算船舶通过该子水域的平均对地航速sog_avg、对地航速的标准差std_sog、平均对地航向cog_avg、对地航向标准差std_cog、平均船首向hdg_avg、船首向的标准差std_hdg。

3.根据权利要求1所述的基于实时船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法，其特征在于，在步骤S4中，分析并处理AIS轨迹数据得到船舶运动特征数据的步骤包括：

从稳定航行船舶的AIS轨迹信息中提取一组能够表达船舶运动状态的运动特征参数，其稳定航行船舶是指船舶发动机功率稳定、转向速率为0的船舶；

其中，运动参数表现为对地航速稳定、对地航向稳定和船首向稳定；判定方法是将轨迹参数和门限值比较来判断船舶运动状态，公式如下：

std_sogsog_t (2)

std_hdghdg_t (3)

std_cogcog_t (4)

其中std_sog为船舶对地航速的标准差、sog_t为对地航速标准差判断阈值、std_hdg为船舶船首向的标准差、hdg_t为船首向标准差判断阈值、std_cog为船舶对地航向的标准差、cog_t为对地航向判断阈值；

当满足以上条件时，认为船舶处于稳定航行状态，其轨迹数据为有效数据；提取船舶运动特征参数是指提取稳定船舶的运动状态数据，包括船舶对地航速、对地航向、船首向和压差角信息。

4.根据权利要求1所述的基于实时船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法，其特征在于，在步骤S5中，提取空间属性匹配的历史水流观测数据，并基于时间属性对船舶运动特征数据和水流数据进行匹配的步骤包括：

从原始水流历史观测数据中提取空间位置对应的水流观测数据，基于时间字段，将不同时间提取的船舶运动特征数据和水流观测数据进行匹配，构成水流数据和船舶特征数据一一对应的数据对，不同的数据对集合构成数据集。