[发明专利]一种基于时间序列的船舶AIS目标航行监控方法

说明书

本发明提出了一种基于时间序列的船舶AIS目标航行监控方法，首先基于地理范围、MMSI、时间和空间信息完成AIS数据去重，其次按照时间升序排列AIS序列，计算目标在前后两个时间点的速度和航向，完成AIS目标MMSI欺骗判决，以及AIS航速航向关键信息的校验修正；再次基于目标AIS更新时间动态更新、生成统计网格，实现伴随目标群的检测识别，对外提供区域船舶航行出现/消失、航速航向分布等统计信息；最后基于时间序列方法评估AIS目标航行状态。本发明可为海事监管部门提供重要区域与目标的风险预警信息。

技术领域

本发明属于AIS数据处理领域。

背景技术

随着我国经济快速持续发展和长江经济带战略落实，长江和沿海黄金水道的水面交通迅猛发展，潜在水上交通事故带来的经济损失和环境破坏风险日益不可忽视，我国海事监管部门不断完善船舶自动识别系统、水面交通雷达等监管设施建设，力图提高船舶活动监管能力。由于AIS设备是大型船舶必须配备的，具有成本低、可辨识、精度高、更新快、准实时的特点，是船舶身份识别、行为监控、规律统计的重要信息源，也是海事管理部门提高船舶监管和风险监控的重要依赖。

针对AIS信息处理，目前形成大量结合港口等区域信息的数据处理手段，侧重密度、流量、热点等区域统计分析，如船舶进出港、靠泊条件下的速度分析。由于AIS信息采集设备在工作原理、设备使用限制，以及数据处理系统的转发、记录、管理机制，AIS信息存在比较严重的数据质量问题，表现为信息重复、篡改、错误和缺失等问题，如何进行数据治理，进而精细化监控辖区内船舶、识别船舶危险航行状态，尚未见到相应的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种低质量AIS数据场景下船舶AIS目标MMSI欺骗判别、航迹拼接，以及区域目标航行统计和船舶航行状态评估的方法。

本发明首先提出基于AIS的MMSI、时间和经纬度的数据去重。为降低计算存储资源消耗。为此提出在MMSI呼号、时间、经纬度一致时，认为出现数据重复，删除重复数据记录；并根据地理信息，删除超出地理范围的野值数据。

其次基于船舶AIS目标的MMSI呼号初步分组和并按时间排序，利用AIS更新的经纬度、时间信息动态计算AIS数据之间的航向航速，完成MMSI欺骗判别和航迹碎片拼接，同时校验修正船舶AIS目标的航速、航向动态信息。

再次产生一个中心坐标，通过船舶目标AIS信息动态生成/更新统计网格，获得区域目标出现/消失时间、目标航速、航向等统计信息；如果两个目标同时出现在多个网格，且出现时间差不大于20分钟，则认为两个目标存在伴随关系，并基于伴随传递假设检测伴随目标群。

最后根据更新时间间隔将船舶目标AIS序列拆分为若干子序列，分别提取其航速航向差分的噪声项，通过无量纲化处理获得船舶航行状态度量值，实现目标航行状态评估。

附图说明

图1为船舶航信安全评估流程。

图2为MMSI欺骗判决原理。

图3为船舶MMSI欺骗判决和零碎航迹拼接过程。

图4为格子生成与目标伴随识别。

图5为由时间间隔决定的航速、航向差分序列拆分原理。

具体实施方式

本发明的关键步骤包括数据清洗、船舶MMSI伪装判决、网格生成与信息统计和航行状态评估关键步骤。

1船舶AIS数据清洗校验方法：