[发明专利]一种数据驱动的多层次船舶航路网络构建方法

权利要求书

1.一种数据驱动的多层次船舶航路网络构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、获取轨迹数据库中的原始轨迹，对原始轨迹数据预处理，剔除原始轨迹中不符合预设规定的数据，最终得到由若干有序轨迹点组成的AIS轨迹；

步骤2、对有序轨迹点组成的AIS轨迹段进行压缩，从而删除大量原始轨迹中冗余的轨迹点；

步骤3、利用船舶轨迹点的航向和速度信息，将压缩后的AIS轨迹分别基于航向信息熵和速度信息熵进行分段，最终得到航向值和速度值具有显著差异的多个子轨迹段；船舶的特征点由每个子轨迹的起止点组成，对所有船舶轨迹依次进行船舶的停泊点、航向特征点、速度特征点和轨迹起止点检测，得到船舶行为特征点集合；

步骤4、基于船舶行为特征点集合构建多层次船舶航路网络构建框架，具体地，将集合中的轨迹点通过聚类算法抽象成节点，基于图论理论以节点间代表性航路为边构成多层次的分层航路网络，所述多层次的分层航路网络集成了码头、港区和港口级别。

2.根据权利要求1所述的数据驱动的多层次船舶航路网络构建方法，其特征在于，所述步骤1中，对原始轨迹数据预处理具体包括AIS报文字段可靠性的筛选、船舶轨迹信息完整性的筛选和轨迹点位置准确性的筛选，所述AIS报文字段可靠性的筛选具体为对水上移动通信业务识别码、速度、航向、经度、纬度、秒、分、时在内的明显不符合实际情况的字段内容视为不可靠的无效信息，对无效信息进行删除；所述船舶轨迹信息完整性的筛选具体为对小于规定轨迹点数量的船舶轨迹进行删除；所述轨迹点位置准确性的筛选具体为不符合运动学位置逻辑的轨迹点数量超过预设程度时的轨迹进行删除。

3.根据权利要求2所述的数据驱动的多层次船舶航路网络构建方法，其特征在于，所述轨迹点位置准确性的筛选包括如下步骤：

轨迹将被遍历检测是否存在轨迹断点，轨迹断点由速度差值、距离差值和时间差值来确定，若轨迹存在断点，则根据断点位置将轨迹分割为子轨迹，子轨迹的形式是轨迹片段或单个轨迹点；

对分割后的子轨迹进行遍历，进而判断是否可以重新连接，判断由子轨迹段的首尾数据和速度阈值、距离阈值和时间阈值确定；

其中，所述速度差值为该轨迹点记录的速度和计算的速度之间的差值；所述距离差值为该轨迹点与前一时序数据的距离差值；所述时间差值为该轨迹点与前一时序数据的时间间隔。

4.根据权利要求1所述的数据驱动的多层次船舶航路网络构建方法，其特征在于，所述步骤2中，AIS轨迹表示为点集D＝{P_s，...，P_i，...，P_e}，计算轨迹的每个点P_i距其起点P_s和终点P_e连线的同步欧式距离d_SED(P_i)，如果最大值d_max≥d_thd，将原始轨迹在该处分割成两段；如果d_max＜d_thd，则仅保留该段轨迹的起点和终点，依次递归地将上述步骤应用于分割后的子轨迹，其中，d_thd是TD-TR的压缩阈值。