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原文传递船舶偏航检测方法和系统

专利名称：	船舶偏航检测方法和系统
摘要：	本发明涉及航运信息化技术领域，提供一种船舶偏航检测方法和系统，其中方法包括：得到目标水域各船舶的历史轨迹集合；对所有历史轨迹集合进行聚类，得到聚类中心轨迹集合；将当前船舶在目标水域的当前轨迹与其历史轨迹集合进行对比，同时将当前轨迹与惯常轨迹集合进行对比，若当前轨迹远离历史轨迹集合与超出惯常轨迹集合中所有轨迹，则认定当前船舶偏航；若当前轨迹接近历史轨迹集合和/或惯常轨迹集合中的一条轨迹，则认定当前船舶未偏航。根据本发明的方案，通过将当前轨迹分别与自身历史数据和所有船舶的历史数据相比较，还可以有效判断当前轨迹是否处于最优轨迹类别中，对于大幅缩短航行线路和航行时间提供保障，从另一角度优化了水域航行航线导航技术。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	广东诚泰交通科技发展有限公司
发明人：	霍仕峰;陈囡;刘峰;黄文清
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-25T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202310918481.3
公开号：	CN117095566A
代理机构：	北京壹川鸣知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	李晨阳
分类号：	G08G3/00;G06F18/23;G06F18/15;G;G08;G06;G08G;G06F;G08G3;G06F18;G08G3/00;G06F18/23;G06F18/15
申请人地址：	510080 广东省广州市白云区广从一路338号二楼
主权项：	1.船舶偏航检测方法，其特征在于，包括：获取存储目标水域的船舶的历史轨迹数据，对其中的AIS数据进行预处理，得到各船舶的历史轨迹集合；对所有船舶的历史轨迹集合进行聚类，得到作为目标水域的惯常轨迹集合的聚类中心轨迹集合；对于进入目标水域的当前船舶，将其在目标水域的当前轨迹与该船舶在目标水域的历史轨迹集合进行对比，同时将所述当前轨迹与所述惯常轨迹集合进行对比，若所述当前轨迹远离所述历史轨迹集合与所述惯常轨迹集合中所有轨迹，则认定当前船舶偏航；若所述当前轨迹接近所述历史轨迹集合和/或所述惯常轨迹集合中的一条轨迹，则认定当前船舶未偏航。 2.根据权利要求1所述的船舶偏航检测方法，其特征在于，获取存储目标水域的船舶的历史轨迹数据，对其中的AIS数据进行预处理，得到各船舶的历史轨迹集合，包括：对AIS数据进行清洗、坐标转换和整理，去除异常数据；根据同一船舶进入目标水域的先后时间顺序，得到同一船舶近期多条按照时间先后顺序排列的历史轨迹队列，以所述历史轨迹队列为值，以该船舶的mmsi码作为键组成键值对，对所有船舶进行相同处理，构成所有船舶的历史轨迹数据字典mmsi_dict，得到所有船舶的历史轨迹集合。 3.根据权利要求2所述的船舶偏航检测方法，其特征在于，各条所述历史轨迹的信息存储于尺寸为L×5的二维数组中，包括L个AIS信号点的时间、墨卡托投影坐标、航速和航向。 4.根据权利要求1所述的船舶偏航检测方法，其特征在于，所述对所有船舶的历史轨迹集合进行聚类，得到作为作为目标水域的惯常轨迹集合的聚类中心轨迹集合为：记所有历史轨迹为{T1，T2，...，TN}，利用K-中心点算法对船舶轨迹进行聚类并计算聚类中心，包括： (1)随机挑选K条历史轨迹作为聚类中心 (2)在选定聚类中心后，对于其他所有非聚类中心的历史轨迹，计算每条历史轨迹到K条聚类中心的轨迹的对称分段路径距离，并归类到距离最近的聚类中心所属的类；其中，非聚类中心的历史轨迹Ti所属的类别k*的计算方式为：其中，SSPD为对称分段路径距离； (3)在所有历史轨迹都完成归类后，在每个类中，计算每条历史轨迹到同类其余历史轨迹的对称分段路径距离并求和，取和最小的轨迹作为该类新的聚类中心。 (4)重复(2)-(3)直到收敛或达到轮次上限，选出K条聚类中心轨迹，形成作为目标水域的惯常轨迹集合的聚类中心轨迹集合。 5.根据权利要求4所述的船舶偏航检测方法，其特征在于，计算两条历史轨迹的所述对称分段路径距离，包括： (1)从历史轨迹T1中所有点往历史轨迹T2的所有线段作垂线，记历史轨迹T1中第i个点Pi1往历史轨迹T2第j段线段所作垂线的垂足为/>其中proj表示正交投影，垂足/>在线段上时记为/>垂足/>线段外时，Pi1到/>的距离/>为：其中，\|\|·\|\|2代表线段的2-范数，在欧氏空间中代表线段的长度；此时，距离等价于计算线段/>上所有点到点Pi1的距离的最小值； (2)在计算历史轨迹T1所有点到历史轨迹T2所有线段的距离后，定义历史轨迹T1中第i个点Pi1到历史轨迹T2的距离/>为：其中，点Pi1到历史轨迹T2的距离取点Pi1到历史轨迹T2中所有线段距离的最小值，此时，距离DPT(Pi1，T2)等价于计算历史轨迹T2上所有点到点Pi1的距离的最小值； (3)在计算历史轨迹T1所有点到历史轨迹T2的距离后，定义历史轨迹T1到历史轨迹T2的分段路径距离DSPD(T1，T2)为：其中，SPD为分段路径距离；历史轨迹T1到历史轨迹T2的单向距离为历史轨迹T1所有点到历史轨迹T2距离的平均值； (4)在计算历史轨迹T1到历史轨迹T2的单向分段路径距离后，重复(1)到(3)步计算历史轨迹T2到历史轨迹T1的单向分段路径距离，定义历史轨迹T1和历史轨迹T2的对称分段路径距离DSSPD(T1，T2)为： 6.根据权利要求5所述的船舶偏航检测方法，其特征在于，当前船舶进入目标水域后，对当前船舶的偏航检测步骤为： (1)计算T0到所有惯常轨迹的单向分段路径距离并取最小值d0：其中，T0为当前船舶最后发送的3个信号点组成的一条短轨迹；/>为短轨迹T0到作为聚类中心的第k条历史轨迹的分段路径距离； (2)以当前船舶的mmsi作为键，在字典mmsi_dict中查找键对应的值，得到当前船舶近期最多S条历史轨迹其中S为队列的最大长度，计算T0到各历史轨迹的单向分段路径距离并取最小值为d1： (3)将d0和d1与阈值h0与h1进行对比，如果d0≤h0或者d1≤h1则判定当前船舶未偏航，否则判定当前船舶偏航。 7.船舶偏航检测系统，其特征在于，包括：历史轨迹集合计算模块，获取存储目标水域的船舶的历史轨迹数据，对其中的AIS数据进行预处理，得到各船舶的历史轨迹集合；历史轨迹集合聚类模块，对所有船舶的历史轨迹集合进行聚类，得到作为目标水域的惯常轨迹集合的聚类中心轨迹集合；偏航判断模块，对于进入目标水域的当前船舶，将其在目标水域的当前轨迹与该船舶在目标水域的历史轨迹集合进行对比，同时将所述当前轨迹与所述惯常轨迹集合进行对比，若所述当前轨迹远离所述历史轨迹集合与所述惯常轨迹集合中所有轨迹，则认定当前船舶偏航；若所述当前轨迹接近所述历史轨迹集合和/或所述惯常轨迹集合中的一条轨迹，则认定当前船舶未偏航。 8.电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的船舶偏航检测方法。 9.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的船舶偏航检测方法。
所属类别：	发明专利