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基于信息熵和AIS数据的沿海水域船舶航路网络构建
| 论文题名： | 基于信息熵和AIS数据的沿海水域船舶航路网络构建 |
| 关键词： | 沿海水域;船舶航路网络;AIS数据;信息熵 |
| 摘要： | 随着世界经济的发展，水上交通的运输任务日益繁重，使得海上交通航路相互交织，日趋复杂，逐渐形成航路网络。研究构建特定水域船舶航路网络的方法，对了解该水域内航路变化情况、提高水域内船舶航行安全性和提升海上通行效率具有重要意义。 本研究结合了轨迹压缩、轨迹分段、特征点识别、聚类分析等数据挖掘技术，提出了一种基于AIS数据和信息熵的航路网络构建框架。利用船舶AIS轨迹数据，构建了长江口水域和马岙港区附近部分水域的航路网络，并对构建的航路网络进行了分析，验证了航路网络构建框架的有效性。 首先，针对现如今 TD-TR 算法压缩阈值难以确定的问题，基于自适应分数对压缩阈值进行计算，提出一种自适应压缩阈值的 TD-TR 压缩算法。对长江口水域原始船舶轨迹进行了自适应阈值和人工确定阈值的压缩结果对比，结果表明改进的算法能删除大量冗余的轨迹点，且压缩阈值是根据每条轨迹特点自适应确定，不受人为因素影响。同时，对长江口水域内原始船舶轨迹进行了自适应阈值的TD-TR压缩处理。 其次，为了解决目前轨迹分段和特征点识别算法需人为确定航向阈值、速度阈值甚至时间阈值的问题，本研究考虑AIS动态信息提出了基于信息熵的轨迹自适应分段和特征点识别算法。因为航路网络构建的基础是节点的识别，虽然可根据船舶的到港和离港记录生成航路网络的节点，但这些记录通常是从 AIS 静态消息中提取的，数据质量比AIS动态消息低得多。基于研究水域内压缩后的船舶轨迹，利用该算法识别出船舶的速度特征点、航向特征点、轨迹起止点等关键特征点，为生成航路网络节点、构建航路网络奠定了基础。 最后，在前文研究基础上，基于OPTICS聚类算法和图论理论构建了长江口水域和马岙港区附近部分水域的航路网络。具体为，将船舶的关键特征点通过OPTICS聚类算法抽象成节点，基于图论理论以节点间存在的航迹为边构成了船舶航路网络。结合了研究水域内的真实环境，对航路网络进行了分析。 本文提出的航路网络构建框架集成航向、速度和地理位置等信息，能够在互相交织、错综复杂的船舶轨迹中发现船舶的航行规律，研究成果对相关部门掌握水上交通态势、优化调整海上航路方面具有一定的应用价值。 |
| 作者： | 马令琪 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 杨家轩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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