發(fā)布時間：2021-09-15 13:19

　　漁船作為重要的海洋漁業(yè)生產(chǎn)工具,漁船的運行軌跡數(shù)據(jù)中包含大量的時空分布信息,通過對漁船軌跡信息的精準分析能夠挖掘出漁船的出海規(guī)律及作業(yè)行為模式等,對精準掌握漁船作業(yè)行為、發(fā)現(xiàn)漁船異常行為、規(guī)范漁業(yè)執(zhí)法等具有重要意義。目前已有大量國內(nèi)外學者利用AIS軌跡數(shù)據(jù)中的軌跡點的時間、經(jīng)緯度、航向、速度等屬性,通過建立數(shù)學模型和研究算法處理軌跡數(shù)據(jù),但研究的對象大多是商船,對漁船領域的研究涉獵不深,因此本文以漁船作為研究對象,以大量漁船AIS軌跡數(shù)據(jù)為基礎進行研究分析,針對漁船軌跡的數(shù)據(jù)特點,對漁船AIS軌跡數(shù)據(jù)進行相關預處理工作后,對其進行相似性分析工作,具體工作可概括為以下兩點:1)提出了基于改進滑動窗口的漁船AIS軌跡數(shù)據(jù)壓縮算法:針對漁船AIS軌跡數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、漁船軌跡分析需要保留更多特性點這一特點,在Sliding window算法基礎上利用相鄰軌跡點之間的經(jīng)緯度變化狀態(tài)趨勢確定行駛特征點,在保留時序信息的同時壓縮高密度的停滯點,用采樣法保留直行中間點,盡可能多地保留了軌跡特征點。實驗表明,基于改進滑動窗口的漁船AIS軌跡壓縮算法將壓縮率控制在94%以下,很好的保留了漁船軌跡特征點,... 

【文章來源】：大連海洋大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Douglas-Peucker算法

成線段作為當前滑動窗口{p0,p1,p2}的近似軌跡，計算軌跡點p1到近似線段之間的垂直歐氏距離，該距離小于設定的閾值，所以加入新的軌跡點p3，繼續(xù)擴大滑動窗口大小，此時窗口更新為{p0,p1,p2,p3}，接著將線段作為當前窗口的近似軌跡，計算當前窗口內(nèi)原始軌跡的點到近似線段的垂直歐氏距離，點到近似線段的距離大于設定的閾值，窗口內(nèi)的軌跡點p0,p1,p2保留為壓縮軌跡中的點，然后設新的滑動窗口中的第一個軌跡點為p2，向窗口中加入軌跡點p3、p4，重復之前的過程，直到窗口滑到軌跡的終點。最終圖中的軌跡最后被簡化為{p0,p2,p5,p8}。圖2-2SlidingWindow算法Fig2-2ThealgorithmofSlidingWindow從圖2-2中可以看出，用SlidingWindow算法壓縮軌跡雖然可以做到軌跡局部壓縮最優(yōu)，但該算法無法兼顧全局的軌跡走勢，壓縮后軌跡的形態(tài)會與原始的軌跡形態(tài)有一定的差距，其原因在于軌跡轉(zhuǎn)向的時候特征點的壓縮率太高，SlidingWindow算法會在軌跡出現(xiàn)頻繁轉(zhuǎn)向時壓縮掉大量的特征點，導致軌跡失真。而在漁船軌跡數(shù)據(jù)中，如果頻繁轉(zhuǎn)向，可能意味著漁船處于捕撈作業(yè)狀態(tài)，恰恰是漁船軌跡分析過程中需要挖掘的重要信息，所以，為保留此類信息，我們需要在算法的基礎上做出改進。

基于AIS的漁船軌跡相似性分析技術研究12從下圖2-3中可以看出，在對軌跡P和軌跡Q進行相似性度量時，雖然兩條軌跡的整體形狀很相似，但是時間軸上是對不齊的，軌跡點出現(xiàn)了一對多的匹配，DTW算法正是通過這種方法來解決局部時間偏移的問題。DTW算法的相似性度量不受相比較的兩條軌跡的軌跡點數(shù)量是否相同的影響，因此相比較歐幾里得距離算法要求度量相似性的兩條軌跡長度必須相等且軌跡點數(shù)目相等而言優(yōu)勢明顯，雖然動態(tài)規(guī)劃可以解決上述問題，但是DTW算法的時間復雜度會受軌跡長度的影響，如果面對長度為m和n的兩條軌跡而言DTW算法的時間復雜度為O(m×n)，計算成本較大。圖2-3兩條軌跡之間的歸整路線Fig2-3Awarpingpathbetweentwotrajectories2.3.3基于軌跡的豪斯多夫距離算法基于軌跡的豪斯多夫距離算法也是基于軌跡段距離計算的算法，中心思想就是將度量距離分成三個部分:兩個軌跡段之間間隔的垂直距離、兩個軌跡段之間長度差的平行距離和兩個軌跡段之間方向差異的角度距離。該方法分別從垂直距離，水平距離和夾角距離三個方面對軌跡段之間的距離進行計算，不同于MBR算法將軌跡簡化的過于粗略，基于距離的豪斯多夫距離法在度量相似性時考慮的更加全面，計算精度更高。如圖2-4所示，軌跡段S1與軌跡段S2之間的垂直距離與其中一條軌跡段的起始點與終點到另一條軌跡段的垂直歐式距離有關，d⊥a是軌跡段S1的起點到軌跡段S2的垂直歐式距離，d⊥b是軌跡段S1的終點到軌跡段S2的垂直歐式距離，所以對兩條軌跡段之間的垂直距離定義為d⊥=⊥a⊥b⊥a⊥b。d∥a表示軌跡段S1的起點到軌跡段S2的平行距離，d∥b是軌跡段S1的終點到軌跡段S2的平行距離，軌跡段的平行距離定義為d∥=min（d∥a，d∥b）。角度距離的計算涉及到兩條軌跡段的長度和軌跡段之間的夾角，?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]內(nèi)河在航船舶動態(tài)跟蹤和航跡融合方法研究[D]. 嚴忠貞.武漢理工大學 2013

碩士論文
[1]基于AIS數(shù)據(jù)的船舶航線挖掘[D]. 劉敦偉.大連海事大學 2017
[2]基于AIS數(shù)據(jù)的船舶領域模型統(tǒng)計平臺研究[D]. 張鵬.大連海事大學 2016
[3]基于AIS數(shù)據(jù)的開闊水域船舶領域分析研究[D]. 丁法.大連海事大學 2016



本文編號：3396152