本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的無(wú)人船艇航線自動(dòng)生成

  更多相關(guān)文章： 無(wú)人船艇 航線自動(dòng)生成 DBSCAN 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) Douglas-Peucker IHO S63

【摘要】：作為無(wú)人駕駛的海上運(yùn)載平臺(tái),無(wú)人船艇可在海洋中承擔(dān)大范圍、長(zhǎng)時(shí)間、低成本的作業(yè)任務(wù)。近年來(lái),隨著船舶智能化水平的不斷提高以及無(wú)人駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展,無(wú)人船艇在軍事和民用領(lǐng)域都已有嘗試性應(yīng)用并且取得了一定成功。無(wú)人船艇的研究屬于多學(xué)科交叉、多領(lǐng)域融合的綜合項(xiàng)目,且?guī)в幸欢ǖ那罢靶院蛣?chuàng)新性。本文以無(wú)人船艇為研究對(duì)象,以其中的航線自動(dòng)生成技術(shù)為主要研究?jī)?nèi)容,致力于開展基于軌跡數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的航線自動(dòng)生成方法研究。在國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略逐步實(shí)施和數(shù)據(jù)科學(xué)崛起的大背景下,數(shù)據(jù)正逐步從一種簡(jiǎn)單的處理對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N基礎(chǔ)性的戰(zhàn)略資源,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析和研究方法也正深刻地改變著傳統(tǒng)科學(xué)研究的探索方式,成為推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步的一種新興模式。傳統(tǒng)海事基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和海事信息化建設(shè)在提供監(jiān)管與服務(wù)功能的同時(shí),也積累了海量的海事感知數(shù)據(jù)。本文正是在DT (Data Technology)時(shí)代變革的大背景下,基于海量軌跡數(shù)據(jù),應(yīng)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析和研究方法,探索無(wú)人船艇航線自動(dòng)生成的新模式。本文的主要工作如下：軌跡數(shù)據(jù)壓縮是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的無(wú)人船艇航線自動(dòng)生成方法的重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)軌跡數(shù)據(jù)達(dá)到大數(shù)據(jù)量級(jí)時(shí)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸和處理帶來(lái)極大的困難和挑戰(zhàn)；在對(duì)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)清洗等預(yù)處理工作后,設(shè)計(jì)一種基于Douglas-Peucker算法的軌跡數(shù)據(jù)壓縮框架與實(shí)現(xiàn)流程；針對(duì)Douglas-Peucker算法中唯一參數(shù)壓縮閾值的確定問(wèn)題,借鑒船舶領(lǐng)域概念,基于AIS軌跡數(shù)據(jù)求取最小船舶領(lǐng)域并作為確定壓縮閾值的標(biāo)準(zhǔn)；最后通過(guò)實(shí)例分析和門線統(tǒng)計(jì)證實(shí)提出的軌跡壓縮與閾值確定方法切實(shí)有效,可在壓縮率高達(dá)98%的同時(shí)有效剔除原始軌跡數(shù)據(jù)中的冗余信息,而且較好的保持了原始軌跡的特征�；谲壽E數(shù)據(jù)壓縮提取出的特征點(diǎn),根據(jù)《國(guó)際避碰規(guī)則》和良好船藝的要求,設(shè)立轉(zhuǎn)向點(diǎn)閾值標(biāo)準(zhǔn)并辨識(shí)出軌跡特征點(diǎn)中的轉(zhuǎn)向點(diǎn)；針對(duì)不同航路軌跡密度和轉(zhuǎn)向點(diǎn)密度不同的特點(diǎn),在保持DBSCAN (Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法簡(jiǎn)潔性和高效性的基礎(chǔ)上提出層次DBSCAN算法并從空間接近性和轉(zhuǎn)向相似性2個(gè)方面綜合考慮建立轉(zhuǎn)向點(diǎn)的相似性度量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)轉(zhuǎn)向點(diǎn)進(jìn)行聚類,從而識(shí)別出相似航跡所形成的航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)；然后通過(guò)真實(shí)航跡判別航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)之間的連通性,并確定由航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)及其之間的連通性組成的有向圖G= (TN, L);最后通過(guò)蟻群優(yōu)化算法智能搜索最優(yōu)路徑,通過(guò)實(shí)例證明本文提出的航線自動(dòng)生成方法切實(shí)有效,自動(dòng)生成的航線符合航線設(shè)計(jì)的基本原理和要求。為改變傳統(tǒng)航線安全檢測(cè)依靠人工目測(cè)執(zhí)行的工作模式,設(shè)計(jì)一種基于IHO S63標(biāo)準(zhǔn)電子海圖數(shù)據(jù)的航線安全自動(dòng)檢測(cè)方法。在實(shí)現(xiàn)Blowfish加密解密算法、DSA(Digital Signature Algorithm)數(shù)字簽名算法和SHA-1 (Secure Hash Algorithm-1)安全散列算法以及CRC32 (Cyclic Redundancy Check 32)循環(huán)冗余校驗(yàn)算法的基礎(chǔ)上根據(jù)IHO S63標(biāo)準(zhǔn)電子海圖數(shù)據(jù)保護(hù)方案的策略結(jié)構(gòu)和工作流程對(duì)電子海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,針對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題借鑒FSA (Formal Safety Assessment)方法的框架對(duì)IHO S63標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)保護(hù)方案進(jìn)行潛在風(fēng)險(xiǎn)分析并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制方案；最后對(duì)電子海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行解析將其轉(zhuǎn)換為符合IHO S57數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)和IHO S52內(nèi)容顯示標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖數(shù)據(jù)并最終將其無(wú)損轉(zhuǎn)換為SENC,通過(guò)提取水深、障礙物等點(diǎn)、線、面海圖要素進(jìn)行航線安全檢測(cè),確保自動(dòng)生成航線的安全性。最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)可能的研究方向進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)人船艇 航線自動(dòng)生成 DBSCAN 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) Douglas-Peucker IHO S63
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U675.7
【目錄】：

• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 研究背景13-18
• 1.1.1 無(wú)人技術(shù)的快速發(fā)展13-16
• 1.1.2 國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略與DT時(shí)代16-18
• 1.2 研究意義18-20
• 1.2.1 豐富無(wú)人船艇研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.2.2 創(chuàng)新航線自動(dòng)生成方法19-20
• 1.3 研究?jī)?nèi)容20-23
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.3.2 論文組織結(jié)構(gòu)21-23
• 第2章 無(wú)人船艇及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相關(guān)理論知識(shí)23-47
• 2.1 無(wú)人船艇的發(fā)展及展望23-36
• 2.1.1 無(wú)人船艇的發(fā)展回顧23-29
• 2.1.2 無(wú)人船艇中的關(guān)鍵技術(shù)29-32
• 2.1.3 無(wú)人船艇的應(yīng)用前景32-34
• 2.1.4 無(wú)人船艇的發(fā)展趨勢(shì)34-36
• 2.1.5 小結(jié)36
• 2.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軌跡分析與處理技術(shù)36-46
• 2.2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)概述36-37
• 2.2.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軌跡分析與處理技術(shù)37-40
• 2.2.3 軌跡分析與處理技術(shù)在海事中的應(yīng)用40-43
• 2.2.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軌跡分析與處理技術(shù)展望43-45
• 2.2.5 小結(jié)45-46
• 2.3 本章小節(jié)46-47
• 第3章 基于Douglas-Peucker算法的軌跡數(shù)據(jù)壓縮與閾值確定47-75
• 3.1 軌跡數(shù)據(jù)壓縮框架設(shè)計(jì)47-56
• 3.1.1 軌跡數(shù)據(jù)壓縮概述47-48
• 3.1.2 Douglas-Peucker算法原理48-50
• 3.1.3 軌跡數(shù)據(jù)壓縮框架與流程設(shè)計(jì)50-56
• 3.2 壓縮閾值的確定56-63
• 3.2.1 軌跡數(shù)據(jù)壓縮閾值的含義56-59
• 3.2.2 船舶領(lǐng)域與壓縮閾值的關(guān)系59-61
• 3.2.3 基于軌跡數(shù)據(jù)的壓縮閾值確定61-63
• 3.3 實(shí)例驗(yàn)證與分析63-73
• 3.3.1 軌跡數(shù)據(jù)壓縮的實(shí)例驗(yàn)證63-66
• 3.3.2 軌跡數(shù)據(jù)壓縮的有效性驗(yàn)證66-70
• 3.3.3 軌跡數(shù)據(jù)壓縮的有效性分析70-73
• 3.4 本章小結(jié)73-75
• 第4章 基于層次DBSCAN算法的軌跡數(shù)據(jù)聚類及航線自動(dòng)生成75-97
• 4.1 航線自動(dòng)生成框架設(shè)計(jì)75-78
• 4.1.1 航線設(shè)計(jì)概述75-76
• 4.1.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的航線自動(dòng)生成76-77
• 4.1.3 航線自動(dòng)生成的框架設(shè)計(jì)77-78
• 4.2 基于層次DBSCAN算法的軌跡數(shù)據(jù)聚類78-88
• 4.2.1 軌跡轉(zhuǎn)向點(diǎn)辨識(shí)78-82
• 4.2.2 DBSCAN算法的原理82-85
• 4.2.3 軌跡數(shù)據(jù)聚類及航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)辨識(shí)85-88
• 4.3 航線自動(dòng)生成應(yīng)用實(shí)例88-96
• 4.3.1 航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)連通性辨識(shí)88-90
• 4.3.2 蟻群優(yōu)化算法的原理90-92
• 4.3.3 實(shí)例驗(yàn)證與分析92-96
• 4.4 本章小結(jié)96-97
• 第5章 基于IHO S63標(biāo)準(zhǔn)電子海圖數(shù)據(jù)的航線安全自動(dòng)檢測(cè)97-121
• 5.1 航線安全自動(dòng)檢測(cè)框架設(shè)計(jì)97-101
• 5.1.1 航線安全檢測(cè)概述97-98
• 5.1.2 IMO對(duì)航線安全檢測(cè)的要求98-99
• 5.1.3 航線安全自動(dòng)檢測(cè)框架設(shè)計(jì)99-101
• 5.2 基于IHO S63標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖數(shù)據(jù)解析101-114
• 5.2.1 IHO S63標(biāo)準(zhǔn)的策略結(jié)構(gòu)及參數(shù)安全性分析101-106
• 5.2.2 IHO S63標(biāo)準(zhǔn)潛在風(fēng)險(xiǎn)分析及風(fēng)險(xiǎn)控制方案106-111
• 5.2.3 IHO S63標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)方案及電子海圖數(shù)據(jù)解析111-114
• 5.3 航線安全自動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用實(shí)例114-120
• 5.3.1 偏航極限與航線領(lǐng)域114-116
• 5.3.2 航線安全自動(dòng)檢測(cè)流程116-117
• 5.3.3 實(shí)例驗(yàn)證與分析117-120
• 5.4 本章小結(jié)120-121
• 第6章 結(jié)論與展望121-125
• 6.1 研究結(jié)論121-122
• 6.2 研究展望122-125
• 參考文獻(xiàn)125-143
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文143-145
• 致謝145-147
• 作者簡(jiǎn)介147

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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2 張樹凱;劉正江;張顯庫(kù);劉玉;;無(wú)人船艇的發(fā)展及展望[J];世界海運(yùn);2015年09期

3 張金水;何立居;李啟華;李曉陽(yáng);吳國(guó)華;;蟻群算法和遺傳算法結(jié)合的航線生成[J];中國(guó)航海;2015年02期

4 湯青慧;唐旭;;限制搜索區(qū)域的航線設(shè)計(jì)兩級(jí)規(guī)劃算法[J];中國(guó)航海;2015年02期

5 董早鵬;劉濤;萬(wàn)磊;李岳明;廖煜雷;梁興威;;基于Takagi-Sugeno模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的欠驅(qū)動(dòng)無(wú)人艇直線航跡跟蹤控制[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2015年04期

6 張樹凱;劉正江;張顯庫(kù);史國(guó)友;蔡W，

本文編號(hào)：787087