內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)分析與可視化研究.pdf

1、我國(guó)境內(nèi)擁有豐富的內(nèi)河運(yùn)輸資源，水運(yùn)面積遼闊，但大多數(shù)重要通航水域環(huán)境復(fù)雜，船舶流密集，復(fù)雜的內(nèi)河水域通航環(huán)境客觀上加大了內(nèi)河船舶航行的安全風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，內(nèi)河航道上橋梁建設(shè)步伐的日益加快和船舶大型化趨勢(shì)愈加明顯，復(fù)雜水域通航事故越發(fā)增多，如東方之星、皖神舟67等，安全隱患逐漸顯現(xiàn)，內(nèi)河航運(yùn)交通事故的預(yù)控管理對(duì)內(nèi)河船舶航行重要性日益凸顯?？梢暬且环N通過(guò)交互式可視界面幫助人們探索、理解和分析數(shù)據(jù)，以直觀形象的方式呈現(xiàn)復(fù)雜或抽象的信息并使其

2、快速容易地被人理解的手段,可視化技術(shù)日益成熟。因此，構(gòu)建船舶航行安全態(tài)勢(shì)評(píng)估與預(yù)測(cè)機(jī)制，對(duì)其可視化后進(jìn)行分析，是十分迫切且亟需，它將有助于降低航運(yùn)事故發(fā)生率，減少所造成的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)提高水上交通安全管理水平具有重要理論價(jià)值與實(shí)際應(yīng)用意義。
　　本文以內(nèi)河（長(zhǎng)江）船舶航行安全態(tài)勢(shì)為研究對(duì)象，在所采集的船舶航行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行清洗與處理，提出基于平行坐標(biāo)、專家分析法和譜聚類算法的安全態(tài)勢(shì)要素提取方法，針對(duì)安全態(tài)勢(shì)的評(píng)估與預(yù)測(cè)，分

3、別提出基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行的安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法和基于DAE深度學(xué)習(xí)的內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)方法，探索了基于平行坐標(biāo)可視化交互模型，以及基于地圖的安全態(tài)勢(shì)可視化呈現(xiàn)。論文主要研究工作如下：
　　1)內(nèi)河船舶航行數(shù)據(jù)的采集及安全態(tài)勢(shì)要素提取研究
　　以內(nèi)河水域船舶航行的AIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)、航道信息、氣象信息等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從內(nèi)河船舶航行的實(shí)際情況出發(fā)，總結(jié)出相關(guān)影響因素，形成安全態(tài)勢(shì)因素集。在內(nèi)河水域船舶航行的相關(guān)信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)

4、上，利用平行坐標(biāo)對(duì)因素集數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，交互式操作后提取出相關(guān)度較大的因素，以生成安全態(tài)勢(shì)要素初始集。結(jié)合專家評(píng)分法，使用譜聚類算法對(duì)要素之間的相關(guān)性作進(jìn)一步分析，將數(shù)據(jù)聚類劃分，形成內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)要素集。
　　2)內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法研究
　　采用熵值法，確定內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)各要素之間的權(quán)重。根據(jù)內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)的綜合性的特點(diǎn)，提出基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法；在內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)

5、要素集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)例驗(yàn)證基于集對(duì)分析的內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方法的可行性；
　　3)內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)方法研究
　　針對(duì)內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)問(wèn)題，提出了一種基于降噪自編碼（DAE）深度學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)方法。構(gòu)建內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)特征向量并確定預(yù)測(cè)狀態(tài)，利用降噪自編碼網(wǎng)絡(luò)對(duì)特征向量進(jìn)行重構(gòu)以形成新特征向量，利用Softmax回歸分類器對(duì)添加標(biāo)簽的新特征向量進(jìn)行學(xué)習(xí)確定預(yù)測(cè)狀態(tài)。在內(nèi)河船舶航行安全態(tài)勢(shì)要素集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)