基于AIS數(shù)據(jù)的船舶行為可視分析研究.pdf

1、隨著水路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，水上安全問題日益突出，以船舶安全航行為出發(fā)點(diǎn)對船舶群體行為特征進(jìn)行分析研究有重要的理論及應(yīng)用價(jià)值。船舶自動(dòng)識別系統(tǒng)（AIS）作為通用船舶識別跟蹤的配套設(shè)施廣泛配備于各類船舶，其產(chǎn)生的AIS數(shù)據(jù)對船舶行為研究有重要作用?，F(xiàn)有對船舶行為研究主要針對其某一特定方面進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，其結(jié)果單一、抽象，不直觀也不便于交互分析；而可視分析技術(shù)結(jié)合可視化和人機(jī)交互，能夠?yàn)橛脩籼峁┲庇^的信息視圖和可交互的分析方式。因此，以AIS數(shù)據(jù)

2、為基礎(chǔ)，利用可視分析技術(shù)對船舶行為特征進(jìn)行研究將為探索船舶安全航行方式提供新的解決方案。
　　本文基于AIS數(shù)據(jù)，從船舶軌跡分布、船舶密度分布及船舶速度分布三方面對船舶行為進(jìn)行特征建模，同時(shí)，結(jié)合多種可視化方法，提出船舶行為可視分析的交互模型，并設(shè)計(jì)了船舶行為可視分析原型系統(tǒng)。主要研究工作如下：
　?。?）面向可視分析的船舶行為特征建模方法研究
　　針對船舶軌跡分布特征，對基于樹形聚類簇的軌跡聚類算法進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合內(nèi)河

3、航道軌跡多樣性低的特點(diǎn)，對軌跡進(jìn)行預(yù)分類，從而減少了軌跡聚類過程中無效匹配的次數(shù)，提升了算法性能；針對船舶密度分布特點(diǎn)，利用核密度估計(jì)方法進(jìn)行特征建模并對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究；針對船舶速度分布特點(diǎn)，建立了面向可視分析的船舶速度空間分布特征和概率分布特征模型。
　　（2）船舶行為特征可視化方法研究
　　以所建船舶行為特征模型為基礎(chǔ)，研究了船舶行為特征可視化方法：針對船舶軌跡分布特征，提出利用聚集可視化技術(shù)，對軌跡數(shù)據(jù)做聚集計(jì)算后

4、再進(jìn)行可視化；對船舶密度分布，以特征建模得到的核密度估計(jì)矩陣為基礎(chǔ)，采用熱力圖方式進(jìn)行可視化呈現(xiàn)；對船舶速度分布，提出對水域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并以顏色編碼方式對每個(gè)網(wǎng)格中船舶速度進(jìn)行可視化表征。
　?。?）船舶行為可視分析交互模型研究
　　以船舶行為的特征建模和可視化方法為基礎(chǔ)，首先剖析用戶需求，進(jìn)行可視分析的交互任務(wù)建模，包括：用戶修改軌跡分布和密度分布算法的參數(shù)等底層交互任務(wù)、面向結(jié)果數(shù)據(jù)集和視圖等上層交互任務(wù)；然后以每個(gè)任