基于數(shù)據(jù)挖掘的船舶航行軌跡異常檢測(cè)方法研究.pdf

1、隨著內(nèi)河航運(yùn)的飛速發(fā)展，內(nèi)河船舶航行安全成為亟需解決的問題。全國(guó)每年各內(nèi)河水域均有船舶碰撞、擱淺等水上交通事故發(fā)生，導(dǎo)致巨額的經(jīng)濟(jì)損失和大量的人員傷亡。而船舶航行軌跡異常檢測(cè)，能有效發(fā)現(xiàn)水域中那些偏離正常航行軌跡的船舶，從而提高船舶航行安全性，減少事故發(fā)生。本文針對(duì)內(nèi)河航道特點(diǎn)，依據(jù)歷史AIS數(shù)據(jù)建立船舶航行正常軌跡模型，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶異常軌跡的檢測(cè)。具體研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新如下：
　　1）研究了多特征距離的軌跡相似性度量方

2、法，建立了船舶正常軌跡
　　從船舶子軌跡的位置、航向、航速三個(gè)方面考慮計(jì)算各自距離，并進(jìn)行加權(quán)求和，形成船舶軌跡多特征距離，以便更準(zhǔn)確衡量船舶子軌跡間的相似性。并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了多特征快速聚類算法對(duì)子軌跡聚類，得到船舶正常軌跡數(shù)據(jù)。
　　2）提出了基于多特征聚類的船舶軌跡異常檢測(cè)方法
　　通過船舶正常軌跡數(shù)據(jù)，構(gòu)建船舶正常軌跡采樣點(diǎn)模型。在船舶軌跡異常檢測(cè)時(shí)，從兩個(gè)方面考慮內(nèi)河航道特征：（1）考慮內(nèi)河航道的寬度，構(gòu)建

3、了位置異常檢測(cè)模型，通過求取采樣點(diǎn)的中位數(shù)，減少了航道寬度對(duì)異常檢測(cè)的影響。（2）針對(duì)內(nèi)河航道特點(diǎn)，綜合考慮航向與航速，構(gòu)建了航向與航速異常檢測(cè)模型，從而能更好的符合航道上水道（航向角大）航速慢，下水道（航向角?。┖剿倏斓奶卣?。最后，利用青山夾水道AIS數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此異常檢測(cè)方法的可行性及有效性。
　　3）研究單網(wǎng)格內(nèi)GMM（高斯混合模型）的K值及去噪方法，設(shè)計(jì)了IMCFSFDP算法
　　在CFSFDP算法[37]的基礎(chǔ)

4、上，提出其改進(jìn)算法IMCFSFDP：（1）針對(duì)CFSFDP算法聚類中心選取依賴于決策圖的不足，設(shè)計(jì)了附加函數(shù)?來自動(dòng)確定聚類中心，從而有效獲取了GMM模型的K值；（2）針對(duì)網(wǎng)格內(nèi)船舶軌跡點(diǎn)數(shù)據(jù)的特征，本文采用已有改進(jìn)的局部密度計(jì)算公式，減少了局部密度沖突（局部密度相同）的概率；采用已有改進(jìn)的最小高密度距離計(jì)算公式，避免了類簇中出現(xiàn)多個(gè)聚類中心；設(shè)計(jì)了附加函數(shù)?，解決了CFSFDP算法由于類簇間差異太大（航向相反）而無法有效去噪的問題。<