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)點對船舶群體行為特征進行分析研究有重要的理論及應用價值。船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）作為通用船舶識別跟蹤的配套設施廣泛配備于各類船舶，其產生的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行數(shù)據(jù)挖掘，其結果單一、抽象，不直觀也不便于交互分析；而可視分析技術結合可視化和人機交互，能夠為用戶提供直觀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，利用可視分析技術對船舶行為特征進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行特征建模，同時，結合多種可視化方法，提出船舶行為可視分析的交互模型，并設計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行改進，結合內河

3、航道軌跡多樣性低的特點，對軌跡進行預分類，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，利用核密度估計方法進行特征建模并對其關鍵技術進行研究；針對船舶速度分布特點，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，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，對軌跡數(shù)據(jù)做聚集計算后

4、再進行可視化；對船舶密度分布，以特征建模得到的核密度估計矩陣為基礎，采用熱力圖方式進行可視化呈現(xiàn)；對船舶速度分布，提出對水域進行網格劃分，并以顏色編碼方式對每個網格中船舶速度進行可視化表征。
　　（3）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，首先剖析用戶需求，進行可視分析的交互任務建模，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、面向結果數(shù)據(jù)集和視圖等上層交互任務；然后以每個任