基于大数据分析的AIS虚拟航标布设技术

为了进一步改善长江下游重点航段的航标布设方案和航路航法,完善通航环境,探索一种基于大数据分析辅助船舶自动识别系统(AIS)虚拟航标布设优化的方法,并以密集港区临港侧航道、深水复合航道和主航道到港口“最后一公里”航道为例进行应用分析。结果表明,基于电子航道图,针对船舶交通流的船舶轨迹回放、碰撞危险度分析、船舶轨迹线分析、航道门线分析和船舶航标间距分析等方法能够以可视化的手段有效地找到航标布设方案的薄弱位置,为AIS虚拟航标的增设优化提供有力的数据支撑。

基于AIS海上交通调查的宁波—舟山核心港区船舶定线制

为便于宁波—舟山核心港区船舶定线制的设计,在原始数据的基础上,采用基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据对辖区水域进行海上交通调查,详细分析辖区船舶航路、交叉等数据;结合船舶交通服务(Vessel Traffic Services,VTS)中心的实时数据和船舶进出宁波—舟山核心港区的传统航路,从宏观和微观角度研究该水域船舶交通特性,确定船舶定线制总体设计方案、警戒区设置及定线制水域航道宽度.该定线制实施方案表明,基于AIS海上交通调查而拟定的船舶定线制,可满足当时的设计预期,确保辖区水域船舶通航秩序,有效保障辖区水域航行安全.

基于AIS海上交通调查的船舶定线制设计

文章分析了宁波—舟山核心港区的AIS数据和VTS现场监控数据,从宏观和微观两方面得出了辖区水域的船舶航迹和交通特性,并在考虑现有推荐深水航线和习惯航路情况下,应用基于AIS海上交通调查的船舶定线制设计了辖区船舶定线制的总体方案、警戒区及相关尺度,确保船舶定线制的科学合理性。

船舶AIS交通流量的跨江桥梁建设期通航风险及对策分析

由于跨江桥梁钢箱梁吊装工艺的特殊性,施工过程中对水域通航产生碍航,为避免产生船舶碰撞事故,本文以虎门二桥所跨坭洲桥梁处为横截面的船舶AIS数据为基础,针对桥梁建设中的水上交通环境在时间上划定阶段性、在空间上划定区块性进行分析,针对性提出临时交通管制、推荐航路航道转换等面向水上交通风险的对策.研究成果为海事监管部门提供了实践性指导意见,减小了对桥梁周围水域航行船舶碍航性及降低警戒力量的投入,所提出的移动安全作业区、航路转换、合理布置警戒力量等通航安全保障措施以期为同类施工作业提供基于情景案例的实践参考.

基于起点-终点数据的成山角船舶交通流特征分析

文中提出了一种基于起点-终点(origin-destination,OD)数据的船舶AIS(automatic identification system)轨迹聚类模型.该模型通过对船舶AIS轨迹的OD数据聚类,得到起点标签和终点标签的OD类别组合,从而将行为相似的船舶轨迹划分到同一个簇中,实现船舶AIS轨迹的有效聚类,并识别噪声轨迹.在此基础上,分析了成山角定线制水域船舶航行偏好、OD位置特点和船舶的群体性活动规律等交通流特征.

广西沿海主要航路规划及通过能力研究

广西北部湾是发展海洋运输业、港口物流业的重要水域。基于2020年海上船舶自动识别系统(AIS)数据,绘制了北部湾水域习惯航路,并借助数理统计方法,对广西北部湾水域习惯航路上21个船舶交通流门线的船舶交通量与交通密度进行分析并提出航路规划建议,同时对航路通过能力进行计算并提出合理化建议。结果表明,北部湾水域船舶航路总体呈现“五干十六支”的基本格局,船舶交汇区内船舶数量大、交通流复杂,需加强重点水域和特殊水域通航风险研究和管理。广西北部湾沿海船舶航路通过能力可满足水域船舶通航现状需求及2035年港口吞吐量规划的需求。研究结果可为广西北部湾海上船舶航路规划、海域使用管理和海洋生态环境保护提供决策支持。

基于轨迹图片特征距离的船舶轨迹聚类

为了进一步优化海上交通管理,针对基于多维属性的船舶轨迹聚类算法难以设置权重参数、运行时间长的问题,提出了一种基于轨迹图片特征距离的船舶轨迹聚类算法。该算法利用船舶自动识别系统(AIS)数据,根据轨迹点的位置、航速和航向绘制轨迹图片,通过深度残差网络提取轨迹图片特征,采用主成分分析技术降低特征维度,基于欧式距离实现轨迹间的距离度量,并通过基于密度的含噪数据空间聚类算法(DBSCAN)对降维后的船舶轨迹图片特征聚类。实验结果表明,论文所提算法能够在降低运行时间的情况下,对实验水域轨迹进行有效聚类,反映的船舶交通流特征符合实际情况。

基于GIS的核密度分析方法在海上浮标平台选址中的应用研究

为有效掌握海上浮标平台在选址过程中对海上交通流的影响,优化选址方案,提出一种利用船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)核密度分析的海上浮标平台选址分析方法。通过建立海上交通流的核密度模型,形成选址水域的船舶交通流核密度估计(Kernel Density Estimation,KDE),得到交通流的特征。设置核密度值范围与相对应的颜色,完成核密度值的图像显示。对得到的各月份核密度图进行处理,用以确定浮标平台的备选范围。结合选址水域通航环境的分析,为海上浮标平台的选址提供建议。实例分析表明,基于GIS的核密度分析方法能较好地为海上浮标平台选址提供参考依据。

船舶交通流组合预测方法研究

船舶交通流预测的研究能为港口设计及船舶通航安全管理提供基础性数据。基于港口特征、船舶行为和船舶交通流的历史数据,建立了一种改进的船舶交通流变权组合预测模型,较好地解决了现有船舶交通流预测算法中存在的预测精度不高、依赖于经验的不足。以天津港主航道连续9年的历史观测数据为例进行验证,结果表明,改进的组合预测模型能够减小单一模型预测中存在的不确定性,从而提高了整个预测系统的精度及其稳定性。

海上船舶交通流行为特征提取算法

水路运输在我国商品贸易和物流中占据着重要的地位,随着经济的发展,我国内河航运和海上运输船舶的数量不断创新高,为了加强内河航运和海上航运交通管理部门对于船舶的监管水平,提升航道内船舶的交通安全,研究船舶交通流行为特征具有非常重要的意义。本文分别从海上船舶交通流行为的基本特征和提取算法等方面入手,介绍海上船舶交通流行为特征提取系统的构成,阐述交通流行为特征提取的算法原理。

能见度不良情况下受限水域船舶的领域

为研究在能见度不良情况下受限水域内的常见船型的船舶领域,对船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）数据进行分析建立船舶领域.该方法借助可视化技术和网格技术,结合研究水域能见度信息,分析南槽水道内符合要求的2 000万个左右AIS数据,还原航迹分布图约50 000张,获得在受限水域内能见度不良情况下船长80~100 m的船舶领域模型.客观精确的船舶领域模型能够提升能见度不良天气下交通流的预测精确度,同时丰富基于智能技术研究的船舶领域模型库.

多算法结合的船舶交通流框架提取

为提高船舶进出交通流密集区域的安全性、解决数据挖掘不充分的问题,基于AIS数据,将多种算法相结合,提出一种多元化的船舶交通流框架提取方法。利用Douglas-Peucker压缩算法和航迹交会算法分别提取交通流中的船舶转向点和航迹交会点。利用密度聚类算法对包括船位点在内的3种特征点进行数据挖掘,提取出更有代表性的特征点。将3种特征点进行加权融合,得到新的多元特征点,以点的大小表示其重要程度,最终生成某水域的船舶交通流框架。实验结果表明,通过以上方法能够获得老铁山水道附近水域船舶交通流框架。该框架融合了多种航迹特征点,能够显示附近水域的重要航迹分布,充分体现船舶交通流的总体态势和密集区域;该框架从统计学角度凝结了该水域船舶行驶的习惯航线,这些航线具有较好的适航度,既可用于航路规划,还能为海事部门选取推荐航道提供参考。

数据挖掘在船舶交通流特征提取中的研究

首先阐述利用数据挖掘进行数据分析的流程,并对每个步骤进行说明;然后利用数据挖掘提取和分析船舶交通量信息、AIS数据获取中的3个关键技术和交通量统计步骤;最后以青岛港为例进行指定时间段内船舶交通流特征提取,实验结果表明本文能高效、准确地挖掘出指定时间段内经过截面的船舶类型和长度分布。

枯水期长江中游船舶交通流特征分析

为研究枯水期对长江中游通航船舶的影响,基于交通波理论,考虑船舶交通流特征,构建了枯水期间处于长江中游的船舶交通流波动模型,说明了在枯水期内实施分时段放行管制措施后船舶交通流的集聚与消散过程。研究显示,因分时段放行管制措施导致的船舶流最大排队长度及其消散时间,仅与封航时间成正比。因此,相关部门需结合本航段特点制定科学、详细的通航计划,尽可能地减少分时段放行管制措施对通航安全产生的影响。

北极东北航线船舶交通流时空特征分析

基于2020年北极东北航线AIS数据,运用GIS空间分析平台,以交通流理论为基础,对东北航线船舶交通流的日、月和季节等时间特征和船舶密度、速度等空间特征进行分析。结果表明:①捕捞船占船舶总量的71.5%,是北极东北航线的主要船型。各类船型集中分布在巴伦支海和挪威海东北部的近岸海域,呈团聚状分布,整体呈现出“西多东少”的分布格局。②各类船型以中小型尺寸为主,占74.4%,船舶速度以中低速为主,高速船舶主要为油轮。③各类船型交通量的月、季节变化特征显著,货船、客船和油轮日变化不明显,捕捞船活动受昼夜更替影响较大。④各类船型航迹除分布在摩尔曼斯克港口海域外,货船和油轮航迹跨越整个北极东北航线,捕捞船航迹复杂多变,客船以摩尔曼斯克港至北极点运输路线为主。⑤影响船舶交通流时空特征的因素包含北极环境条件、北极资源分布、港口建设水平和海上交通管制等,其中,北极环境条件中的海冰密度、厚度是最重要因素。

考虑游览船运营特征的航道通过能力评价方法

为构建客货船舶协同动态运行控制技术体系,以经典航道通过能力模型为基础,构建基于游览船运营特征(发船高峰性和航线集中度)的航道通过能力模型.根据黄浦江游览核心区船舶自动识别系统(AIS)数据,对所提出的航道通过能力模型进行实证分析.研究结果表明,本文航道通过能力模型能够较为准确地评价研究区域的实际航道通过能力.游览船发船高峰时期与现有航线规划条件下,黄浦江游览核心区航道通过能力(76艘/h)趋近饱和状态;当过境船到达超过69艘/h时,建议海事相关部门采取"错峰"航行等相关政策.

长江口船舶定线制通航分道优化研究

长江口水域汇聚了进出长江和中国沿海多个南北方向航路的交通流,通航环境复杂,船舶流量大,通航船型多,通航风险高。近年来,随着长江口水域船舶流量的持续增加,该水域通航资源与通航需求之间的矛盾日益突出。为适应未来的发展需求,缓解资源短缺的局势,以长江口船舶定线制及其附近水域交通流分布现状为基础,对长江口定线制及其附近水域的船舶轨迹特征进行了分析,并提出了长江口船舶定线制通航分道的优化建议。

船舶轨迹提取模型构建与交通流分析

船舶航线提取与交通流分析是航线设计、海事管理、贸易分析等研究的基础。面向海量船舶轨迹,现有船舶航线提取方法在大范围海域的适应性、方法复杂性以及与真实船舶交通航线的符合性方面还存在不足。本研究以海量船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据为研究对象,提出一种船舶轨迹提取模型构建与交通流分析方法。首先,将船舶航行轨迹抽象为船舶停留特征点(停留点)与移动特征点(航路点)的组合,其中停留点为船舶在港口处停留轨迹段的特征点,航路点为船舶移动轨迹段中航行速度或航行角度发生明显变化的特征点,构建“出发港(停留)→移动(航路)→目的地港(停留)”船舶航行轨迹抽象模型,实现船舶航行轨迹划分;然后,以船舶航行轨迹抽象模型为基础,基于图论理论进一步聚类海量船舶航行轨迹的停留点和航路点,提取表征船舶航线的航线点(停留航线点和航路航线点);最后,建立航线点连接矩阵,以船舶交通图的形式实现船舶航线提取,为船舶航线提取、交通流分析等提供新方法。以南海丝路海域为研究区,利用2017年全年的历史AIS数据,分析研究区内典型商船(集装箱船、散货船、油轮)的交通流特征和船舶航线。结果表明,提取航线与船舶交通高密度区域高度吻合,能够反映南海丝路区域真实的船舶交通航线。进一步与现有航线数据比较可知,本文提取航线的细节更加丰富,结构更加完整。与现有船舶航线提取方法相比,本文方法具有两方面的优势。(1)本文方法提取的船舶航线具有更大的丰富度。本文方法不仅提取出船舶航线,还识别船舶航行过程中的特征点,即船舶停留特征点和航路特征点,这对于航线设计和航行安全无疑是重要的知识支撑;(2)本文方法提取的航线更易于分析海运交通网络。由于本文方法提取的航线是点对点的形式,且每条航线都是从港口出发,易于构建海运交通网络,可以实现潜在的运输网络分析。本研究可为船舶航线规划、交通流分析、航行安全等提供决策支持。

基于局部密度的成山角船舶交通流特征分析

为分析成山角定线制水域的船舶交通流特征,利用AIS岸基系统采集经过成山角分道通航制水域的船舶位置数据,通过这些位置数据点的近邻信息计算各个船舶位置点的局部密度,提取船舶在成山角分道通航制水域的航行热点区域.在此基础上,分析成山角分道通航制水域中不同吨级船舶、南下和北上船舶的航行偏好,以及船舶在不同时段航行偏好的动态变化等船舶交通流特征.对成山角船舶交通流特征分析的结果表明,局部密度反映了船舶位置数据点蕴涵的局部信息特征,可以揭示船舶位置点与其相邻位置点的相对紧密程度,可有效解决船舶交通流特征的识别问题,实现对船舶交通流在时空上动态变化的分析和比较.

基于实际交通流的航海模拟器智能目标船系统

针对航海模拟器训练场景中目标船交通组织复杂和主观等问题,设计航海模拟器智能目标船系统.首先,从自动识别系统数据中获取特征轨迹,基于DBSCAN算法进行船舶轨迹聚类分析,归一化组合距离进行相似性度量,构建目标船计划航线库;其次,构建目标船模型库与索引表,设计目标船寻优算法,为计划航线匹配最优目标船;最后,设计目标船智能控制算法,实现目标船航线跟踪和智能避碰的功能.实验场景训练结果表明,系统可还原实际交通流仿真场景和船舶间的自主避碰,减少训练场景编制工作量,提高航海模拟器训练效果.