一种套牌船自动识别技术

1.本发明涉及一种套牌船识别领域，尤其涉及一种套牌船自动识别技术。


背景技术：

2.受“一码多船”、“一船多码”和船舶故意关闭ais的影响，基于ais的船舶轨迹会呈现轨迹缺失、轨迹跳跃等现象，船舶轨迹缺失可能是由于基站存在盲区，或船舶故意关机。船舶轨迹跳跃可能是由于船舶套用其他船舶海上移动业务识别码，造成一码多船。船舶轨迹缺失或跳跃，可能给船舶航行行为模式的识别带来严重影响。
3.如果轨迹点更新周期不受岸上ais基站工作性能和船舶交通密度影响，仅与船舶速度相关，那么轨迹点更新较频繁。此时，相邻轨迹点间距离和平均航行速度在同类和异类船舶轨迹中有较好的区分度，同类船舶轨迹点间平均航行速度低于设定速度阈值，而异类船舶轨迹点间平均航行速度高于设定速度阈值。
4.相反，如果轨迹点更新周期受到岸上ais基站工作性能和船舶交通密度影响，轨迹点更新周期会变长，导致船舶轨迹点会出现大量缺失。对于缺失后的同类和异类船舶轨迹点，仅依靠相邻轨迹点间距离和平均航行速度无法正确标注轨迹点。船舶轨迹缺失后，且正常船舶轨迹与套牌船轨迹重叠时，标注模型无法对正常船舶轨迹点与套牌船轨迹点进行正确区分。由于轨迹大量缺失，导致相邻轨迹点间平均航行速度已不能作为区分套牌船轨迹点和正常船轨迹点的唯一依据。
5.例如，一种在中国专利文献上公开的“船舶轨迹数据中离群点的检测方法和装置”，其公告号cn111475544a，此方法根据相邻两个航迹点的速度差值和航向差值确定第三航迹点对，基于第三航迹点对对整条航迹进行分段，基于每段航迹的速度阈值和加速度阈值来判断该段的异常航迹点，将异常航迹点数据作为船舶轨迹数据中离群点的检测结果。该方法避免了在船舶实际运动状态发生突变时，基于恒定阈值法检测离群点容易将检测到的实时正常值判定为异常值的情况发生。此方法中对于离群点进行整条轨迹分段划分，而当轨迹点大量缺失时便很难通过分段找出规律，比较依赖轨迹点的连贯性，因此存在一定缺陷。


技术实现要素：

6.本发明主要解决现有技术中无法解决识别船舶运行轨迹存在的调点以及其他轨迹异常情况的问题；提供一种套牌船自动识别技术，设计局部阈值窗和均值滤波窗，计算局部速度(加速度)阈值和全局速度(加速度)阈值，发现三类异常轨迹点，包括孤立异常点、连续异常点和明显判识异常点，分别对应套牌船轨迹点、噪声点和混淆点；通过统计船舶轨迹点的速度分布，计算轨迹点间船首偏转速率，根据轨迹点速度分布概率设定轨迹点速度阈值，根据船舶旋回特性设定船首偏转速率的阈值，筛选出异常轨迹点。
7.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
8.本发明包括:s1：统计船舶轨迹点数据，将船舶轨迹点初步分类为：正常船舶轨迹
点ⅰ、套牌船轨迹点ⅱ、噪声点ⅲ和混淆点ⅳ；s2：设置不同类别的判别条件，根据分级判别公式对船舶轨迹点的初步分类结果进行判别，得到船舶轨迹点的进一步分类结果，所述分级判别公式包括：一级判别公式、二级判别公式和三级判别公式；s3：无法确定类别的轨迹点根据最终判别公式完成判别，生成最终的船舶轨迹点分类结果。
9.作为优选，若初步分类结果中所有船舶轨迹点均未分类或所有船舶轨迹点同属于一类，按照一级判别公式对船舶轨迹点进行判别，所述一级判别公式如下：
[0010][0011]
式中，v
th
(min)为相邻轨迹点间平均航行速度最小阈值，即同属一艘船舶的相邻轨迹点间正常航行速度；v
th
(max)为相邻轨迹点间平均航行速度最大阈值，其中v
th
(max)》》v
th
(min)。
[0012]
作为优选，若船舶轨迹点被分为两类或大于两类，且包括正常船舶轨迹点和套牌船轨迹点，参照设定的速度阈值，按照二级判别公式对轨迹点进行判别：
[0013][0014]
式中，v1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间平均航行速度，v2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间平均航行速度。
[0015]
作为优选，若船舶轨迹点被分为两类或大于两类，包括正常船舶轨迹点和套牌船轨迹点，且仅通过设定的速度阈值无法判别，则通过三级判别公式判别类别：
[0016][0017]
式中，d1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间航行里程，d2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间航行里程，d
th
为同属一艘船舶的相邻轨迹点间距离阈值。
[0018]
作为优选，所述的最终判别公式如下：
[0019][0020]
式中，δt1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间时间差，δt2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间时间差，δt
th
为相邻轨迹点间更新时间间隔阈值。
[0021]
作为优选，判断船舶轨迹点是否已有分类标记，若无分类标记，则按照轨迹点的更新时间，标记最早时刻的船舶轨迹点flag(lon(t).lat(t))＝i；s1.2：计算最新时刻i类船舶轨迹点与最新时刻未标记轨迹点间平均航行速度v。
[0022]
作为优选，若v小于速度阈值v
th
(min)，则将该最新时刻未标记轨迹点标记为i类船舶轨迹点，若v大于最大速度阈值v
th
(max)，则将该最新时刻未标记轨迹点标记为ⅱ类船舶轨迹点；若v
th
(min)《v《v
th
(max)，则将该最新时刻未标记轨迹点标记为ⅳ类船舶轨迹点。
[0023]
本发明的有益效果是：
[0024]
1.本发明的一种套牌船自动识别技术可以有效防止轨迹大量缺失影响轨迹点区分的判断，通过对轨迹点的速度、历程和更新时间的综合判断，对轨迹点进行先分类后判断的完整判别流程，从而得出准确的船舶轨迹点分类。
[0025]
2.本发明的一种套牌船自动识别技术对不同的船舶轨迹点包括异常轨迹点均进行了详细的分类，便于后续统计和针对性标记。
附图说明
[0026]
图1是本发明一种套牌船自动识别技术的船舶轨迹点标记流程图。
具体实施方式
[0027]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0028]
实施例：
[0029]
本实施例的一种套牌船自动识别技术，如图1所示，针对船舶轨迹缺失及轨迹跳跃，将船舶轨迹点分为四类：正常船舶轨迹点ⅰ、套牌船轨迹点ⅱ、噪声点ⅲ和混淆点ⅳ。其中，具体分类如下：
[0030]
如果所有轨迹点均没有进行分类或所有轨迹点同属于一类，按照式(1)对轨迹点进行判别：
[0031][0032]
式中，v
th(min)
为相邻轨迹点间平均航行速度最小阈值，即同属一艘船舶的相邻轨迹点间正常航行速度；v
th(max)
为相邻轨迹点间平均航行速度最大阈值，该值远大于同一艘
船舶的相邻轨迹点间正常航行速度。
[0033]
如果部分轨迹点已被分为至少两类，且包括正常船舶轨迹点和套牌船轨迹点，参照设定的速度阈值，按照式(2)对轨迹点进行判别：
[0034][0035]
式中，v1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间平均航行速度，v2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间平均航行速度。
[0036]
如果仅仅参照设定的速度阈值，无法准确区分轨迹点，结合轨迹点间距离阈值，按照式(3)对轨迹点进行判别：
[0037][0038]
式中，d1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间航行里程，d2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间航行里程，d
th
为同属一艘船舶的相邻轨迹点间距离阈值。
[0039]
如果参照设定的速度阈值和轨迹点间距离阈值，仍然无法准确区分轨迹点，结合轨迹点更新时间阈值，按照式(4)对轨迹点进行判别，具体标注流程详见图1：
[0040][0041]
式中，δt1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间时间差，δt2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间时间差，δt
th
为相邻轨迹点间更新时间间隔阈值。
[0042]
为了准确筛查异常船舶轨迹点，除了轨迹点间平均航行速度以外，轨迹点间的距离和轨迹点更新周期是另外两个重要参数。通常而言，正常船舶轨迹中，相邻轨迹点间的平均航行速度与船舶操纵性能相符，以货船为例，其海上航行速度不会超过30节。因此，对于平均航行速度超出阈值的相邻轨迹点，肯定不属于同一类船舶。据此，可以有效识别异类船舶轨迹点。
[0043]
而对于大量轨迹缺失的船舶，轨迹点间的距离和轨迹点更新周期能够对轨迹点进行较好地分类。轨迹点间距离，能够对同类轨迹点与异类轨迹点进行较好地区分，即使船舶轨迹由于ais关闭而大量缺失，ais开启后的船舶轨迹点依然会与同类轨迹点保持较小距
离，而与套牌船轨迹点保持较大距离。轨迹点更新时间间隔，与船舶的航行状态、船载ais设备的类型密切相关，尤其是不同速度的船舶更新时间间隔差异较大，反映了船舶轨迹的连续性。对于正常船舶轨迹点与套牌船轨迹点距离较近时，使用轨迹点间平均航行速度与轨迹点间距离无法区分时，轨迹点更新时间间隔能够识别套牌船轨迹点。
[0044]
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种套牌船自动识别技术，其特征在于，包括以下步骤：s1：统计船舶轨迹点数据，将船舶轨迹点初步分类：正常船舶轨迹点ⅰ、套牌船轨迹点ⅱ、噪声点ⅲ和混淆点ⅳ，得到初步分类结果；s2：设置不同类别的判别条件，根据分级判别公式对船舶轨迹点的初步分类结果进行判别，得到船舶轨迹点的进一步分类结果，所述分级判别公式包括：一级判别公式、二级判别公式和三级判别公式；s3：无法确定类别的轨迹点根据最终判别公式完成判别，生成最终的船舶轨迹点分类结果。2.根据权利要求1所述的一种套牌船自动识别技术，其特征在于，s2.1：若初步分类结果中所有船舶轨迹点均未分类或所有船舶轨迹点同属于一类，按照一级判别公式对船舶轨迹点进行判别，所述一级判别公式如下：式中，v
th(m
in)为相邻轨迹点间平均航行速度最小阈值，即同属一艘船舶的相邻轨迹点间正常航行速度；v
th(max)
为相邻轨迹点间平均航行速度最大阈值，其中v
th(max)
>>v
th(m
in)。3.根据权利要求2所述的一种套牌船自动识别技术，其特征在于，s2.2：若船舶轨迹点被分为两类或大于两类，且包括正常船舶轨迹点和套牌船轨迹点，参照设定的速度阈值，按照二级判别公式对轨迹点进行判别：式中，v1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间平均航行速度，v2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间平均航行速度。4.根据权利要求3所述的一种套牌船自动识别技术，其特征在于，s2.3：若船舶轨迹点被分为两类或大于两类，包括正常船舶轨迹点和套牌船轨迹点，且仅通过设定的速度阈值无法判别，则通过三级判别公式判别类别：式中，d1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间航行里程，d2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间航行里程，d
th
为同属一艘船舶的相邻轨迹点间距离阈值。5.根据权利要求1或4所述的一种套牌船自动识别技术，其特征在于，s3：所述最终判别公式如下：
式中，δt1为当前轨迹点与ⅰ类轨迹点中最新时刻轨迹点间时间差，δt2为当前轨迹点与ⅱ类轨迹点中最新时刻轨迹点间时间差，δt
th
为相邻轨迹点间更新时间间隔阈值。6.根据权利要求1所述的一种套牌船自动识别技术，其特征在于，s1.1：判断船舶轨迹点是否已有分类标记，若无分类标记，则按照轨迹点的更新时间，标记最早时刻的船舶轨迹点flag(lon(t).lat(t))＝i；s1.2：计算最新时刻i类船舶轨迹点与最新时刻未标记轨迹点间平均航行速度v。7.根据权利要求6所述的一种套牌船自动识别技术，其特征在于，s1.3：若v小于速度阈值v
th
(min)，则将该最新时刻未标记轨迹点标记为i类船舶轨迹点，若v大于最大速度阈值v
th
(max)，则将该最新时刻未标记轨迹点标记为ⅱ类船舶轨迹点；若v
th
(min)<v<v
th
(max)，则将该最新时刻未标记轨迹点标记为ⅳ类船舶轨迹点。

技术总结
本发明公开了一种套牌船自动识别技术。为了克服现有技术中无法解决识别船舶运行轨迹存在的调点以及其他轨迹异常情况的问题，本发明设计局部阈值窗和均值滤波窗，计算局部速度阈值和全局速度阈值，发现三类异常轨迹点，包括孤立异常点、连续异常点和明显判识异常点，分别对应套牌船轨迹点、噪声点和混淆点；通过统计船舶轨迹点的速度分布，计算轨迹点间船首偏转速率，根据轨迹点速度分布概率设定轨迹点速度阈值，根据船舶旋回特性设定船首偏转速率的阈值，筛选出异常轨迹点。筛选出异常轨迹点。筛选出异常轨迹点。


技术研发人员：郑海林 胡勤友 杨春 陈璞
受保护的技术使用者：浙江海洋大学
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/7/21