海上风电场选址通航安全分析方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术涉及一种海上风电场选址通航安全分析方法、系统及存储介质，方法包括以下步骤：提取数据，从数据提取轨迹；对轨迹的数据进行清洗；提取各轨迹的特征点；根据特征点得到轨迹密度图；对轨迹的特征点进行聚类，得到特征点的聚类收敛结果；根据聚类收敛结果和轨迹线进行轨迹流计算，生成轨迹流网络；根据轨迹密度图和轨迹流网络，提取与海上风电场址相关的航路，并根据航路设置门线，获取门线通行船舶的指标，根据指标，提取航路中线及边界，判断航路与场址的安全距离。该方法通过对轨迹进行聚类客观地表达了航路之间的关系，利用轨迹类簇之间的流向图，在保留大流量的航路的同时，在同一图面上体现流量较小的重要航路，提升航路判断的准确性。判断的准确性。判断的准确性。

【技术实现步骤摘要】
海上风电场选址通航安全分析方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种海上风电场选址通航安全分析方法、系统及存储介质，属于海上风电选址


技术介绍

[0002]通航安全分析主要指工程规划海域通航现状分析及工程对通航安全影响评估。现有技术采用如下的方法进行通航安全分析。
[0003]1、利用地理信息系统软件读取AIS文本数据，根据船舶标识码生成轨迹线。
[0004]2、使用轨迹线计算所在海域船舶轨迹密度，得到轨迹密度图。
[0005]3、通过轨迹密度及相关海事资料判断相关海域存在的习惯航路。
[0006]4、根据习惯航路，设置航路门线(横截面)，统计穿过门线的船舶数量及船舶类型、吨位、速度等特征。
[0007]5、对门线统计数据相关指标进行计算，获取航路中线及航路边界，分析航路边界与待评估的海上风电场址的安全距离。
[0008]现有技术使用AIS轨迹数据计算轨迹密度图，并以此作为习惯航路的判断依据之一，进行航路门线特征统计。该方法在得出轨迹密度图后，主要依赖人工判断习惯航路的存在，判断结果的准确性很大程度上取决于轨迹数据特征因子的显著程度。在主航路极高的船舶密度影响下，一些船舶密度较小的重要分支航路容易被遗漏，而这些航路对场址安全距离的判定上存在关键性作用，影响通航安全评估准确性和完整性。
[0009]参考文献Andrienko G,Andrienko N.Visual analytics for geographic analysis,exemplified for different types of movement data[C]//Proceedings of Information Fusion and Geographic Information System(IF&GIS).Heidelberg:Springer,2009:3
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17介绍了根据连接序列生成轨迹流网络，利用合并次数设置连接序列的粗细的方法。

技术实现思路

[0010]为了克服上述问题，本专利技术提供一种海上风电场选址通航安全分析方法、系统及存储介质，该方法通过对轨迹进行聚类客观地表达了航路之间的关系，且利用轨迹类簇之间的流向图，能够在保留大流量的航路的同时，在同一图面上体现流量较小的重要航路，提升航路判断的准确性。
[0011]本专利技术的技术方案如下：
[0012]第一方面
[0013]一种海上风电场选址通航安全分析方法，包括以下步骤：
[0014]提取数据，从数据提取轨迹；具体为获取AIS文本数据，根据每条AIS文本数据提供的船舶标识码及航行时段，提取每条船各航次的轨迹；
[0015]对所述轨迹的数据进行清洗，剔除设备故障导致的错误数据；
[0016]提取各所述轨迹的特征点；所述特征点包括起点、终点、拐角点和停驻点；
[0017]根据所述特征点采用线密度计算方法得到轨迹密度图；
[0018]对所述轨迹的特征点进行聚类，得到所述特征点的聚类收敛结果；
[0019]根据所述聚类收敛结果和轨迹线进行轨迹流计算，生成轨迹流网络；
[0020]根据轨迹密度图和轨迹流网络，提取与海上风电场址相关的航路，并根据所述航路设置门线，获取门线中通行船舶的各项指标，根据所述指标，提取航路中线及边界，判断航路与场址的安全距离。
[0021]进一步的，对所述轨迹的数据进行清洗，剔除设备故障导致的错误数据，具体为：
[0022]提取单次轨迹中船舶航行节点，统计各节点与其前、后节点之间的距离和时间间隔；
[0023]设置时间间隔阈值T1，判断各节点的前、后节点的时间间隔，若时间间隔大于阈值T1，则将该节点视为粗差节点；
[0024]设置航速阈值T2，根据各节点与前、后之间的距离和时间间隔计算平均航速，若平均航速/记录航速>T2，则将该节点视为粗差节点；
[0025]去除单次轨迹中的粗差节点，将单次轨迹切分为多条独立轨迹。
[0026]特别的，所述时间间隔阈值T1为12分钟。
[0027]特别的，所述航速阈值T2为120％。
[0028]进一步的，提取各所述轨迹的特征点，包括以下步骤：
[0029]设置最大距离阈值MaxDist，若一条轨迹中相邻两节点的距离大于所述最大距离阈值MaxDist，则以两点为界，将该轨迹切分为两条轨迹；
[0030]将所有轨迹的第一个节点作为起点，最后一个节点作为终点；
[0031]拐角点确认，具体为设置最小角度阈值MinAngle，若连续三节点形成的夹角大于所述最小角度阈值MinAngle，则将三节点中第二个节点作为拐角点；
[0032]停驻点确认，具体为设置最小时间阈值MinTime，若船舶在同一位置停留时间大于所述最小时间阈值MinTime，则合并停驻时间前、后两节点，并取前、后两节点的中值为停驻点。
[0033]进一步的，还包括设置最小距离阈值MinDist，若任意相邻两节点的距离小于所述最小距离阈值MinDist，则两节点不参与所述拐角点确认。
[0034]进一步的，对所述轨迹的特征点进行聚类，得到所述特征点的聚类收敛结果，具体为：
[0035]划分轨迹的范围，将所述范围划分成若干预设大小的单元格；
[0036]遍历所有特征点，并执行以下步骤：
[0037]S1、寻找特征点p的邻域类簇；邻域类簇为所述特征点p所在单元格及周边八个单元格内的所有类簇；
[0038]S2、若所述特征点p不存在领域类簇，则新建类簇，并以所述特征点p为中心点，并执行步骤S1，若所述特征点p存在领域类簇，则执行步骤S3；
[0039]S3、计算所述特征点p与各领域类簇中心点的距离，获取与所述特征点p距离最近的中心点c，将所述特征点p加入所述中心点c所在类簇G，并重新计算类簇G的中心点；
[0040]S4、判断是否遍历所有特征点，若是，则执行步骤S5，否则执行步骤S1；
[0041]S5、判断是否为第一次聚类，若是，则清除各类簇的成员点，仅保留类簇中心点，并执行步骤S1，否则结束聚类，输出特征点的聚类收敛结果。
[0042]进一步的，根据所述聚类收敛结果和轨迹线进行轨迹流计算，生成轨迹流网络，具体为：
[0043]根据以下步骤遍历所有类簇：
[0044]T1、结合轨迹线，统计类簇A中成员点作为起点，轨迹线指向的其他类簇；
[0045]T2、将类簇A作为起点类簇，轨迹指向的类簇作为终点类簇，生成起点类簇到终点类簇的连接序列；
[0046]T3、统计类簇A中所有成员点指向的所有终点类簇形成的所有连接序列；
[0047]T4、判断是否遍历所有类簇，若是，则结束遍历，否则执行步骤T1；
[0048]将起点类簇和终点类簇都相同的连接序列合并，并统计合并次数；
[0049]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电场选址通航安全分析方法，其特征在于，包括以下步骤：提取数据，从数据提取轨迹；具体为获取AIS文本数据，根据每条AIS文本数据提供的船舶标识码及航行时段，提取每条船各航次的轨迹；对所述轨迹的数据进行清洗，剔除设备故障导致的错误数据；提取各所述轨迹的特征点；所述特征点包括起点、终点、拐角点和停驻点；根据所述特征点采用线密度计算方法得到轨迹密度图；对所述轨迹的特征点进行聚类，得到所述特征点的聚类收敛结果；根据所述聚类收敛结果和轨迹线进行轨迹流计算，生成轨迹流网络；根据轨迹密度图和轨迹流网络，提取与海上风电场址相关的航路，并根据所述航路设置门线，获取门线中通行船舶的各项指标，根据所述指标，提取航路中线及边界，判断航路与场址的安全距离。2.根据权利要求1所述海上风电场选址通航安全分析方法，其特征在于，对所述轨迹的数据进行清洗，剔除设备故障导致的错误数据，具体为：提取单次轨迹中船舶航行节点，统计各节点与其前、后节点之间的距离和时间间隔；设置时间间隔阈值T1，判断各节点的前、后节点的时间间隔，若时间间隔大于阈值T1，则将该节点视为粗差节点；设置航速阈值T2，根据各节点与前、后之间的距离和时间间隔计算平均航速，若平均航速/记录航速>T2，则将该节点视为粗差节点；去除单次轨迹中的粗差节点，将单次轨迹切分为多条独立轨迹。3.根据权利要求2所述海上风电场选址通航安全分析方法，其特征在于，所述时间间隔阈值T1为12分钟。4.根据权利要求2所述海上风电场选址通航安全分析方法，其特征在于，所述航速阈值T2为120％。5.根据权利要求1所述海上风电场选址通航安全分析方法，其特征在于，提取各所述轨迹的特征点，包括以下步骤：设置最大距离阈值MaxDist，若一条轨迹中相邻两节点的距离大于所述最大距离阈值MaxDist，则以两点为界，将该轨迹切分为两条轨迹；将所有轨迹的第一个节点作为起点，最后一个节点作为终点；拐角点确认，具体为设置最小角度阈值MinAngle，若连续三节点形成的夹角大于所述最小角度阈值MinAngle，则将三节点中第二个节点作为拐角点；停驻点确认，具体为设置最小时间阈值MinTime，若船舶在同一位置停留时间大于所述最小时间阈值MinTime，则合并停驻时间前、后两节点，并取前、后两节点的中值为停驻点。6.根据权利要求5所述海上风电场选址通航安全分析方法，其特征在于，还包括设置最小距离阈值MinDist，若任意相邻两节点的距离小于所述最小距离阈值MinDist，则两节点不参与所述拐角点确认。7.根据权利要求1所述海上风电场选址通航安全分析方法，其特征在于，对所述轨迹的特征点进行聚类，得到所述特征点的聚类收敛结果，具体为：划分轨迹的范围，将所述范围划分成若干预设大小的单元格；遍历所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆权，凃道勇，方孝伍，强薇，范建勇，吴亦昊，李斌，赖建雯，李亚男，
申请(专利权)人：中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：