【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子信息和自动化，特别是涉及一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统及方法。
技术介绍
1、船舶航迹是海上交通活动特征的直接体现，对于船舶行为辨识、交通组织以及导助航服务至关重要，ais技术通过基站接收船舶发出的数据和信息，为航迹提取提供了基础，然而，这种方法依赖于船舶上的ais设备正常工作，而现实中存在ais数据传输不稳定、部分船舶未装备ais或人为关闭设备等问题；
2、雷达站在识别船舶和获取航迹方面相对成熟，但受限于海上设置场地和供电条件，其应用范围有限，雷达应答器通过接收船舶询问信号来获取船舶信息，传统的雷达应答器仅发送莫尔斯编码作为回应，随着雷达数字射频技术和微波技术的发展，全数字雷达应答器的出现为获取船舶运动轨迹提供了新的可能；
3、当前我国拥有庞大的海区航标网络，为ais航标和雷达应答器的布设提供了坚实的基础条件，通过结合ais和雷达应答器技术，可以弥补各自在船舶航迹获取方面的不足，提高航迹数据的完整性和准确性；基于此，本专利技术提出了一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统及方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统及方法，将ais数据和雷达应答器数据进行有效融合，在数据源层面实现了优势互补，提高了船舶航迹信息的完整性和准确性。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，包括ais模块、雷达应答器模块和航迹
4、所述ais模块包括ais接收单元、数据解码与预处理单元和数据存储单元，所述ais接收单元负责接收船舶通过ais系统广播的信号，这些信号包含船舶的静态信息(如船舶名称、mmsi码、船舶类型等)和动态信息(如位置、航速、航向等)；所述数据解码与预处理单元对接收到的ais原始数据进行解码，将其转换为标准的数据格式，并进行必要的数据清洗和预处理，以消除错误或冗余信息；所述数据存储单元将解码和预处理后的ais数据存储在数据库中，供后续的航迹挖掘模块使用。
5、所述雷达应答器模块包括雷达应答器接收器、信号处理与解析单元、数据同步与融合单元，所述雷达应答器接收器接收来自船舶雷达应答器的信号，雷达应答器是一种被动设备，当被船舶雷达触发时，会发送包含其位置信息的回应信号；所述信号处理与解析单元对接收到的雷达应答器信号进行处理和解析，提取出船舶的位置、身份等信息；所述数据同步与融合单元将解析后的雷达应答器数据与ais数据进行时间同步和数据融合，以获取更全面、准确的船舶动态信息。
6、所述航迹挖掘模块包括航迹生成单元、航迹分析单元、可视化与交互单元和决策支持单元，所述航迹生成单元利用同步和融合后的ais和雷达应答器数据，生成船舶的航迹信息，这包括航迹点序列的生成、航迹属性的计算(如航速、航向等)；所述航迹分析单元对生成的航迹进行深入的分析，包括航迹模式识别、异常航迹检测、行为预测等，这通常需要使用到各种机器学习和数据挖掘算法；所述可视化与交互单元将航迹数据和分析结果以图形化或地图化的方式展示给用户，并提供丰富的交互功能，如航迹回放、风险热力图显示等；所述决策支持单元基于航迹挖掘的结果，提供海上交通管理、安全监控等方面的决策支持。例如，可以生成航道优化建议、航行风险预警等。
7、一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统及方法，包括以下步骤：
8、s1、数据收集：利用ais基站网络接收船舶发出的ais信号，这些信号包含了船舶的识别信息(如mmsi码)、位置(经纬度)、航速、航向、时间戳等关键数据，同时，通过布设在关键海域的雷达应答器接收船舶的询问信号，并获取船舶的相关信息，这些信息可能包括船舶的识别码、位置、时间戳等，雷达应答器接收的船舶信息在航标上进行处理；
9、s2、数据预处理：对ais数据进行清洗，去除由于信号干扰、设备故障或传输错误导致的异常、重复或不完整的数据记录；
10、对雷达应答器捕获的数据进行解码，将其转换为与ais数据兼容的格式，并进行必要的错误检查和修正；
11、将ais数据和雷达应答器数据进行时空对齐，由于不同数据源可能存在时间延迟或空间偏差，因此需要通过算法对数据进行同步处理，确保每个数据点都能准确对应到实际的时间和地理位置；
12、s3、数据融合：利用最近邻算法(nearest neighbor)，将来自ais和雷达应答器的数据匹配到同一船舶上，对于每个ais或雷达应答器接收到的数据点，计算其与已知航迹中的最近数据点之间的距离，如果该距离小于预设的阈值，则将该数据点关联到相应的航迹上，否则，认为该数据点属于新的航迹；
13、这一步是为了解决不同数据源之间可能存在的数据不一致问题；
14、在数据融合过程中，根据数据的质量和可靠性给予不同数据源适当的权重，例如，如果ais数据在某个时间段内非常稳定且连续，而雷达应答器数据较为稀疏，那么在融合时可以给予ais数据更高的权重；
15、s4、航迹挖掘：应用轨迹聚类算法对融合后的船舶航迹数据进行聚类分析，这些算法能够根据船舶的历史航行轨迹识别出常见的航行路径和模式，有助于理解船舶的行驶习惯和交通流特征；
16、利用异常检测算法检测航迹数据中的异常行为，这些算法能够识别出偏离常规航线、异常停泊、超速行驶等异常行为，对于海上交通监管和安全预警具有重要意义；
17、应用数据挖掘技术挖掘船舶航迹数据中的隐藏信息和规律，例如，通过关联规则挖掘可以发现不同船舶之间的交互模式或航道使用的关联关系；通过序列模式挖掘可以揭示船舶航行的时序规律等；
18、s5、结果输出与应用：将挖掘出的船舶航迹结果以可视化图表、报告或实时数据流的形式输出，这些结果可以展示船舶的航行轨迹、交通密度分布、异常行为等信息，为海上交通管理部门提供直观的决策支持；
19、将航迹挖掘结果应用于海上交通监控、船舶行为分析、航道规划、海上搜救等领域，例如，海上交通管理部门可以利用这些结果优化航道布局、设置航行规则，提高海上交通的效率和安全性；海上搜救机构可以利用这些结果快速定位失踪船舶的可能位置，缩小搜救范围。
20、本专利技术包括有以下有益效果：
21、1、通过融合ais和雷达应答器技术，取长补短，提高了航迹数据的完整性和准确性，解决了ais数据传输不稳定、部分船舶未装备ais或人为关闭设备等问题，以及传统雷达应答器功能限制等问题。
22、2、满足了海上交通监管和航海保障的需求，能够提供更加全面、准确和实时的船舶航迹信息，为海上交通监管和船舶航行安全提供保障，其可应用于海上交通监控、船舶行为分析、航道规划、海上搜救等领域。
23、3、为海上交通管理和安全提供了决策支持，通过对船舶航行的全面分析和挖掘，可以发现潜在的安全隐患和管理问题，为管理部门提供决策依据，提高海上交通的效率和安全性。
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1.一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，其特征在于，包括AIS模块、雷达应答器模块和航迹挖掘模块，所述AIS模块包括AIS接收单元、数据解码与预处理单元和数据存储单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，其特征在于，所述AIS接收单元负责接收船舶通过AIS系统广播的信号，包含船舶的静态信息和动态信息，静态信息包括船舶名称、MMSI码、船舶类型，动态信息包括位置、航速、航向。
3.根据权利要求1所述的一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，其特征在于，所述雷达应答器是一种被动设备，当被船舶雷达触发时，会发送包含其位置信息的回应信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，其特征在于，所述航迹生成单元利用同步和融合后的AIS和雷达应答器数据，生成船舶的航迹信息，包括航迹点序列的生成、航迹属性的计算，包括航速和航向。
5.一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于AIS和雷达应答器
7.根据权利要求5所述的一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘方法，其特征在于，所述S2进行数据预处理，包括对雷达应答器捕获的数据进行解码，将其转换为与AIS数据兼容的格式，并进行必要的错误检查和修正，同时将AIS数据和雷达应答器数据进行时空对齐，由于不同数据源存在时间延迟或空间偏差，因此通过算法对数据进行同步处理，确保每个数据点都能准确对应到实际的时间和地理位置。
8.根据权利要求5所述的一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘方法，其特征在于，所述S3在数据融合过程中，根据数据的质量和可靠性给予不同数据源适当的权重，当AIS数据在某个时间段内非常稳定且连续，而雷达应答器数据较为稀疏，则在融合时给予AIS数据更高的权重。
9.根据权利要求5所述的一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘方法，其特征在于，所述S4进行航迹挖掘，应用数据挖掘技术挖掘船舶航迹数据中的隐藏信息和规律，包括通过关联规则挖掘以发现不同船舶之间的交互模式或航道使用的关联关系，通过序列模式挖掘以揭示船舶航行的时序规律。
10.根据权利要求5所述的一种基于AIS和雷达应答器的船舶航迹挖掘方法，其特征在于，所述S5进行结果输出与应用，将航迹挖掘结果应用于海上交通监控、船舶行为分析、航道规划、海上搜救领域。
...【技术特征摘要】
1.一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，其特征在于，包括ais模块、雷达应答器模块和航迹挖掘模块，所述ais模块包括ais接收单元、数据解码与预处理单元和数据存储单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，其特征在于，所述ais接收单元负责接收船舶通过ais系统广播的信号，包含船舶的静态信息和动态信息，静态信息包括船舶名称、mmsi码、船舶类型，动态信息包括位置、航速、航向。
3.根据权利要求1所述的一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，其特征在于，所述雷达应答器是一种被动设备，当被船舶雷达触发时，会发送包含其位置信息的回应信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘系统，其特征在于，所述航迹生成单元利用同步和融合后的ais和雷达应答器数据，生成船舶的航迹信息，包括航迹点序列的生成、航迹属性的计算，包括航速和航向。
5.一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于ais和雷达应答器的船舶航迹挖掘方法，其特征在于，所述s1中ais信号包含了船舶的识别信息，包括mmsi码，位置，包括经纬度，航速、航向、时间戳的关键数据。
【专利技术属性】
技术研发人员：曹钜旋，朱伟，隋永举，韩佳彤，张亚萍，阳建云，吉淑娟，欧德营，李鹏宇，岳剑光，肖悦，李胜，
申请(专利权)人：上海嗒嘀导航技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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