[发明专利]一种融合AIS数据挖掘的港口水域规划方法及系统

权利要求书

1.一种融合AIS数据挖掘的港口水域规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、基于规划区域内的所有港口水域以及所述港口水域的通行日志构建用于港口水域规划量化仿真分析的港口水域样本矩阵；

构建所述港口水域样本矩阵的具体方法包括：

将每个通行主站进行编码量化为港口水域样本矩阵的矩阵元素x_i，并将每个通行主站的通行日志量化为矩阵元素的元素特征量[y_j]；

结合所述矩阵元素x_i和所述元素特征量[y_j]构建获得所述港口水域样本矩阵为

其中，i∈(1，N)，j∈(1，M)，N为港口水域总数目，M为元素特征的总类目；

所述步骤S1还包括将所述港口水域样本矩阵A转化为相似度邻接矩阵U，包括：

依次计算港口水域样本矩阵A中每一项元素与其余项元素的相似度，并生成相似度矩阵所述相似度计算公式为：

基于预设的相似度阈值将所述相似度矩阵进行二值化转换生成相似度邻接矩阵所述二值化转换公式为：

其中，i₁、i₂∈(1，N)，j∈(1，M)，N为港口水域总数目，M为元素特征的总类目，分别为港口水域样本矩阵A的第i₁、i₂个矩阵元素的第j类特征元素，为相似度邻接矩阵U的第i₁行第i₂列的矩阵元素，为相似度矩阵的第i₁行第i₂列的矩阵元素；

步骤S2、利用多目标集群分析算法对所述港口水域样本矩阵进行集群分析以获得均衡港口水域规划量化仿真规划精度和规划效率且实现统一分析的港口水域规划集群；

步骤S3、基于所述港口水域规划集群对所述港口水域的通行规划进行量化仿真分析以实现精确和高效确定港口水域的通行规划；

所述基于所述港口水域规划集群对所述港口水域的通行规划进行量化仿真分析的具体方法包括：

步骤S301、依次选出每个港口水域规划集群中流域最窄的港口水域，并依据流域最窄的港口水域的真实通行日志仿真船只在流域最窄的港口水域动态流动以统计出所述流域最窄的港口水域单位时间内的通行流量作为每个港口水域集群中所有港口水域的最大承载通行流量；

步骤S302、依次选出每个港口水域规划集群中流域最宽的港口水域，并依据流域最宽的港口水域真实通行日志仿真船只在流域最宽的港口水域动态流动以统计出所述流域最宽的港口水域单位时间内通行流量作为每个港口水域集群中所有港口水域的最小刚需通行流量；

步骤S303、基于最小刚需通行流量和最大承载通行流量设定所述每个港口水域集群中所有港口水域单位时间内的规划通行流量以确保满足通行效率以及通行安全要求；

所述规划通行流量设定的具体方法包括：

若最小刚需通行流量低于最大承载通行流量，则规划通行流量设定为低于最大承载通行流量且高于最小刚需通行流量；

若最小刚需通行流量高于最大承载通行流量，则规划通行流量设定为低于最大承载通行流量。

2.根据权利要求1所述的一种融合AIS数据挖掘的港口水域规划方法，其特征在于：所述步骤S2中，利用港口水域规划量化仿真规划精度和规划效率构建对港口水域样本矩阵进行元素集群划分的多目标划分算法，包括：

数学量化所述港口水域规划量化仿真规划精度生成精度效益目标，所述精度效益目标公式为：

数学量化所述港口水域规划量化仿真规划效率生成效率效益目标，所述效率效益目标公式为：

利用最小化求解原则结合所述精度效益目标和效率效益目标构建所述多目标划分算法的多目标函数，所述多目标函数为：

其中，C_k为港口水域样本矩阵A中划分的第k个港口水域规划集群的矩阵元素集合，i₁、i₂∈(1，N)，分别为港口水域样本矩阵A的第i₁、i₂个矩阵元素，m为港口水域样本矩阵A划分后的最优质港口水域规划集群总数。