[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

说明书

本发明公开了一种融合AIS数据挖掘的港口水域规划方法及系统，包括以下步骤：步骤S1、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；步骤S2、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。本发明将各个连通排布复杂的港口水域依照层次聚类算法将通行特征相似的港口水域划分为可进行统一规划的港口水域规划集群，实现对规划规划精度和规划效率的最佳均衡。

技术领域

本发明涉及港口规划技术领域，具体涉及一种融合AIS数据挖掘的港口水域规划方法及系统。

背景技术

由船舶、航道、锚地、泊位等组成的港口系统，具有随机性、复杂性、不确定性，其动态变化、多要素信息实时交互。港口水域规划是对锚地、航道以及回旋水域等诸多要素进行规划设计，对于业务量大，到港船舶复杂的港口，其设计是否科学合理将直接影响船舶进出港的安全性及港口运营效率。

目前针对港口水域量化仿真分析研究，多以具体或个例港区为原型，主要采用基于离散事件的仿真策略开展港口水域规划量化分析，其模型输入参数一般由《海港总体设计规范》确定，或采用经验数据确定。此类港口水域规划量化仿真分析方法，一般是将港口船舶航行作业系统视作一个离散事件服务系统，提供服务的是系统内部的永久元素，即锚地、航道、泊位及装卸系统，服务对象是船舶。其中，锚地为船舶提供待航、待泊的等待场所；航道为船舶提供进出港口的通道；泊位为船舶提供装卸作业的地点。上述研究方法需要大量的先验知识，并且仅依据阈值等人工经验对数据进行港口水域规划分析，规划精度和安全性得不到保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种融合AIS数据挖掘的港口水域规划方法及系统，以解决现有技术中需要大量的先验知识，并且仅依据阈值等人工经验对数据进行港口水域规划分析，规划精度和安全性得不到保障的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种融合AIS数据挖掘的港口水域规划方法，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；

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。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤S1中，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。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤S1中，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：