海洋运输船舶轨迹分析研究

张迅 房东升

摘 要：船舶轨迹是用来寻找船舶运动规律的计算方式，是记载船舶资料的重要数据，也是海上调查通过船舶轨迹调查数据的基本方式，对调查研究具有非常重要的价值。近几年随着科学技术的发展，海上导航技术得到了进步，完善了船舶健康网络的建设，从而获得覆盖面广、联系性、有效的船舶数据资料，极大的促进了船舶应用轨迹数据的实现。本文旨在发现海洋运输船舶轨迹分析，探讨当前技术的特点和优势，分析船舶轨迹技术的研究现状，并对未来展开设想。

关键词：船舶轨迹;海洋运输;数据分析

中图分类号：U692 文献标识码：A

记录船舶轨迹数据的主要目的是发现船舶的位置和事件，并对此进行跟踪记录，根据记录数据进行序列计算，这是交通运输学对船舶轨迹数据分析的重点。比如在计算时空轨迹计算时，除了船舶外，还有车辆和飞机也可应用此种方式进行时空轨迹计算，计算方式是从三维空间的速度、时间、集合等因素考量，这对轨迹研究具有重要意义。在计算船舶运动时的轨迹时，由于船舶运行里程、速度、执行性、操控性等多重因素。所以，在计算时要综合考虑船舶自身的因素特点，尤其是当船舶在水上运动时，必须考虑的因素是时空跨度与轨迹变化的特征，而这些特征的共同特点是曲线跨度大和轨迹平滑。

传统观测船舶轨迹的方式主要是小样本的，比如监控、雷达的拍照方式，这种观测轨迹的方式是交叉性的，记录船舶运动轨迹的方式通过拍照后合成影像，根据影像内容绘制轨迹图。科学技术不断提高，观测手段也得到了完善，船舶交换数据技术手段是采用被动式的搭建方式，可以在接受船舶运动轨迹的同时记录数据，并实时与区域保持联系，并建立数据库。这种记录方式应用静态分析与交通流为基础理论。经过发展到今天，船舶轨迹分析已经发展为动态观测，形成新的海上交通工程学科。

1 海洋交通运输

（1）从海洋运输的特征和相关部门提供的航道开挖、分道通航、锚地配置等，发现海洋运输的规律，结合船舶在海上行驶轨迹及数据分析原因，采取对海上可能发生事故进行布局和布设救急设施。还能避免航路拥挤，减少碰撞风险。

（2）提高船舶规划管理。提高对港口流动船舶的管理和规划，采取考察评价方式对港口运输和空间搭建进行建模，从而加强对海洋环境的研究，减少溢流事件等。根据船舶形式轨迹数据，分析船舶的噪音、排气、外来入侵等情况。

2 船舶轨迹分析流程

（1）船舶轨迹是对运动过程的记录。如船舶自身的航迹、尺寸、变化、姿态、运动等。这些数据根据事件进行排序，然后分步处理。然后根據这些数据可以分析船舶的运动轨迹和特征，但受空间和环境等因素约束。船舶轨迹分析是要严格根据流程进行，采集数据、经过计算机处理数据、存储数据、对数据进行操作和管理、然后分析数据、选择有用的数据信息、再进行分析，最后才能产生船舶轨迹分析结果。

（2）获得船舶的交通数据要采用自动识别、人工监测等方式，获得轨迹噪音的数据要采取提高处理的方式。提高空索引查询效率要建立数据模型，对船舶轨迹采取集合处理方式进行模特压缩和改进，观测轨迹目标，包括异常检测、相似度度量、探索分析，从而在屏幕输出分析结果，对数据拷贝储存。

3 船舶轨迹目标分析

（1）序列分析，首先是对船舶的属类进行管理和分析。经研究显示，在分类时可根据船舶轨迹、船舶密度、交通指示作为参考，同时要记录各类船舶的运行速度、行程、转角和路程等数据，计划离岸距离，评估独木舟、帆船等运动风险，根据传播的特点、尺度、时间来描绘传播轨迹的微观和宏观分布。

（2）船舶运动轨迹主要参考船舶类型，而欧氏距离是船舶轨迹的主要参考依据，如果不考虑应用时序特点，则要采用聚类算法，几何最优代表点对噪音和初始值，得到类似的最大相似度，这种计算方式需要人工迭代次数的设定，计算出的结果较为敏感。

（3）关于异常分析，要根据船舶轨迹的运动特征进行计算，这种计算方式叫做特征行为计算。当船舶在运行时发生异常行为，比如横穿主航道，这时需要采用去顶性的自身问题分析，应用现代探测手段来分析异常行为及领域，在观测过程中形成高斯模型，在此过程中建立船舶规模性。要充分考虑船舶的速度、位置等，然后应用神经网络来获取特征值，在此基础上计算船舶在正常情况下的特征和分辨效果。

4 船舶轨迹的发展和技术

（1）关于相似度，要采用搜索的方式对船舶时序数据进行确定。比如搜集相似船舶时首先要搜集船舶特征匀速，然后根据船舶轨迹来计算不等长相似度，从而获得船舶轨迹相似度的数据。如果在计算过程中轨迹发生偏差，要解决缺口问题，可采用指定的补偿值。然后根据两个船舶轨迹的公共子序计算度量值的轨迹基准，将其匹配，如果轨迹差别与噪音处理发生异常，则显示噪音背景下的ED更加精确和稳定。

（2）关于概率参数，可应用固定方式将参数固定，比如在不固定的时间内船舶抵达港口，这时可应用离散分布模型来计算港口航道的流通率和通过能力等，计算出航道船舶较少时船巷道和港口的技能因素。

（3）而在繁忙的交通流区域，船舶运动要根据特定概率分布模型来标识，可根据直航段运动、船舶扩展位置特征的原理，采用协方差矩阵和实用均值来代表，以M代表船舶空间分布，以最大规则标识概率最大参数，从而确定船舶运动模式。

（4）关于高速分布中各航段船舶轨迹的参数距离计算，而交通繁忙的港口不可事先假定，首先要根据参数密度来估计，然后应用函数原理观测船舶运动模式，并从不同维度分析船舶运动。

（5）在特定模式中，可根据船舶运动数据分析聚类相似轨迹。以此来判断船舶的任务和运动轨迹是相似的，通过研究表明，应用统计学分析和轨迹聚类原理，可以将船舶结点视作相同轨迹，然后规定有向冷静，进而划分弧端。

左右界线路与各个弧端的中心轴线的特征值相等。时间维度方面包含完善区域和准点区域。构建旨在建设更加完善的船舶运动轨迹，但受船舶运动环境等因素影像。

5 总结

本文对海洋运输船舶轨迹分析进行研究，当前研究还处于发展阶段，虽然近几年进步速度在不断提升，但与发达国家相比还有一段距离。主要包含：第一，目前研究重点是关于二维空间的计算，关于纵向研究（传播行为、航道水深、轨迹相似性、时间属性等）还没有研究出负荷敏感环境下的现实。第二，急需分析船舶异常情况下的成因，如动态环境下的风潮流、气象信息等。第三，关于风险管控还不到位，海上发生危险的可能性及交通问题无法评估，研究还不够全面。第四，可根据船舶轨迹分析的结构来挖掘船舶运动模式的实时数据。

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