海洋運輸船舶軌跡分析研究

張迅 房東升

摘 要：船舶軌跡是用來尋找船舶運動規律的計算方式，是記載船舶資料的重要數據，也是海上調查通過船舶軌跡調查數據的基本方式，對調查研究具有非常重要的價值。近幾年隨著科學技術的發展，海上導航技術得到了進步，完善了船舶健康網絡的建設，從而獲得覆蓋面廣、聯系性、有效的船舶數據資料，極大的促進了船舶應用軌跡數據的實現。本文旨在發現海洋運輸船舶軌跡分析，探討當前技術的特點和優勢，分析船舶軌跡技術的研究現狀，并對未來展開設想。

關鍵詞：船舶軌跡;海洋運輸;數據分析

中圖分類號：U692 文獻標識碼：A

記錄船舶軌跡數據的主要目的是發現船舶的位置和事件，并對此進行跟蹤記錄，根據記錄數據進行序列計算，這是交通運輸學對船舶軌跡數據分析的重點。比如在計算時空軌跡計算時，除了船舶外，還有車輛和飛機也可應用此種方式進行時空軌跡計算，計算方式是從三維空間的速度、時間、集合等因素考量，這對軌跡研究具有重要意義。在計算船舶運動時的軌跡時，由于船舶運行里程、速度、執行性、操控性等多重因素。所以，在計算時要綜合考慮船舶自身的因素特點，尤其是當船舶在水上運動時，必須考慮的因素是時空跨度與軌跡變化的特征，而這些特征的共同特點是曲線跨度大和軌跡平滑。

傳統觀測船舶軌跡的方式主要是小樣本的，比如監控、雷達的拍照方式，這種觀測軌跡的方式是交叉性的，記錄船舶運動軌跡的方式通過拍照后合成影像，根據影像內容繪制軌跡圖。科學技術不斷提高，觀測手段也得到了完善，船舶交換數據技術手段是采用被動式的搭建方式，可以在接受船舶運動軌跡的同時記錄數據，并實時與區域保持聯系，并建立數據庫。這種記錄方式應用靜態分析與交通流為基礎理論。經過發展到今天，船舶軌跡分析已經發展為動態觀測，形成新的海上交通工程學科。

1 海洋交通運輸

（1）從海洋運輸的特征和相關部門提供的航道開挖、分道通航、錨地配置等，發現海洋運輸的規律，結合船舶在海上行駛軌跡及數據分析原因，采取對海上可能發生事故進行布局和布設救急設施。還能避免航路擁擠，減少碰撞風險。

（2）提高船舶規劃管理。提高對港口流動船舶的管理和規劃，采取考察評價方式對港口運輸和空間搭建進行建模，從而加強對海洋環境的研究，減少溢流事件等。根據船舶形式軌跡數據，分析船舶的噪音、排氣、外來入侵等情況。

2 船舶軌跡分析流程

（1）船舶軌跡是對運動過程的記錄。如船舶自身的航跡、尺寸、變化、姿態、運動等。這些數據根據事件進行排序，然后分步處理。然后根據這些數據可以分析船舶的運動軌跡和特征，但受空間和環境等因素約束。船舶軌跡分析是要嚴格根據流程進行，采集數據、經過計算機處理數據、存儲數據、對數據進行操作和管理、然后分析數據、選擇有用的數據信息、再進行分析，最后才能產生船舶軌跡分析結果。

（2）獲得船舶的交通數據要采用自動識別、人工監測等方式，獲得軌跡噪音的數據要采取提高處理的方式。提高空索引查詢效率要建立數據模型，對船舶軌跡采取集合處理方式進行模特壓縮和改進，觀測軌跡目標，包括異常檢測、相似度度量、探索分析，從而在屏幕輸出分析結果，對數據拷貝儲存。

3 船舶軌跡目標分析

（1）序列分析，首先是對船舶的屬類進行管理和分析。經研究顯示，在分類時可根據船舶軌跡、船舶密度、交通指示作為參考，同時要記錄各類船舶的運行速度、行程、轉角和路程等數據，計劃離岸距離，評估獨木舟、帆船等運動風險，根據傳播的特點、尺度、時間來描繪傳播軌跡的微觀和宏觀分布。

（2）船舶運動軌跡主要參考船舶類型，而歐氏距離是船舶軌跡的主要參考依據，如果不考慮應用時序特點，則要采用聚類算法，幾何最優代表點對噪音和初始值，得到類似的最大相似度，這種計算方式需要人工迭代次數的設定，計算出的結果較為敏感。

（3）關于異常分析，要根據船舶軌跡的運動特征進行計算，這種計算方式叫做特征行為計算。當船舶在運行時發生異常行為，比如橫穿主航道，這時需要采用去頂性的自身問題分析，應用現代探測手段來分析異常行為及領域，在觀測過程中形成高斯模型，在此過程中建立船舶規模性。要充分考慮船舶的速度、位置等，然后應用神經網絡來獲取特征值，在此基礎上計算船舶在正常情況下的特征和分辨效果。

4 船舶軌跡的發展和技術

（1）關于相似度，要采用搜索的方式對船舶時序數據進行確定。比如搜集相似船舶時首先要搜集船舶特征勻速，然后根據船舶軌跡來計算不等長相似度，從而獲得船舶軌跡相似度的數據。如果在計算過程中軌跡發生偏差，要解決缺口問題，可采用指定的補償值。然后根據兩個船舶軌跡的公共子序計算度量值的軌跡基準，將其匹配，如果軌跡差別與噪音處理發生異常，則顯示噪音背景下的ED更加精確和穩定。

（2）關于概率參數，可應用固定方式將參數固定，比如在不固定的時間內船舶抵達港口，這時可應用離散分布模型來計算港口航道的流通率和通過能力等，計算出航道船舶較少時船巷道和港口的技能因素。

（3）而在繁忙的交通流區域，船舶運動要根據特定概率分布模型來標識，可根據直航段運動、船舶擴展位置特征的原理，采用協方差矩陣和實用均值來代表，以M代表船舶空間分布，以最大規則標識概率最大參數，從而確定船舶運動模式。

（4）關于高速分布中各航段船舶軌跡的參數距離計算，而交通繁忙的港口不可事先假定，首先要根據參數密度來估計，然后應用函數原理觀測船舶運動模式，并從不同維度分析船舶運動。

（5）在特定模式中，可根據船舶運動數據分析聚類相似軌跡。以此來判斷船舶的任務和運動軌跡是相似的，通過研究表明，應用統計學分析和軌跡聚類原理，可以將船舶結點視作相同軌跡，然后規定有向冷靜，進而劃分弧端。

左右界線路與各個弧端的中心軸線的特征值相等。時間維度方面包含完善區域和準點區域。構建旨在建設更加完善的船舶運動軌跡，但受船舶運動環境等因素影像。

5 總結

本文對海洋運輸船舶軌跡分析進行研究，當前研究還處于發展階段，雖然近幾年進步速度在不斷提升，但與發達國家相比還有一段距離。主要包含：第一，目前研究重點是關于二維空間的計算，關于縱向研究（傳播行為、航道水深、軌跡相似性、時間屬性等）還沒有研究出負荷敏感環境下的現實。第二，急需分析船舶異常情況下的成因，如動態環境下的風潮流、氣象信息等。第三，關于風險管控還不到位，海上發生危險的可能性及交通問題無法評估，研究還不夠全面。第四，可根據船舶軌跡分析的結構來挖掘船舶運動模式的實時數據。

參考文獻：

[1]張竹心.海洋運輸船舶應變部署表的“應變”符合性探究[J].世界海運，2020，43（01）：34-37.

[2]嚴保興.中國民用運輸船舶擁有量的經濟學分析和檢驗[J].商場現代化，2011，40（17）：57-58.

[3]呂錫寶.停車淌航船速衰減與時間及距離的關系[J].青島遠洋船員職業學院學報，2018，39（01）：17-18.

[4]郭乃琨，馬壯壯，岳明橋.船舶軌跡挖掘與可視化技術分析研究[J].電子元器件與信息技術，2020，4（03）：137-138.

[5]宋劍萍.船舶航行軌跡的實時檢測與校正數學模型研究[J].艦船科學技術，2020，42（14）：46-48.

[6]許貞平.海洋運輸船舶軌跡分析研究[J].中國水運，2017，

39（02）：16-17.