基于AIS数据的船舶行为特征挖掘与预测:研究进展与展望

船舶行为特征挖掘与预测是水上智能交通系统的重要研究内容,也是交通运输工程领域的关键科学问题。为系统研究基于船舶自动识别系统（Automatic Identification System, AIS）数据的船舶行为特征挖掘与预测的研究现状与发展趋势,本文首先针对Web of Science(WOS)和中国知网（China National Knowledge Infrastructure, CNKI）收录的文献,用知识图谱分析软件VOSviewer对文献关键词进行处理,从文献计量学的角度生成高频关键词的聚类图谱和趋势演化。然后对基于AIS数据的水上交通要素挖掘、船舶行为聚类和船舶行为预测3个主题的研究内容、方法、存在问题进行了系统分析和展望,研究结果表明：① 在基于AIS的水上交通要素挖掘方面,主要集中在对AIS数据中表征船舶行为空间特征和交通流的时间特征单独挖掘分析,缺乏对AIS数据的时间、空间以及环境因素特征的关联挖掘,对于如何进行交通要素的关联融合挖掘研究还有待深入探索;② 在船舶行为聚类方面,研究主要是运用无监督聚类方法研究船舶航迹点和航迹段聚类,得到船舶航行行为模式的时空分布和船舶操纵意图辨识模型,然而融合多维特征的船舶轨迹的相似性计算方法、聚类参数的自适应选取以及船舶行为的语义特征建模有待进一步研究;③ 在船舶行为预测方面,主要集中在基于动力学方程、传统智能算法和深度循环神经网络的船舶行为预测研究,考虑船舶行为的随机性、多样性和耦合性的特点,运用混合神经网络模型以及神经网络与向量机、注意力机制相结合的模型实现多维的船舶航行行为特征的实时预测将是新的研究方向。最后提出了基于语义模型的船舶行为特征挖掘、基于深度卷积神经网络的船舶行为的预测和基于知识图谱的船舶行为特征挖掘和预测结果可视化等有待进一步研究的方向。     

基于线性矩阵不等式的智能飞行器航迹规划方法

智能飞行器在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用. 在飞行过程中经常会出现累积的定位误差并且飞行到达应用场景时有定位精度要求,故需要对飞行轨迹进行适当的位置校正. 为此,提出了一种在复杂条件下的智能飞行器航迹规划方法,利用基于线性矩阵不等式(LMI)的优化方法实现最少校正次数和最短飞行距离的双重目标. 根据可用校正点数量以及它们对飞行器位置的不同影响,首先生成一个0~1三角变量矩阵来表示从点A开始的飞行航迹,以面向目标的方式不重复的遍历一系列校正点,并最终到达目标点;然后对航迹相关矩阵的变量项施加强制性的约束条件,将所有的约束作为一个整体转换和施加到之前定义的变量矩阵中,最后利用基于LMI的优化方法实现双重优化. 通过仿真结果验证了所提出的航迹规划方法在计算资源和优化结果方面比线性规划等其他优化方法更优越.      

基于GPS的飞机航迹预测方法研究

简要介绍了GPS动态测量系统的组成及存在的缺陷。提出了采用滑窗多项式拟合方法进行航迹推算的数学模型,通过改变系统信息流向、重新组织下发数据报文结构等一系列技术措施来提高航路数据的拟合精度。仿真结果说明,该方法计算量小、速度快、精度高,利于飞机航迹的实时预测。     

一种基于方位估计的双站被动声呐航迹关联方法

当探测区域存在多个目标时,双站被动声呐测向系统通过目标方位线交叉定位会产生多个交点,对被动声呐的测量方位进行关联即是剔除虚假交点,选择真实交点。在两被动声呐对目标方位保持连续跟踪的条件下,提出了一种利用方位预关联形成关联航迹对目标的位置和方位值进行估计,根据估计值与传感器实测方位值的偏差大小来判定预关联正确性的决策规则,结合海上实验数据仿真验证了方法的有效性。     

海洋潮汐对对陆导弹登陆区的影响及优化方法

受海洋潮汐的影响,舰载对陆导弹攻击时,登陆区海岸地形瞬时高度会随海平面的涨落而产生相应变化,进而会影响导弹在预定参考航迹确定的情况下登陆飞行时的安全性。根据海洋潮汐计算模型,分析潮汐引起的海平面变化对登陆区海岸相对高度的影响,进而研究实际作战中海岸高度变化对导弹登陆飞行安全性的影响,提出了基于爬升点前移的航迹优化方法。仿真实验表明,给定参考航迹后对登陆区爬升航迹进行优化,能够在一定程度上提高舰载对陆导弹登陆飞行时的安全性,对登陆区的选取和航迹优化具有较好的现实意义。     

海洋测量中航迹控制的方法研究

航迹控制是海洋测量中非常重要的内容,航迹控制的好坏直接影响着测量成果的质量。它一方面可以保证测量船只、人员和仪器的安全;另一方面使测量的船只航行在预定的测深线上,满足测量规范要求。本文提出的航迹控制方法对海洋测量具有广泛的应用价值。     

一种利用改进A*算法的无人机航迹规划

提出了一种改进的A*算法解决大范围三维战场环境的无人机航迹规划问题。针对低空突防中无人机需满足生存率高、耗油量小等要求,算法综合考虑了航线高度、被探测概率、航线长度等权重因子,在该目标空间中搜索一条两个航路点之间的最优航线。同时为了满足UAV安全高度、升降率、转弯半径等性能约束,提出了一系列航线优化算法,得到最终的可飞航线。     

无人机MIMO下视阵列SAR天线构型设计

在缺少真实下视阵列合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）系统而带来数据获取和成像算法研究等困难的当下,下视阵列SAR三维仿真的研究具有重要意义。为了还原载机平台真实的飞行航迹,验证阵列SAR技术在高层建筑物密集城区的地形测绘能力,摒弃传统仿真研究基于匀速直线运动的假设,以高度骤变的城市建筑物为对象,分析构建了多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）下视阵列SAR非理想航迹运动误差模型,提出了非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维距离多谱勒成像算法。利用航空平台的航迹与姿态建模仿真技术,以及快速高效的回波仿真技术对成像算法进行了仿真实验,验证了方法的正确性和有效性。     

基于多时序遥感数据的中山站附近地区海冰监测及雪龙船航迹特点分析

极地海冰是全球气候系统的重要组成部分,具有一定的季节和年际变化,它对极地科学考察有着重要影响。本文利用MODIS L1B级数据,经监督分类提取冰雪二值图并计算海冰面积,分析2000—2014年中山站附近地区的海冰的季节性和年际变化;结合Landsat影像及雪龙船航迹数据,分析2007—2012年雪龙船到达中山站的航迹特点,为极地科学考察提供参考。研究结果表明,2000—2014年中山站附近地区海冰年际变化规律大体一致,且在每年8月至次年3月有明显的季节性变化规律——海冰面积在9月底10月初达到最大值,在2月中下旬达到最小值;雪龙船到达中山站时间为该地区海冰融化的初期,其航迹特点与海冰分布密切相关。     

关于等角航线的航迹计算公式及改进

对航海常用等角航线的航迹计算公式存在的常数化和近似化问题进行了详细的分析,由地图投影等角变形理论,推导其严密计算的表达式,并借助计算机代数系统对其中复杂的数学公式进行优化,提高了航线的精度,为航海人员提供了理论依据与实用公式。实验结果表明,改进的墨卡托航法航迹计算公式精度得到了大幅度的提高,正解误差和反解误差均在毫秒级,满足航迹精确计算的需要。