论文总字数：18066字

摘 要

我国是水运大国，拥有众多航道，且航道内的船舶多而复杂，对于航道的管理者，若要为了更有效地管理水上交通和治理航道，则必需要先了解航道内的船舶的航迹分布特征，基于此我们提出了如何对船舶的航迹进行研究的课题，在对船舶航迹进行了初步了解后，发现每只船舶都配备了AIS设备，利用每只船的动态AIS信息得到船位，利用其静态信息，包括船长，船舶类型对船舶进行分类，再根据所得到的船舶分类计算得到每一类船舶的航道占用情况，作为该类船舶的有效航行区域。本课题中，选取了三段航道，在这三段航道中各截取一个横截面，在该横截面上进行航道有效航行区域的计算。在研究与分析过程中，由于有大量AIS信息数据，且每个跟踪点都包含例如航向航速等信息，故我们利用了道格拉斯派克算法简化船舶轨迹，以及DBSCAN算法，在海图上计算每一类船舶距离侧岸的长度。最终，我们得出了每一类船舶的有效航行区域。本文的研究结果，可以为更有效地管理水上交通和针对不同分类的船舶进行航道治理，对航道的疏浚及分道通航提供参考。

关键词：航迹聚类，航道有效航行区域，船舶AIS信息

Abstract

It is water power in our country, have many channel, and channel of the ship within the many and complex, for channel managers, if want to more effectively manage water traffic and channel, governance is necessary to understand the track distribution characteristics of the ships in the channel, based on this we put forward the research topic, how to ship track after the track is carried on the preliminary understanding of the ship, found that each ship is equipped with the AIS equipment, dynamic AIS information by using each ship position, using the static information, including the captain, the ship type of the ship, Then, according to the ship classification, the channel occupation of each type of ship can be calculated as the effective navigation area of this type of ship. In this project, three sections of channel are selected, and a cross section is taken from each of these three sections to calculate the effective navigation area of channel. In the process of research and analysis, due to the large amount of AIS information data and the fact that each tracking point contains information such as course speed, we used the DP algorithm to simplify the ship trajectory and the DBSCAN algorithm to calculate the distance from each type of ship to the side shore on the chart. Finally, we have the effective navigation area for each type of ship. The research results of this paper can provide reference for the effective management of water traffic and the regulation of channel according to different classification of vessels, as well as the dredging and traffic separation of channel.

Keywords: track clustering, channel effective navigation area, ship AIS information

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题的背景 1

1.2课题研究的目的与意义 2

1.3课题研究内容 3

1.4本文研究方法和技术路线 3

1.4.1研究方法： 3

1.4.2技术路线 4

1.5本文框架 5

第二章 国内外研究现状 6

2.1国内研究现状综述 6

2.2国外研究现状综述 7

2.3小结 8

第三章 基于航迹聚类的航道有效航行区域研究 10

3.1研究方法 10

3.1.1道格拉斯-派克算法 10

3.1.2 DBSCAN算法 13

3.2数据 14

3.3船舶分类 15

3.4聚类结果 16

3.5分析与讨论 20

3.6总结 22

第四章 结论 23

4.1结论 23

4.2分析与建议 23

第一章 绪论

1.1课题的背景

我国是一个海洋大国，拥有1.8万公里的海岸线，海域面积达300多万平方千米，近年来水上交通数量也急剧增长。陈后润老师在前瞻产业研究院中对我国航道建设行业的发展现状^[1]中指出， 在2018年，我国内河航道通航里程12.7万公里，占河流总长的29%，我国内河航道主要散步在长江、珠江和淮河水系，各自占56.89%、14.46%和15.36%。其中我们可以看出，长江作为中国第一大河，是贯穿我国东西的水运大动脉，长江三角洲的地位在水运领域已无可撼动，而在我国排名第二的珠江三角洲却有极大的潜力还未被挖掘，故我们选取珠江三角洲作为我们本课题的研究对象，珠三角航道复杂，河流众多，综上，鉴于我国拥有如此多的航道，了解航道内船舶的占用情况就显得非常有必要，关于航道课题的研究对了解航道也非常有帮助，研究航道内船舶的有效航行区域也非常有意义。按照《内河船舶法定检测技术规定（2004）》^[2]（海上法规[2003]489号）规则： 内河船舶航行区域划分为A、B、C三级，其中某些水域，依据水流湍急情况，又划分为急流航段，船舶航行于A级航区的较航行于B、C级航区为高级航区。因此，一般A级航区的船舶能够到B、C级航区航行。内河航道等级主要是按照河流所能通行船只的大小所做的等级划分，按船舶吨位划分为7个等级，航道的有效航行区域指的是船舶在航道内的分布情况，而船舶在航道内的分布情况我们可以用船舶航迹来表示，因此，我们提出了如何对航道内船舶的航迹进行研究的问题，基于此问题，经查阅资料，我们知道目前对于航迹的研究多用聚类的方法，即基于大量数据，对聚类的结果进行分析计算，最终得出结论。

近几十年在世界经济全球化、一体化的大环境下，航运业也发生着巨大的变化。2018年国际海运贸易动力不足。贸易增速为2.7%，低于2017年4.1％的增长率以及3.0%的历史平均水平。同时，联合国贸易和发展会议预计，2019年国际海运贸易将增长2.6%，2019-2024年，国际海运贸易的平均增速为3.4%。而该会议也在2019年海运报告中指出，长期来看，海上运输的格局正在缓慢改变，全球经济和贸易总体温和增长，世界海上航运总趋势在稳步发展，中国经济的再平衡持续推进海运市场发展，因此，我国须制定合理规划，采取具有前瞻性的灵活应对措施，抓住可持续发展所带来的机遇，对于航道有效航行区域的研究，可以为我国内河航运可持续发展做出贡献，而利用航迹聚类可以为航道有效航行区域的研究提出新的方法，对内河船舶分道通航制及航道疏浚等提出可行的建议。

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