CN115790609A - 集装箱船舶海上航路关键点的确定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集装箱船舶海上航路关键点的确定方法和装置，属于船舶航线规划技术领域。解决了现有技术中，依靠《航路指南》来确定海上航路关键点，更新速度慢，不能够满足当前发展的速度，参考价值较低的问题。集装箱船舶海上航路关键点的确定方法包括：获取满足预设条件的历史集装箱船舶的历史航行轨迹和历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息；历史航行信息包括航向、航速；根据每一个历史航行轨迹点处对应的航速，在历史航行轨迹点中确定出目标历史航行轨迹点；在网格结构中建立集装箱船舶的实际位置与网格结构中的位置的映射关系，并基于映射关系在网格结构中建立所有的目标历史航行轨迹点。

Description

集装箱船舶海上航路关键点的确定方法和装置

技术领域

本发明涉及船舶航线规划技术领域，具体而言，涉及一种集装箱船舶海上航路关键点的确定方法和装置。

背景技术

船舶航线设计是一项非常复杂的工作内容，它不仅是确保船舶在海上安全航行的重要前提，也是海上合理航行、缩短船舶航程、减少燃油消耗、节约运营成本的重要手段。在船舶实际运营过程中，设计航线这一任务一直是由船上的二副负责起草，船长负责审核并完成航线的设计。随着信息化、数据化以及船上电子海图的广泛应用，诸多学者及相关企业从业人员，都开始尝试使用计算机以及各种路径搜索算法，对航线数据进行优化，如依靠栅格电子海图平台，对迷宫算法进行适当改进，找到解决最短行距的方法；构建航运网络图，利用启发式搜索算法，找到船舶最佳的航线方法；利用蚁群算法，求解船舶航行的最短路径问题，试图找到最优的电子航路。实际生产生活中对于航线的应用十分广泛，如在传统的租船领域，租船的费用是按照航次来计算的，即货物从A地运输到B地，总体运费是多少。租船经纪人需要在核定成本时，考虑A地到B地的距离，但是租船经纪人并不是航海的专家，并不能有效的得到或估算出从A地到B地的海上距离，需要借助外部力量，海外有一些企业，雇佣富有经验的船长，绘制了全局主要的航线图，利用计算机结合多种寻路算法，求解出海上最优推荐的航程，达到降本增效的目的。

在船舶海上航线设计过程中需要对线路上的各种关键节点进行确认，这些关键点有的是航道、有的是岛屿、有的是灯塔，实际的经纬度有的在海上，有的在陆地上。在下述情况中，均应查阅有关的《航路指南》（Pilot or Sailing Directions）来确定关键点：

1）设计近海航线，狭水道航线、重要水域航线以及进出口航行；

2）海图上对航线附近的危险物(区)、渔区、军事演习区、重要物标等的说明不甚明了时；

3）对所到国家或地区的工作制度、风俗习惯、对所到港口的各种信号、规章等不甚明了时；

4）对航区的气象、海况、海流等不甚清楚时。

《航路指南》包括世界各海区，共70余卷，其书号为NP1~NP72。在书中详细的记录了全世界各海区主要的航行关键点，这些关键点，对于人工参考有价值，但是并不直接适用于电子航路的制定。

AIS系统是船舶自动识别系统(Automatic Identification System)的简称，由岸基(基站)设施和船载设备共同组成，船舶自动识别系统配合全局定位系统将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态资料结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频(VHF，Very high frequency)频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶的动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。通过相关数据处理技术，将AIS系统发送的报文进行解析并融合地理信息技术，可将解析出的点位显示在地图中，每个数据点构成了船舶航行的轨迹。对于识别出的轨迹点位，通常包括的字段有：MMSI（Maritime Mobile Service Identify，水上移动通信业务标识码）、船名、呼号、IMO识别码（International Maritime Organization，国际海事组织）、船长、船宽、船舶类型、经度、纬度、对地航速、航行状态、船首向与接收时间等；AIS数据是船舶对当时地理、水域、水文气象、航线安全等各项条件的真实反映。当存在大量船舶AIS轨迹点时，对其按照时间序列进行首尾相连，这就表明了船舶的习惯航线。通过对海上历史AIS航迹进行检索生成航线，可挖掘出有价值的相关信息。

现有技术在确定船舶海上航路关键点的过程中主要存在的问题：1、主观强：目前指定航线都是基于有经验的船长人工制定，在制定过程中不免存在遗漏或疏忽的地方；2、更新慢：现有对于航路关键点的确认主要来源于《航路指南》，老版本《航路指南》通常每隔10余年再版一次，新版本《航路指南》每隔3年左右再版一次，面对日益剧增的海上航行业务，这个更新速度显得有些慢；3、研究少：现有对于海上航行路径的探索都是基于两点之间求解运输最优路径，很少有通过分析船舶历史航行轨迹去挖掘航路上关键点（如航道、岛屿、灯塔等）的方法，在实际工作生活中，海上航路关键节点的确定也尤为重要。

基于现有相关技术存在的问题，本申请提供了一种大型集装箱船舶海上航路关键点的发现方法，基于大型集装箱船舶的历史航行轨迹数据，结合船舶航行特征和《航路指南》中的关键点信息，挖掘出可以用来制作全局骨干航路网的航路关键点。

综上，为了实现电子航路的制定，基于船舶的历史航行轨迹来确定海上航路关键点，以提高海上航路关键点位置的精度成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在解决或改善现有技术中，依靠《航路指南》来确定海上航路关键点，更新速度慢，不能够满足当前发展的速度，参考价值较低的问题。

本发明的第一方面在于提供一种集装箱船舶海上航路关键点的确定方法。

本发明的第二方面在于提供一种集装箱船舶海上航路关键点的确定装置。

本发明的第三方面在于提供一种集装箱船舶海上航路关键点的确定装置。

本发明的第四方面在于提供一种可读储存介质。

本发明提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，包括：获取满足预设条件的历史集装箱船舶的历史航行轨迹和历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息；历史航行信息包括航向、航速；根据每一个历史航行轨迹点处对应的航速，在历史航行轨迹点中确定出目标历史航行轨迹点，其中，目标历史航行轨迹点处对应的航速大于等于第一预设节，且小于等于第二预设节；在网格结构中建立集装箱船舶的实际位置与网格结构中的位置的映射关系，并基于映射关系在网格结构中建立所有的目标历史航行轨迹点；在网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域；获取每一计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的航向，基于每一目标历史航行轨迹点的航向，按照每一个历史集装箱船舶的每一条历史航行轨迹，将每一条历史航行轨迹的所有目标历史航行轨迹点，分配到多个预设的航向分组中的对应的航向分组内；其中，每一个航向分组包括不同的预设的航向范围区间；计算每一计算网格区域中每一个航向分组中目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值；基于所有的航向分组中的目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，确定对应的计算网格区域是否为可能存在海上航路关键点的计算网格区域；针对每一可能存在海上航路关键点的计算网格区域，基于网格区域中按照航向区分的多组目标历史航行轨迹点，确定准海上航路关键点；获取至少一个参考关键点，基于每一个参考关键点的经度和纬度，在所有的准海上航路关键点中确定出与参考关键点的经度差和纬度差都在预设角度之内的准海上航路关键点；计算准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离；在距离小于预设距离时，确定该准海上航路关键点为海上航路关键点；预设角度大于等于0.5°，且小于等于1.5°。

本发明提供的方法能够基于历史集装箱船舶的历史路径确定出准海上航路关键点，然后与现有《航路指南》中标定的参考关键点，进行数据对比分析，能够在所有的准海上航路关键点中确定出更为精准的海上航路关键点，依靠本申请的方法确定的关键点相比于通过现有的《航路指南》中确定的关键点更加适用于集装箱船舶的航行，通过本申请确定的关键点来建立集装箱船舶航路网对于集装箱船舶航行而言具有更高的参考价值。同时，由于本申请的方法是依据近一年或两年的历史集装箱船舶的历史航行轨迹来确定的海上航路关键点，而《航路指南》通常每隔10余年再版一次，因此，通过本发明确定出的海上航路关键点更精准，解决了《航路指南》更新慢，导致海上航路关键点不精准的问题。

在上述技术方案中，在网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域的步骤包括：在网格结构中通过359条第一经度分割线和179条第一纬度分割线将全局地表均匀划分成多个一级网格区域；其中，每相邻两条第一经度分割线的所在经度相差1°，每相邻两条第一纬度分割线的所在纬度相差1°；将每个一级网格区域通过1条第二经度分割线和1条第二纬度分割线平均划分成4个二级网格区域；将每个二级网格区域通过1条第三经度分割线和1条第三纬度分割线平均划分成4个三级网格区域；将每个三级网格区域通过1条第四经度分割线和1条第四纬度分割线平均划分成4个四级网格区域，以实现将全局地表均匀划分成多个四级网格区域；其中计算网格区域为四级网格区域。

在该技术方案中，将全局地表均匀划分成多个四级网格区域，这样可以使得每一个网格区域的面积适当，可以提高关键点的发现效率。可以理解的，海上航路关键点的地理距离一般控制在10海里左右，也即最近的两个海上航路关键点一般也就在10海里左右，通过本申请的四级网格划分，得到的四级网格区域对应精度为7.5海里左右，这样就可以避免网格过多导致计算量复杂，又可以避免网格过少，导致遗漏了一些海上航路关键点。

在上述技术方案中，准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离，通过如下公式计算：

r；

其中，a表示准海上航路关键点与参考关键点纬度差值，即a=lat1-lat2，acrsin表示反正弦函数，lat1表示准海上航路关键点的纬度，lat2表示参考关键点的纬度，b表示准海上航路关键点与参考关键点经度差值，r表示地球半径。

在上述技术方案中，多个预设的航向分组包括8个航向分组，每一个航向分组的航向范围区间包括：（22.5°×（n-1）至22.5°×n）和（180+22.5°×（n-1）至180+22.5°×n）；其中，n为组数，且为正整数，且1≤n≤8。

在该技术方案中，将航向的组数分为8个，这样可以避免组数过多，导致计算量复杂，又可以避免组数过少，降低精准率。

在上述技术方案中，预设条件包括货量大于等于4000TEU（Twenty-feetEquivalent Unit，是以长度为20英尺的集装箱为国际计量单位，也称国际标准箱单位）的历史集装箱船舶。

在上述技术方案中，第一预设节大于等于10节，且小于等于14节；第二预设节大于等于22节，且小于等于26节。

在该技术方案中，第一预设节大于等于10节，且小于等于14节。进一步，第一预设节为12节。第二预设节大于等于22节，且小于等于26节。进一步，第二预设节为24节。通过限定船速这样可以将一些漂航、锚泊以及靠泊的船位点去掉，确保确定出的历史航行轨迹为集装箱船舶正常航行时的历史航行轨迹。

在上述技术方案中，预设角度进一步为1°，也即获取到至少一个参考关键点之后，从所有的准海上航路关键点中筛选出与参考关键点的经度差和纬度差都在1°之内的准海上航路关键点，然后计算这些准海上航路关键点与最近的参考关键点之间的距离，这样可以进一步提高海上航路关键点确定的精准率。

在上述技术方案中，预设距离小于等于111120米。

在该技术方案中，当计算出的准海上航路关键点与最近的参考关键点之间的距离小于等于111120米，说明这个准海上航路关键点有可能是海上航路关键点，如果两者的距离大于111120米，说明两者的距离过远，这个时候就可能不是海上航路关键点，属于系统的计算误差，当然对于这个大于111120米的准海上航路关键点，后期还需要用户根据自己的经验具体判断。

本发明第二方面提供了一种集装箱船舶海上航路关键点的确定装置，包括：获取模块，用于获取满足预设条件的历史集装箱船舶的历史航行轨迹和历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息；历史航行信息包括航向、航速；确定模块，用于根据每一个历史航行轨迹点处对应的航速，在历史航行轨迹点中确定出目标历史航行轨迹点，其中，目标历史航行轨迹点处对应的航速大于等于第一预设节，且小于等于第二预设节；构建模块，用于在网格结构中建立集装箱船舶的实际位置与网格结构中的位置的映射关系，并基于映射关系在网格结构中建立所有的目标历史航行轨迹点；在网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域；获取模块还用于获取每一计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的航向；确定模块还用于基于每一目标历史航行轨迹点的航向，按照每一个历史集装箱船舶的每一条历史航行轨迹，将每一条历史航行轨迹的所有目标历史航行轨迹点，分配到多个预设的航向分组中的对应的航向分组内；其中，每一个航向分组包括不同的预设的航向范围区间；计算每一计算网格区域中每一个航向分组中目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值；基于所有的航向分组中的目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，确定对应的计算网格区域是否为可能存在海上航路关键点的计算网格区域；针对每一可能存在海上航路关键点的计算网格区域，基于网格区域中按照航向区分的多组目标历史航行轨迹点，确定准海上航路关键点；获取模块还用于获取至少一个参考关键点；确定模块还用于基于每一个参考关键点的经度和纬度，在所有的准海上航路关键点中确定出与参考关键点的经度差和纬度差都在预设角度之内的准海上航路关键点；计算准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离；在距离小于预设距离时，确定该准海上航路关键点为海上航路关键点；预设角度大于等于0.5°，且小于等于1.5°。

本发明第三方面提供了一种集装箱船舶海上航路关键点的确定装置，包括储存器和处理器，储存器上存储有计算机程序或指令，处理器执行程序或指令时实现如本申请第一方面任一项技术方案提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法。

本发明第四方面提供了一种可读储存介质，可读储存介质上存储有程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如本申请第一方面任一项技术方案提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法。

根据本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实践了解到。

附图说明

根据本发明的实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了本发明的实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法的流程示意图；

图2示出了本发明的实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法的全局表面区域分割示意图；

图3示出了本发明的实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法的全局表面区域分割的另一示意图；

图4示出了本发明的实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法的海上航路关键点的线条示意图；

图5示出了本发明的实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法的航向分组的方位图；

图6示出了本发明的实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法的海上航路关键点的分布图；

图7示出了本发明的实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定装置的方框图；

图8示出了本发明的另一实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定装置的方框图。

其中，图7和图8中的零部件名称与标号的对应关系如下：

1集装箱船舶海上航路关键点的确定装置，11获取模块，12确定模块，13构建模块，14处理器，15储存器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解根据本发明的实施例的上述方面、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对根据本发明的实施例进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解根据本发明的实施例，但是，根据本发明的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，根据本发明的实施例的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明的一个实施例提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法包括如下步骤：

S102：获取满足预设条件的历史集装箱船舶的历史航行轨迹和历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息；历史航行信息包括航向、航速；

S104：根据每一个历史航行轨迹点处对应的航速，在历史航行轨迹点中确定出目标历史航行轨迹点，其中，目标历史航行轨迹点处对应的航速大于等于第一预设节，且小于等于第二预设节；

S106：在网格结构中建立集装箱船舶的实际位置与网格结构中的位置的映射关系，并基于映射关系在网格结构中建立所有的目标历史航行轨迹点；

S108：在网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域；

S110：获取每一计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的航向，基于每一目标历史航行轨迹点的航向，按照每一个历史集装箱船舶的每一条历史航行轨迹，将每一条历史航行轨迹的所有目标历史航行轨迹点，分配到多个预设的航向分组中的对应的航向分组内；其中，每一个航向分组包括不同的预设的航向范围区间；

S112：计算每一计算网格区域中每一个航向分组中目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值；

S114：基于所有的航向分组中的目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，确定对应的计算网格区域是否为可能存在海上航路关键点的计算网格区域；

S116：针对每一可能存在海上航路关键点的计算网格区域，基于网格区域中按照航向区分的多组目标历史航行轨迹点，确定准海上航路关键点；

S118：获取至少一个参考关键点，基于每一个参考关键点的经度和纬度，在所有的准海上航路关键点中确定出与参考关键点的经度差和纬度差都在预设角度之内的准海上航路关键点；

S120：计算准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离；

S122：在距离小于预设距离时，确定该准海上航路关键点为海上航路关键点。

本发明提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，包括：先获取满足预设条件的历史集装箱船舶的历史航行轨迹和历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息；历史航行信息包括航向、航速；根据每一个历史航行轨迹点处对应的航速，在历史航行轨迹点中确定出航速大于等于第一预设节，且小于等于第二预设节的目标历史航行轨迹点，在网格结构中建立集装箱船舶的实际位置与网格结构中的位置的映射关系，并基于映射关系在网格结构中建立所有的目标历史航行轨迹点，然后在网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域，获取每一计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的航向，基于每一目标历史航行轨迹点的航向，按照每一个历史集装箱船舶的每一条历史航行轨迹，将每一条历史航行轨迹的所有目标历史航行轨迹点，分配到多个预设的航向分组中的对应的航向分组内；本发明中设置8个航向分组，每一个航向分组的航向范围区间包括：（22.5°×（n-1）至22.5°×n）和（180+22.5°×（n-1）至180+22.5°×n）；其中，n为组数，且为正整数，且1≤n≤8。将所有的目标历史航行轨迹点分配到对应的航向分组后，计算每一计算网格区域中每一个航向分组中目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，然后基于8个航向分组对应的8个比值，确定对应的计算网格区域是否为可能存在海上航路关键点的计算网格区域；具体的判断方法为先计算每个航向分组中的目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，这样一共8个航向分组可以求出8个比值，然后计算该8组比值的标准差和平均值，然后计算每个航向分组的比值与平均值之间相差多少个标准差，最后如果有2个及以上的航向分组的比值与平均值相差0.92个及以上的标准差，则认定该网格有存在航路关键点的可能。针对每一可能存在海上航路关键点的计算网格区域，基于网格区域中按照航向区分的多组目标历史航行轨迹点，确定准海上航路关键点；具体而言，可使用K-means聚类算法，找到聚类核心，聚类核心即为该网格区域中的准海上航路关键点，获取系统内的至少一个参考关键点，可以理解的，可预先将《航路指南》中标定的参考关键点储存在系统内，这样就可以直接获取到参考关键点，基于每一个参考关键点的经度和纬度，在所有的准海上航路关键点中确定出与参考关键点的经度差和纬度差都在预设角度之内的准海上航路关键点，然后计算准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离，在距离小于预设距离时，确定该准海上航路关键点为海上航路关键点。本发明提供的方法能够基于历史集装箱船舶的历史路径确定出准海上航路关键点，然后与现有《航路指南》中标定的关键点，进行数据对比分析，能够在所有的准海上航路关键点中确定出更为精准的海上航路关键点，依靠本申请的方法确定的关键点相比于通过现有的《航路指南》中确定的关键点更加适用于集装箱船舶的航行，通过本申请确定的关键点来建立集装箱船舶航路网对于集装箱船舶航行而言具有更高的参考价值。同时，由于本申请的方法是依据近一年或两年的历史集装箱船舶的历史航行轨迹来确定的海上航路关键点，而《航路指南》通常每隔10余年再版一次，因此，通过本发明确定的海上航路关键点更精准，解决了《航路指南》更新慢，导致海上航路关键点不精准的问题。

在上述实施例中，在网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域的步骤包括：在网格结构中通过359条第一经度分割线和179条第一纬度分割线将全局地表均匀划分成多个一级网格区域；其中，每相邻两条第一经度分割线的所在经度相差1°，每相邻两条第一纬度分割线的所在纬度相差1°；将每个一级网格区域通过1条第二经度分割线和1条第二纬度分割线平均划分成4个二级网格区域；将每个二级网格区域通过1条第三经度分割线和1条第三纬度分割线平均划分成4个三级网格区域；将每个三级网格区域通过1条第四经度分割线和1条第四纬度分割线平均划分成4个四级网格区域，以实现将全局地表均匀划分成多个四级网格区域；其中计算网格区域为四级网格区域。通过将全局地表均匀划分成多个四级网格区域，这样可以使得每一个网格区域的面积适当，可以提高关键点的发现效率。可以理解的，海上航路关键点的地理可控制在10海里左右，也即最近的两个海上航路关键点一般也就在10海里左右，通过本申请的四级网格划分，得到的四级网格区域对应精度为7.5海里左右，这样就可以避免网格过多导致计算量复杂，又可以避免网格过少，导致遗漏了一些海上航路关键点。

在上述实施例中，准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离，通过如下公式计算：

r；

其中，a表示准海上航路关键点与参考关键点纬度差值，即a=lat1-lat2，acrsin表示反正弦函数，lat1表示准海上航路关键点的纬度，lat2表示参考关键点的纬度，b表示准海上航路关键点与参考关键点经度差值，r表示地球半径。

在上述实施例中，预设条件包括货量大于等于4000TEU（Twenty-feet EquivalentUnit，是以长度为20英尺的集装箱为国际计量单位,也称国际标准箱单位）的历史集装箱船舶。

在上述实施例中，第一预设节大于等于10节，且小于等于14节。进一步，第一预设节为12节。第二预设节大于等于22节，且小于等于26节。进一步，第二预设节为24节。通过限定船速这样可以将一些漂航、锚泊以及靠泊的船位点去掉，确保确定出的历史航行轨迹为集装箱船舶正常航行时的历史航行轨迹。

在上述实施例中，预设角度大于等于0.5°，且小于等于1.5°。进一步，预设角度为1°，也即基于航路指南获取到至少一个参考关键点之后，从所有的准海上航路关键点中筛选出与参考关键点的经度差和纬度差都在1°之内的准海上航路关键点，然后计算这些准海上航路关键点与最近的参考关键点之间的距离，这样可以进一步提高海上航路关键点确定的精准率。

在上述实施例中，预设距离小于等于111120米，也即当计算出的准海上航路关键点与最近的参考关键点之间的距离小于等于111120米，说明这个准海上航路关键点有可能是海上航路关键点，如果两者的距离大于111120米，说明两者的距离过远，这个时候就可能不是海上航路关键点，属于系统的计算误差，当然对于这个大于111120米的准海上航路关键点，后期还需要用户根据自己的经验具体判断。

本发明的另一实施例提供了集装箱船舶海上航路关键点的确定方法包括如下步骤：

步骤1: 数据提取

选取全局范围内载货量在4000TEU以上的2300艘左右的大型集装箱船舶，提取这些集装箱船舶历年的历史航行轨迹和历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息，历史航行信息包括MMSI、经度、纬度、航向、航速、船首向等。

步骤2: 数据筛选

由于海上航路关键点大多是多个航路相互交叉的地点，不是船舶抛锚等待、驶入航道以及靠泊的位置，依靠这个特性，在本申请中，只需要将集装箱船舶运动的轨迹保留即可，所以将步骤 1 获得的数据进行筛选，只保留航速大于等于12节的集装箱船舶轨迹点，形成数据集合。以SD表示集装箱船舶的轨迹集合，其中SD={S1，S2，...，SN}，集装箱船舶轨迹S是只保留了航速大于12节轨迹点的组合，船舶轨迹点表示为P={Pi|1≤i≤n}，其中，Pi为集装箱船舶轨迹点，n为集装箱船舶轨迹点的个数，i为序号。轨迹点Pi由经度、纬度、航速、航向、船首向以及时间戳组成，如下表表一所示。

轨迹点编码	经度	纬度	航速（节）	轨迹航向（度）	更新时间（北京时间）	船首向（度）
							477360800	-171.654847	43.483742	21	91	2021-9-1 2：26	91
477020400	-171.532282	43.48295	20.8	90.5	2021-9-1 2：41	90
							209546243	-171.465677	43.482412	20.9	90.7	2021-9-1 2：50	92
477117900	-171.42516	43.482128	21.1	90.9	2021-9-1 2：55	91

表一

步骤3：构建适用于航海领域的等经纬度网格

采用等经纬度网格的方式，将全局划分成多个等经纬度的网格区域。第1层（Level0）以本初子午线和北纬90°的交点作为起点，采用“Z”字型的编码方式，将地球表面划分为1°×1°的网格区域，也即在网格结构中通过359条第一经度分割线和179条第一纬度分割线将全局地表均匀划分成多个一级网格区域；其中，每相邻两条第一经度分割线的所在经度相差1°，每相邻两条第一纬度分割线的所在纬度相差1°；分割成1°×1°的一级网格区域后，然后再将每个一级网格区域作为父节点进行等经纬度4分，递归四分地球表面，也即将每个一级网格区域通过1条第二经度分割线和1条第二纬度分割线平均划分成4个二级网格区域；再将每个二级网格区域通过1条第三经度分割线和1条第三纬度分割线平均划分成4个三级网格区域；以此类推，直到12层。网格区域的编码方式是，第1层使用001001...180360命名，其他层的网格区域编码在父网格区域的基层上采用“Z”字型递归增加0、1、2、3，具体的，一级划分如图2所示，二级划分如图3所示，全部划分完成，将形成空间网格大小在几十米到十数万米不等的空间区域，具体如表二所示。

层级	网格划分（度）	地理经度（海里）	地理经度（米）
				1	1	60	111120
2	0.5	30	55560
				3	0.25	15	27780
4	0.125	7.5	13890
				5	0.0625	3.75	6945
6	0.03125	1.875	3472.5
				7	0.015625	0.9375	1736.3
8	0.0078125	0.46875	868.1
				9	0.00380625	0.234375	434.1
10	0.001953125	0.1171875	217
				11	0.000976563	0.05859375	108.5
12	0.000488281	0.029296875	54.3

表二

步骤4：基于网格的数据提取及划分

根据集装箱船舶海上航行经验判断，普通的海上关键点的地理可控制在10海里左右，结合上述的网格划分，以四级网格区域对应精度为7.5海里的网格为准，提取该四级网格区域内的符合条件的集装箱船舶轨迹数据，建立新的轨迹点GD={Gj|1≤j≤m}，其中，GD为轨迹点的集合，Gj为每个网格中的集装箱船舶轨迹点，m代表轨迹点的个数，j为序号。

步骤 5：找到方向性相对一致的集装箱船舶轨迹点

经研究发现，海上航路关键点往往是海上多个航线的交汇点，在这个交汇点附近存在着若干种航向不同的轨迹，但是航向大部分又有相当的一致性，相同或者相反，关键点呈现多航路汇聚的特征，如图4所示，图4中数字1、2、3、4所在位置就是多航路汇聚的位置，也即图4中黑色线条为船舶的历史航行轨迹，而历史航行轨迹的汇聚的位置1、2、3、4的位置就是海上航路关键点的位置。

在航海学上，广大的海员通常使用罗经点法来粗略的标记航向，它是以北（N）、东（E）、南（S）、西（W）四个基点将方向分为4个象限；然后以四个隅点，划分每两个相邻基点之间的方向，即北东（NE）、南东（SE）、南西（SW）、北西（NW）；然后再以八个三字点，划分基点和隅点之间的方向（书写时将基点写在前面），即北北东（NNE）、东北东（ENE）、东南东（ESE）、南南东（SSE）、南南西（SSW）、西南西（WSW）、西北西（WNW）、北北西（NNW）。将方向分成了16个方向，每个方向是360/16=22.5°，也即北北东（NNE）的方向的角度集合为0°至22.5°，北东（NE）的方向的角度集合为22.5°至45°，东北东（ENE）的方向的角度集合为45°至67.5°，东（E）67.5°至90°，东南东（ESE）的角度集合为90°至112.5°，南东（SE）的角度集合为112.5°至135°，南南东（SSE）的角度集合为135°至157.5°，南（S）的角度集合为157.5°至180°，南南西（SSW）的角度集合为180°至202.5°，南西（SW）的角度集合为202.5°至225°，西南西（WSW）的角度集合为225°至247.5°，西（W）的角度集合为247.5°至270°，西北西（WNW）的角度集合为270°至292.5°，北西（NW）的角度集合为292.5°至315°，北北西（NNW）的角度集合为315°至337.5°，北（N）的角度集合为337.5°至360°，具体如图5所示。

根据单位网格内集装箱船舶轨迹点上集装箱船舶航向属性，从0°开始，每隔22.5°做一个航向梯度，功能分成16组，但是又因为在航向相反的情况下，对发现航线关键点并不影响，故可将航向梯度划分8个等级，具体如表三所示。

组名	方向集合	角度集合（度）
			1	NNE，SSW	0-22.5，180-202.5
2	NE，SW	22.5-45，205.5-225
			3	ENE，WSW	45-67.5，225-247.5
4	E，W	67.5-90，247.5-270
			5	ESE，WNW	90-112.5，270-292.5
6	SE，NW	112.5-135，292.5-315
			7	SSE，NNW	135-157.5，315-337.5
8	S，N	157.5-180，337.5-360

表三

根据航向的分类，将数据集合GD的数据重新划分，建立以集装箱船舶航向为主要标识的新轨迹集合CD={Cθ|1≤θ≤360}，CD为轨迹点的集合，Cθ为航向为θ的轨迹点，θ为航向，也即将网格区域内所有的轨迹点按照不同的航向分组分配到对应的分组内，统计每个航向分组中的目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，这样一共8个航向分组可以求出8组比值，然后计算该8组比值的标准差和平均值，然后计算每个航向分组的比值与平均值之间相差多少个标准差，最后如果有2个及以上的航向分组的比值与平均值相差0.92个及以上的标准差，则认定该网格有存在航路关键点的可能。

步骤 6：使用轨迹聚类算法，计算出带有航向属性的航路关键点

针对步骤 5中的分析，找出那些具有可能存在海上航路关键点的计算网格区域，对该网格区域内按照航向区分的8组集装箱船舶轨迹，使用K-means聚类算法，找到聚类核心，将该中心定义为该组内的准海上航路关键点，该准海上航路关键点信息包含网格编号、航向组号、经度、纬度等4类信息，统称集合KD={Ki|1≤i≤8}，其中KD为准海上航路关键点的集合，Ki为准海上航路关键点，i为准海上航路关键点的序号。

步骤 7：结合《航路指南》，对得出的关键点进行融合过滤

为了使得航路的关键点更加准确，导入《航路指南》中的参考关键点坐标，找出与海上航路关键点经纬度相差1°的所有新发现的准海上航路关键点，利用地理空间计算公式，计算得出两者之间的距离，计算公式如下：

r；

其中，a表示准海上航路关键点与参考关键点纬度差值，即a=lat1-lat2，acrsin表示反正弦函数，lat1表示准海上航路关键点的纬度，lat2表示参考关键点的纬度，b表示准海上航路关键点与参考关键点经度差值，r表示地球半径。

由于《航路指南》中的关键点大都保留在港口、河道、岛屿、海峡附近，但有很多的点被标记在陆地上，并不能直接使用，但是可以作为筛选我们新发现航路点的基准。另外一方面，通过观察计算，我们发现几乎所有的新发现海上航路点都集中在《航路指南》中的航路点附近，为了保留更优质的关键点，去掉一些误判和冗余，将两类关键点距离大于111120米的新发现的准海上航路关键点进行删除，保留剩余的准海上航路关键点，则剩余的准海上航路关键点则为全局使用最为频繁的、最有可能的海上航路关键点，如图6所示，附图中白色背景为海域的分布，黑色的圆点即为通过本申请的方法确定的海域上的海上航路关键点的位置。至此，一种大型集装箱船舶海上航路关键点的发现方法描述完毕。

如图7所示，本发明第二方面提供了一种集装箱船舶海上航路关键点的确定装置1，集装箱船舶海上航路关键点的确定装置1包括获取模块11、确定模块12和构建模块13，获取模块11用于获取满足预设条件的历史集装箱船舶的历史航行轨迹和历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息；历史航行信息包括航向、航速；确定模块12用于根据每一个历史航行轨迹点处对应的航速，在历史航行轨迹点中确定出目标历史航行轨迹点，其中，目标历史航行轨迹点处对应的航速大于等于第一预设节，且小于等于第二预设节；构建模块13用于在网格结构中建立集装箱船舶的实际位置与网格结构中的位置的映射关系，并基于映射关系在网格结构中建立所有的目标历史航行轨迹点；在网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域；获取模块11还用于获取每一计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的航向；确定模块12还用于基于每一目标历史航行轨迹点的航向，按照每一个历史集装箱船舶的每一条历史航行轨迹，将每一条历史航行轨迹的所有目标历史航行轨迹点，分配到多个预设的航向分组中的对应的航向分组内；其中，每一个航向分组包括不同的预设的航向范围区间；计算每一计算网格区域中每一个航向分组中目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值；基于所有的航向分组中的目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，确定对应的计算网格区域是否为可能存在海上航路关键点的计算网格区域；针对每一可能存在海上航路关键点的计算网格区域，基于网格区域中按照航向区分的多组目标历史航行轨迹点，确定准海上航路关键点；获取模块11还用于基于航路指南，获取至少一个参考关键点；确定模块12还用于基于每一个参考关键点的经度和纬度，在所有的准海上航路关键点中确定出与参考关键点的经度差和纬度差都在预设角度之内的准海上航路关键点；计算准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离；在距离小于预设距离时，确定该准海上航路关键点为海上航路关键点；预设角度大于等于0.5°，且小于等于1.5°。

如图8所示，本发明第三方面提供了一种集装箱船舶海上航路关键点的确定装置1，包括储存器15和处理器14，储存器15上存储有计算机程序或指令，处理器14执行程序或指令时实现如本申请第一方面任一项技术方案提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法。

本发明第四方面提供了一种可读储存介质，可读储存介质上存储有程序或指令，程序或指令被处理器14执行时实现如本申请第一方面任一项技术方案提供的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法。

在根据本发明的实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的方面，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在根据本发明的实施例中的具体含义。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本发明的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

尽管已经采用特定结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

以上仅为根据本发明的实施例的优选实施例而已，并不用于限制根据本发明的实施例，对于本领域的技术人员来说，根据本发明的实施例可以有各种更改和变化。凡在根据本发明的实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在根据本发明的实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，其特征在于，包括：

获取满足预设条件的历史集装箱船舶的历史航行轨迹和所述历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息；所述历史航行信息包括航向、航速；

根据每一个所述历史航行轨迹点处对应的航速，在所述历史航行轨迹点中确定出目标历史航行轨迹点，其中，所述目标历史航行轨迹点处对应的航速大于等于第一预设节，且小于等于第二预设节；

在网格结构中建立集装箱船舶的实际位置与网格结构中的位置的映射关系，并基于所述映射关系在所述网格结构中建立所有的目标历史航行轨迹点；

在所述网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域；

获取每一所述计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的航向，基于每一所述目标历史航行轨迹点的航向，按照每一个历史集装箱船舶的每一条历史航行轨迹，将每一条历史航行轨迹的所有所述目标历史航行轨迹点，分配到多个预设的航向分组中的对应的航向分组内；其中，每一个航向分组包括不同的预设的航向范围区间；

计算每一所述计算网格区域中每一个航向分组中目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值；

基于所有的航向分组中的目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，确定对应的计算网格区域是否为可能存在海上航路关键点的计算网格区域；

针对每一可能存在海上航路关键点的计算网格区域，基于网格区域中按照航向区分的多组目标历史航行轨迹点，确定准海上航路关键点；

获取至少一个参考关键点，基于每一个参考关键点的经度和纬度，在所有的准海上航路关键点中确定出与参考关键点的经度差和纬度差都在预设角度之内的准海上航路关键点；

计算准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离；

在所述距离小于预设距离时，确定该准海上航路关键点为所述海上航路关键点；

所述预设角度大于等于0.5°，且小于等于1.5°。

2.根据权利要求1所述的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，其特征在于，所述在所述网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域的步骤包括：

在所述网格结构中通过359条第一经度分割线和179条第一纬度分割线将全局地表均匀划分成多个一级网格区域；其中，每相邻两条第一经度分割线的所在经度相差1°，每相邻两条第一纬度分割线的所在纬度相差1°；

将每个所述一级网格区域通过1条第二经度分割线和1条第二纬度分割线平均划分成4个二级网格区域；

将每个所述二级网格区域通过1条第三经度分割线和1条第三纬度分割线平均划分成4个三级网格区域；

将每个所述三级网格区域通过1条第四经度分割线和1条第四纬度分割线平均划分成4个四级网格区域，以实现将全局地表均匀划分成多个四级网格区域；其中所述计算网格区域为所述四级网格区域。

3.根据权利要求1所述的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，其特征在于，

准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离，通过如下公式计算：

r；

其中，a表示准海上航路关键点与参考关键点纬度差值，即a=lat1-lat2，acrsin表示反正弦函数，lat1表示准海上航路关键点的纬度，lat2表示参考关键点的纬度，b表示准海上航路关键点与参考关键点经度差值，r表示地球半径。

4.根据权利要求1所述的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，其特征在于，所述多个预设的航向分组包括8个航向分组，每一个航向分组的航向范围区间包括：

（22.5°×（n-1）至22.5°×n）和（180+22.5°×（n-1）至180+22.5°×n）；其中，n为组数，且为正整数，且1≤n≤8。

5.根据权利要求1所述的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，其特征在于，

所述预设条件包括货量大于等于4000TEU的历史集装箱船舶。

6.根据权利要求1所述的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，其特征在于，

所述第一预设节大于等于10节，且小于等于14节；

所述第二预设节大于等于22节，且小于等于26节。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法，其特征在于，

所述预设距离小于等于111120米。

8.一种集装箱船舶海上航路关键点的确定装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取满足预设条件的历史集装箱船舶的历史航行轨迹和所述历史航行轨迹上每一个历史航行轨迹点的历史航行信息；所述历史航行信息包括航向、航速；

确定模块，用于根据每一个所述历史航行轨迹点处对应的航速，在所述历史航行轨迹点中确定出目标历史航行轨迹点，其中，所述目标历史航行轨迹点处对应的航速大于等于第一预设节，且小于等于第二预设节；

构建模块，用于在网格结构中建立集装箱船舶的实际位置与网格结构中的位置的映射关系，并基于所述映射关系在所述网格结构中建立所有的目标历史航行轨迹点；在所述网格结构中通过至少两条经度分割线和至少两条纬度分割线将全局地表均匀划分成多个计算网格区域；

所述获取模块还用于获取每一所述计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的航向；

所述确定模块还用于基于每一所述目标历史航行轨迹点的航向，按照每一个历史集装箱船舶的每一条历史航行轨迹，将每一条历史航行轨迹的所有目标历史航行轨迹点，分配到多个预设的航向分组中的对应的航向分组内；其中，每一个航向分组包括不同的预设的航向范围区间；计算每一所述计算网格区域中每一个航向分组中目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值；基于所有的航向分组中的目标历史航行轨迹点的数量与对应的计算网格区域中所有目标历史航行轨迹点的数量的比值，确定对应的计算网格区域是否为可能存在海上航路关键点的计算网格区域；针对每一可能存在海上航路关键点的计算网格区域，基于网格区域中按照航向区分的多组目标历史航行轨迹点，确定准海上航路关键点；

所述获取模块还用于获取至少一个参考关键点；

所述确定模块还用于基于每一个参考关键点的经度和纬度，在所有的准海上航路关键点中确定出与参考关键点的经度差和纬度差都在预设角度之内的准海上航路关键点；计算准海上航路关键点与经度差和纬度差都在预设角度之内的参考关键点之间的距离；在所述距离小于预设距离时，确定该准海上航路关键点为所述海上航路关键点；

所述预设角度大于等于0.5°，且小于等于1.5°。

9.一种集装箱船舶海上航路关键点的确定装置，其特征在于，包括：

储存器和处理器，所述储存器上存储有计算机程序或指令，所述处理器执行所述程序或指令时实现如权利要求1至7中任一项所述的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法。

10.一种可读储存介质，其特征在于，所述可读储存介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的集装箱船舶海上航路关键点的确定方法。

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