CN116309708B - 一种锚地时空利用效率评价方法和装置 - Google Patents

一种锚地时空利用效率评价方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种锚地时空利用效率评价方法和装置，包括：获取船舶的AIS轨迹数据和锚地的空间信息数据；根据船舶的AIS轨迹数据和锚地的空间信息数据，确定船舶的锚泊轨迹；根据船舶的锚泊轨迹确定船舶在不同时刻的锚泊区域，并根据锚泊区域得到船舶在不同时刻的锚泊面积；根据船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定锚地的时空利用效率。本发明以船舶AIS数据信息和锚地空间信息为基础，可精准识别出不同船舶的锚泊面积，提升锚地时空利用效率计算的准确性；通过计算船舶在不同时刻下的锚泊面积，能够对锚地的时空利用效率进行评估，并分析不同船舶的锚泊轨迹在时间和空间上的分异特征，为港口智能调度提供技术指导。

Description

一种锚地时空利用效率评价方法和装置
技术领域
本发明涉及锚地管理技术领域，具体涉及一种锚地时空利用效率评价方法和装置。
背景技术
随着我国进出口贸易的快速发展，我国港口货物吞吐量连创新高，越来越多的船舶靠离港口，造成港内锚泊需求量大幅增加，锚泊容量不足和需求之间的矛盾愈来愈突出。如何掌握不同船舶锚泊的实际占用面积信息及其随时间的变化，并基于占用面积的时空变化对锚地的利用率进行评价，成为了优化港口锚地调度和管理的重要科学依据。
现有技术中，定点锚泊技术被广泛应用，该技术通过兼顾船舶尺度、进港顺序、船舶间距等，对锚地内锚泊船舶进行控制，为船舶进行锚位推荐，从而提升了锚地的运行效率。但此方法的假定条件为单船锚泊所占水域是一个圆形面积，而实际情况中，船舶所能利用的水域总面积还取决于锚地内船型分布和船舶实际锚泊面积，由于现有技术中船舶锚泊面积多采用统计规律来计算，因此与船舶实际占用的锚地存在差异，而且不同船舶在同一锚地的锚泊时间也是随着港口的交通状况而变化的，进而导致港口锚地时空利用率计算不准确。此外，由于没有计算港内不同锚地的时空利用范围，因此无法准确评估锚地的时空利用率，无法分析船舶锚泊规律在时间和空间上的分异特征，不能为港口智能调度提供技术指导。
因此，需要提出一种锚地时空利用效率评价方法，解决现有技术存在的由于船舶锚泊面积计算不准确，导致港口锚地利用率计算不准确，且由于船舶锚泊的时间分异特征未能充分挖掘，和没有计算港内不同锚地的时空利用范围，导致无法准确评估锚地时空利用率的技术问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种锚地时空利用效率评价方法和装置，解决现有技术由于船舶锚泊面积计算不准确，导致港口锚地利用率计算不准确，且由于船舶锚泊的时间分异特征未能充分挖掘，和没有计算港内不同锚地的时空利用范围，导致无法准确评估锚地时空利用率的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种锚地时空利用效率评价方法，包括：
获取船舶的AIS轨迹数据和锚地的空间信息数据；其中，所述AIS轨迹数据包括船舶轨迹点的时刻信息和坐标信息；
根据所述船舶的AIS轨迹数据和所述锚地的空间信息数据，确定所述船舶的锚泊轨迹；
根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，并根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积；
根据所述船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定所述锚地的时空利用效率。
进一步的，所述预设时空效率计算公式表示为：
其中，表示锚地Anc在时间区间(t1，tn)内的时空使用效率；Ark表示第k条船的锚泊面积，m表示预设时间段内锚地内锚泊的船只总数；/>表式k船在锚地Anv上在预设时间段内的停留时长；当船只在锚地发生停留时tk＝1，未发生停留时tk＝0；ArAn表示锚地Anc的面积。
进一步的，根据所述船舶的AIS轨迹数据和所述锚地的空间信息数据，确定所述船舶的锚泊轨迹，包括：
根据所述船舶的AIS轨迹数据，确定所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点；
根据所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点，得到所述船舶的锚泊轨迹。
进一步的，确定所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点，包括：
以所述船舶的任一轨迹点为射线端点，作一条平行于所述轨迹点所属坐标系横轴的基准射线；
根据所述锚地的空间信息数据确定所述锚地在所述轨迹点坐标系下的多个边界点坐标，得到所述锚地的拟合多边形；
遍历计算所述基准射线与所述拟合多边形两两相邻的边界点连线的位置关系和交点个数；
根据所述位置关系和交点个数，判断所述轨迹点是否位于所述锚地内部或边界上；
遍历所述船舶在不同时刻的轨迹点，得到所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点。
进一步的，根据所述位置关系和交点个数，判断所述轨迹点是否位于所述锚地内部或边界上，包括：
判断所述基准射线是否与所述边界点连线平行；
当所述基准射线与所述边界点连线平行时，判断所述基准射线是否与所述边界点连线存在重合线段或所述基准射线的端点是否与所述边界点连线的任一端点重合；当所述基准射线与所述边界点连线存在重合线段或所述基准射线的端点与所述边界点连线的任一端点重合时，确定所述基准射线对应的轨迹点位于所述锚地的边界上；
当所述基准射线与所述边界点连线不平行时，判断所述基准射线与所述边界点连线是否存在交点；当所述基准射线与所述边界点连线存在交点时，根据所述交点的个数确定位于所述锚地内部的轨迹点。
进一步的，根据所述交点的个数确定位于所述锚地内部的轨迹点，包括：
当所述交点的个数为奇数时，确定所述轨迹点位于所述锚地的内部；当所述交点的个数为偶数时，确定所述轨迹点位于所述锚地的外部。
进一步的，根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，包括：
将所述锚泊轨迹点中纵坐标最小的锚泊轨迹点作为锚泊区域的第一边界点；
遍历计算所述锚泊轨迹点中除第一边界点之外的所有轨迹点和所述第一边界点的连线组成的向量与坐标轴横轴的夹角；
根据所述夹角大小对所述锚泊轨迹点进行排序，将所述夹角最小值和最大值所对应的锚泊轨迹点分别作为所述锚泊区域的第二边界点和第三边界点；
基于预设判断方法，根据所述第一边界点、第二边界点和第三边界点，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点；
根据所述第一边界点、第二边界点、第三边界点和剩余锚泊轨迹点中为所述锚泊区域边界点的轨迹点，得到所述船舶的锚泊区域。
进一步的，基于预设判断方法，根据所述第一边界点、第二边界点和第三边界点，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点，包括：
将排序后的所述夹角中位于所述第一边界点和第二边界点之后的轨迹点i与所述第二边界点组成的第一向量，和所述第一边界点与第二边界点组成的第二向量进行叉积计算，根据叉积计算的结果判断所述轨迹点i是否是所述锚泊区域的第四边界点；
当所述轨迹点i是所述锚泊区域的第四边界点时，继续将所述夹角中后一个排序位对应的轨迹点i+1与所述第四边界点组成的第三向量，和所述第四边界点与所述第二边界点组成的第四向量进行叉积计算，继续判断所述轨迹点i+1是否是所述锚泊区域的边界点；
当所述轨迹点i不是所述锚泊区域的第四边界点时，将所述夹角中后一个排序位对应的轨迹点i+1与所述第二边界点组成的第五向量，和所述第二向量进行叉积计算，判断所述轨迹点i+1是否是所述锚泊区域的边界点；
依次对排序后的夹角对应的锚泊轨迹点进行遍历，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点。
进一步的，根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积，包括：
根据预设区域分割计算方法，计算不同时刻下所述锚泊区域的面积，将所述锚泊区域的面积作为所述船舶在不同时刻的锚泊面积。
本发明还提供一种锚地时空利用效率评价装置，包括：
数据获取模块，用于获取船舶的AIS轨迹数据和锚地的空间信息数据；其中，所述AIS轨迹数据包括船舶轨迹点的时刻信息和坐标信息；
锚泊轨迹确定模块，用于根据所述船舶的AIS轨迹数据和所述锚地的空间信息数据，确定所述船舶的锚泊轨迹；
锚泊面积计算模块，用于根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，并根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积；
时空利用效率评价模块，用于根据所述船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定所述锚地的时空利用效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，获取船舶的轨迹数据和锚地的空间信息数据，确定船舶的锚泊轨迹；其次，根据船舶的锚泊轨迹确定船舶在不同时刻的锚泊区域，确定船舶在不同时刻的锚泊面积；最后，根据船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定锚地的时空利用效率。本发明的方法充分利用了船舶的实际轨迹数据，以大量船舶的AIS数据信息和锚地的空间信息为基础，确定船舶在不同时刻的锚泊区域，并得到船舶的实际锚泊面积，提升了锚泊面积计算的准确性，从而为准确计算锚地时空利用效率提供了基础；通过计算船舶在不同时刻下的锚泊面积，得到了锚地的时空利用范围，能够对锚地的时空利用率进行评估，并分析不同船舶的锚泊轨迹在时间和空间上的分异特征，为港口锚地利用效率评估、港口智能调度提供技术指导，具有较强的实用性。
附图说明
图1为本发明提供的锚地时空利用效率评价方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明根据轨迹点和锚地空间信息确定的船舶锚泊轨迹点一实施例的示意图；
图3为本发明根据锚泊轨迹确定的船舶锚泊区域一实施例的示意图；
图4为本发明提供的一种锚地时空利用效率评价装置一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例提供了一种锚地时空利用效率评价方法，如图1所示，图1是所述锚地时空利用效率评价方法的流程示意图，包括：
步骤S101：获取船舶的AIS轨迹数据和锚地的空间信息数据；其中，所述AIS轨迹数据包括船舶轨迹点的时刻信息和坐标信息；
步骤S102：根据所述船舶的AIS轨迹数据和所述锚地的空间信息数据，确定所述船舶的锚泊轨迹；
步骤S103：根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，并根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积；
步骤S104：根据所述船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定所述锚地的时空利用效率。
本实施例提供的锚地时空利用效率评价方法，首先，获取船舶的轨迹数据和锚地的空间信息数据，确定船舶的锚泊轨迹；其次，根据船舶的锚泊轨迹确定船舶在不同时刻的锚泊区域，确定船舶在不同时刻的锚泊面积；最后，根据船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定锚地的时空利用效率。本实施例的方法充分利用了船舶的实际轨迹数据，以大量船舶的AIS数据信息和锚地的空间信息为基础，确定船舶在不同时刻的锚泊区域，并得到船舶的实际锚泊面积，提升了锚泊面积计算的准确性，从而为准确计算锚地时空利用效率提供了基础；通过计算船舶在不同时刻下的锚泊面积，得到了锚地的时空利用范围，能够对锚地的时空利用率进行评估，并分析不同船舶的锚泊轨迹在时间和空间上的分异特征，为港口锚地利用效率评估、港口智能调度提供技术指导，具有较强的实用性。
作为一个具体的实施例，在步骤S101中，获取船舶的AIS轨迹数据后，还包括：
对所述AIS轨迹数据进行解码，得到船舶轨迹点的时刻信息和坐标信息；
对所述时间信息和坐标信息存在异常的轨迹数据进行剔除。
作为优选的实施例，在步骤S102中，根据所述船舶的AIS轨迹数据和所述锚地的空间信息数据，确定所述船舶的锚泊轨迹，包括：
根据所述船舶的AIS轨迹数据，确定所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点；
根据所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点，得到所述船舶的锚泊轨迹。
作为优选的实施例，确定所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点，包括：
以所述船舶的任一轨迹点为射线端点，作一条平行于所述轨迹点所属坐标系横轴的基准射线；
根据所述锚地的空间信息数据确定所述锚地在所述轨迹点坐标系下的多个边界点坐标，得到所述锚地的拟合多边形；
遍历计算所述基准射线与所述拟合多边形两两相邻的边界点连线的位置关系和交点个数；
根据所述位置关系和交点个数，判断所述轨迹点是否位于所述锚地内部或边界上；
遍历所述船舶在不同时刻的轨迹点，得到所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点。
作为优选的实施例，根据所述位置关系和交点个数，判断所述轨迹点是否位于所述锚地内部或边界上，包括：
判断所述基准射线是否与所述边界点连线平行；
当所述基准射线与所述边界点连线平行时，判断所述基准射线是否与所述边界点连线存在重合线段或所述基准射线的端点是否与所述边界点连线的任一端点重合；当所述基准射线与所述边界点连线存在重合线段或所述基准射线的端点与所述边界点连线的任一端点重合时，确定所述基准射线对应的轨迹点位于所述锚地的边界上；
当所述基准射线与所述边界点连线不平行时，判断所述基准射线与所述边界点连线是否存在交点；当所述基准射线与所述边界点连线存在交点时，根据所述交点的个数确定位于所述锚地内部的轨迹点。
作为优选的实施例，根据所述交点的个数确定位于所述锚地内部的轨迹点，包括：
当所述交点的个数为奇数时，确定所述轨迹点位于所述锚地的内部；当所述交点的个数为偶数时，确定所述轨迹点位于所述锚地的外部。
作为一个具体的实施例，获取到的任意船舶的轨迹可表示为：
{(x1，y1，t1)，(x2，y2，t2)…(xi，yi，ti)，(xi+1，yi+1，ti+1)…(xn，yn，tn)}。
获取到的任一锚地Anci的空间信息可依据其边界点表示为：
对于船舶的每个轨迹点，以所述轨迹点作为端点，向右作一条平行射线，判断该平行射线是否与锚地的边界平行。
如果对于任意相邻的锚地边界点存在yAnci，i＝yAnci，i+1，则说明该射线与锚地边界平行。
当该射线与所述锚地平行时，若xAnci,i<xi<xAnci,i+1且yi＝yAnci,i，则说明该轨迹点在该锚地边界上；若yi＝yAnci,i且xAnci,i＝xi或xi＝xAnci,i+1，则说明该轨迹点与锚地边界点重合。
如果该射线与锚地边界不平行，则首先判断锚地边界是否在该射线的上方或下方。如果yAnci，i＞yi且yAnci，i+1＞yi，则锚地边界在射线的上方；如果yAnci，i＜yi且yAnci，i+1＜yi，则锚地边界在射线的下方。
如果则说明锚地边界和该射线存在交点。依次判断船舶轨迹点与锚地边界的交点个数，如果交点个数为奇数，则位于锚地内部；如果为偶数，则位于锚地外部。
将不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点标记为船舶的锚泊轨迹点，将锚泊轨迹点表示为：
(xA1，yA1，tA1)，(xA2，yA2，tA2)…(xAi，yAi，tAi)，(xAi+1，yAi+1，tAi+1)…(xAn，yAntAn)。
如图2所示，图2是通过上述方法提取出的船舶锚泊轨迹示意图，图2上方的轨迹点为第一船舶的锚泊轨迹点，图2下方的轨迹点为第二船舶的锚泊轨迹点。
作为优选的实施例，在步骤S103中，根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，包括：
将所述锚泊轨迹点中纵坐标最小的锚泊轨迹点作为锚泊区域的第一边界点；
遍历计算所述锚泊轨迹点中除第一边界点之外的所有轨迹点和所述第一边界点的连线组成的向量与坐标轴横轴的夹角；
根据所述夹角大小对所述锚泊轨迹点进行排序，将所述夹角最小值和最大值所对应的锚泊轨迹点分别作为所述锚泊区域的第二边界点和第三边界点；
基于预设判断方法，根据所述第一边界点、第二边界点和第三边界点，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点；
根据所述第一边界点、第二边界点、第三边界点和剩余锚泊轨迹点中为所述锚泊区域边界点的轨迹点，得到所述船舶的锚泊区域。
作为优选的实施例，基于预设判断方法，根据所述第一边界点、第二边界点和第三边界点，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点，包括：
将排序后的所述夹角中位于所述第一边界点和第二边界点之后的轨迹点i与所述第二边界点组成的第一向量，和所述第一边界点与第二边界点组成的第二向量进行叉积计算，根据叉积计算的结果判断所述轨迹点i是否是所述锚泊区域的第四边界点；
当所述轨迹点i是所述锚泊区域的第四边界点时，继续将所述夹角中后一个排序位对应的轨迹点i+1与所述第四边界点组成的第三向量，和所述第四边界点与所述第二边界点组成的第四向量进行叉积计算，继续判断所述轨迹点i+1是否是所述锚泊区域的边界点；
当所述轨迹点i不是所述锚泊区域的第四边界点时，将所述夹角中后一个排序位对应的轨迹点i+1与所述第二边界点组成的第五向量，和所述第二向量进行叉积计算，判断所述轨迹点i+1是否是所述锚泊区域的边界点；
依次对排序后的夹角对应的锚泊轨迹点进行遍历，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点。
通过上述的锚泊面积计算方法，可体现船舶真实的锚泊过程、识别不同船舶锚泊实际的占用面积及其随时间的变化；能够基于船舶锚泊轨迹精准识别出不同船舶的锚泊面积，为提升港口锚地的时空使用效率、优化锚地规划调整提供基础。
下面通过一个具体的实施例对上述锚泊区域确定方法进行说明。
第一步：依次遍历船舶的锚泊轨迹点，找到纵坐标最小的点，记为(xA，yAmin，tA)；
第二步：计算锚泊轨迹中其他各点与(xA，yAmin，tA)所构建的向量与x轴的夹角a，以点(xAi，yAi，tAi)为例，计算公式为：
第三步：根据夹角由小至大排列，从而得到排序后的锚泊轨迹点，
(xA，yAmin，tA)，(xA1′.yA1′，tA1′)，(xA2′，yA2′，tA2′)…(xAi′，yAi′，tAi′)，记为(xAi+1′，yAi+1′，tAi+1′)…(xAn′，yAn′，tAn′)。
第四步：确定包含所有所述锚泊轨迹点的多边形，将所述多边形记为所述船舶的锚泊区域。对于纵坐标最小的轨迹点、夹角最小的轨迹点、夹角最大的轨迹点，即(xA，yAmin，tA)和(xA1′，yA1′，tA′)以及(xAn′，yAn′，tAn′)，一定是所述多边形的边界点，接着依次判断其他锚泊轨迹点是否是所述多边形的边界点。
以轨迹点(xA2,yA2,tA2)的判断为例，
如果(xA1-xA)*(yA2-yA1)-(xA2-xA1)*(yA1-yAmin)<0，
则(xA2,yA2,tA2)不是所述多边形的边界点，反之(xA2,yA2,tA2)是所述多边形的边界点。
当轨迹点(xA2,yA2,tA2)是所述多边形的边界点时，对于轨迹点(xA3,yA3,tA3)，如果(xA2-xA1)*(yA3-yA2)-(xA3-xA2)*(yA2-yA1)<0，则(xA3,yA3,tA3)不是所述多边形的边界点，反之(xA3,yA3,tA3)是所述多边形的边界点。
当轨迹点(xA2,yA2,tA2)不是所述多边形的边界点时，对于轨迹点(xA3,yA3,tA3)，如果
(xA1-xA)*(yA3-yA1)-(xA3-xA1)*(yA1-yAmin)<0，则(xA3,yA3,tA3)不是所述多边形的边界点，反之(xA3,yA3,tA3)是所述多边形的边界点。
同理，对于轨迹点(xAi+1,yAi+1,tAi+1)，如果(xAi-xAi-1)*(yAi+1-yAi)-(xAi+1-xAi)*(yAi-yAi-1)<0，则(xAi+1,yAi+1,tAi+1)不在多边形上，反之在多边形上。
其中，(xAi,yAi)和(xAi-1,yAi-1)为已经确定是所述多边形的边界点的轨迹点。
通过上述步骤，得到所述多边形的所有边界点，对所述边界点进行重新编号，将组成所述多边形的轨迹点表示为：
(xA，yAmin，tA)，(xA1，yA1，tA1，)，(xA2Con，yA2Con，tA2Con)…(xAi-1Con，yAi-1Con，tAi-1Con)，(xAiCon,yAiCon,tAiCon),...,(xAn-1Con,yAn-1Con,tAn-1Con),(xAn,yAn,tAn)。
如图3所示，图3是基于上述多边形边界点确认方法得到的船舶锚泊区域。
因此，船舶在不同时刻的锚泊面积，可通过计算所述多边形在不同时刻的面积大小来确定。作为优选的实施例，根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积，包括：
根据预设区域分割计算方法，计算不同时刻下所述锚泊区域的面积，将所述锚泊区域的面积作为所述船舶在不同时刻的锚泊面积。
作为一个具体的实施例，所述预设区域分割计算方法的思路为：将任一个所述锚泊区域的边界点作为基准点，依次将相邻的锚泊区域边界上的其他两个轨迹点与所述基准点进行连线，得到第一分割区域三角形；遍历所述锚泊区域边界点剩余的所有轨迹点，将所有分割区域的面积进行求和，从而得到锚泊区域的面积。
以基准点是(xA，xAmin，tA)为例，所述锚泊面积的计算公式为：
Area＝0.5*[|(xA1-xA)*(yA2Con-yA1)-(xA2Con-xA1)*(yA1-yAmin)|]+...+0.5*[|(xAi-1Con-xA)*(yAiCon-yAmin)-(xAiCon-xA)*(yAi-1Con-yAmin)|]+...+0.5*[|(xAn-1Con-xA)*(yAn-yA)-(xAn-xA)*(yAn-yAmin)|]
通过上述锚泊区域确定方法和面积计算方法，提升锚泊面积计算的精准性，能够准确把握不同船舶在不同时间在不同锚地的锚泊面积，为后续精准评估锚地利用效率提供了基础。
作为一个具体的实施例，在求得了不同船舶的锚泊面积的基础上，可结合船舶信息(包括船舶类型、船舶大小、船舶载重、船舶吨位等)，对不同特征的船舶对应的锚泊面积进行时空差异的分析。
作为优选的实施例，在步骤S104中，所述预设时空效率计算公式表示为：
其中，表示锚地Anc在时间区间(t1，tn)内的时空使用效率；Ark表示第k条船的锚泊面积，m表示预设时间段内锚地内锚泊的船只总数；/>表式k船在锚地Anc上在预设时间段内的停留时长；当船只在锚地发生停留时tk＝1，未发生停留时tk＝0；ArAn表示锚地Anc的面积。
通过上述公式，能够基于一段时间内不同船舶在锚地锚泊面积的时空变化特征，评估该段时间内锚地的时空使用效率，不仅可以分析不同船舶的锚泊面积在时间和空间上的分异特征，并且能够基于大量船舶的锚泊情况，评估锚地的时空使用效率，如表1所示基于开源数据对美国洛杉矶港口不同锚地2014年5月的时空使用效率进行评估。
表1美国洛杉矶港口不同锚地的时空利用率评估
本发明实施例还提供一种锚地时空利用效率评价装置，如图4所示，所述锚地时空利用效率评价装置400包括：
数据获取模块401，用于获取船舶的AIS轨迹数据和锚地的空间信息数据；其中，所述AIS轨迹数据包括船舶轨迹点的时刻信息和坐标信息；
锚泊轨迹确定模块402，用于根据所述船舶的AIS轨迹数据和所述锚地的空间信息数据，确定所述船舶的锚泊轨迹；
锚泊面积计算模块403，用于根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，并根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积；
时空利用效率评价模块404，用于根据所述船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定所述锚地的时空利用效率。
本发明公开的一种锚地时空利用效率评价方法和装置，首先，获取船舶的轨迹数据和锚地的空间信息数据，确定船舶的锚泊轨迹；其次，根据船舶的锚泊轨迹确定船舶在不同时刻的锚泊区域，确定船舶在不同时刻的锚泊面积；最后，根据船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定锚地的时空利用效率。
本发明的方法充分利用了船舶的实际轨迹数据，以大量船舶的AIS数据信息和锚地的空间信息为基础，确定船舶在不同时刻的锚泊区域，并得到船舶的实际锚泊面积，提升了锚泊面积计算的准确性，从而为准确计算锚地利用效率提供了基础；通过计算船舶在不同时刻下的锚泊面积，得到了锚地的时空利用范围，能够对锚地的时空利用率进行评估，并分析不同船舶的锚泊轨迹在时间和空间上的分异特征，为港口锚地时空利用效率评估、港口智能调度提供技术指导，具有较强的实用性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锚地时空利用效率评价方法，其特征在于，包括：
获取船舶的AIS轨迹数据和锚地的空间信息数据；其中，所述AIS轨迹数据包括船舶轨迹点的时刻信息和坐标信息；
根据所述船舶的AIS轨迹数据和所述锚地的空间信息数据，确定所述船舶的锚泊轨迹；
根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，并根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积；
根据所述船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定所述锚地的时空利用效率；
其中，以所述船舶的任一轨迹点为射线端点，作一条平行于所述轨迹点所属坐标系横轴的基准射线；根据所述锚地的空间信息数据确定所述锚地在所述轨迹点坐标系下的多个边界点坐标，得到所述锚地的拟合多边形；遍历计算所述基准射线与所述拟合多边形两两相邻的边界点连线的位置关系和交点个数；根据所述位置关系和交点个数，判断所述轨迹点是否位于所述锚地内部或边界上；遍历所述船舶在不同时刻的轨迹点，得到所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点；
根据所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点，得到所述船舶的锚泊轨迹；
将所述锚泊轨迹点中纵坐标最小的锚泊轨迹点作为锚泊区域的第一边界点；遍历计算所述锚泊轨迹点中除第一边界点之外的所有轨迹点和所述第一边界点的连线组成的向量与坐标轴横轴的夹角；根据所述夹角大小对所述锚泊轨迹点进行排序，将所述夹角最小值和最大值所对应的锚泊轨迹点分别作为所述锚泊区域的第二边界点和第三边界点；基于预设判断方法，根据所述第一边界点、第二边界点和第三边界点，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点；根据所述第一边界点、第二边界点、第三边界点和剩余锚泊轨迹点中为所述锚泊区域边界点的轨迹点，得到所述船舶的锚泊区域。
2.根据权利要求1所述的一种锚地时空利用效率评价方法，其特征在于，所述预设时空效率计算公式表示为：
其中，表示锚地/>在时间区间/>内的时空使用效率；/>表示第k条船的锚泊面积，m表示预设时间段内锚地内锚泊的船只总数；/>表式k船在锚地/>上在预设时间段内的停留时长；当船只在锚地发生停留时/>，未发生停留时/>；/>表示锚地/>的面积。
3.根据权利要求1所述的一种锚地时空利用效率评价方法，其特征在于，根据所述位置关系和交点个数，判断所述轨迹点是否位于所述锚地内部或边界上，包括：
判断所述基准射线是否与所述边界点连线平行；
当所述基准射线与所述边界点连线平行时，判断所述基准射线是否与所述边界点连线存在重合线段或所述基准射线的端点是否与所述边界点连线的任一端点重合；当所述基准射线与所述边界点连线存在重合线段或所述基准射线的端点与所述边界点连线的任一端点重合时，确定所述基准射线对应的轨迹点位于所述锚地的边界上；
当所述基准射线与所述边界点连线不平行时，判断所述基准射线与所述边界点连线是否存在交点；当所述基准射线与所述边界点连线存在交点时，根据所述交点的个数确定位于所述锚地内部的轨迹点。
4.根据权利要求3所述的一种锚地时空利用效率评价方法，其特征在于，根据所述交点的个数确定位于所述锚地内部的轨迹点，包括：
当所述交点的个数为奇数时，确定所述轨迹点位于所述锚地的内部；当所述交点的个数为偶数时，确定所述轨迹点位于所述锚地的外部。
5.根据权利要求1所述的一种锚地时空利用效率评价方法，其特征在于，根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，包括：
将所述锚泊轨迹点中纵坐标最小的锚泊轨迹点作为锚泊区域的第一边界点；
遍历计算所述锚泊轨迹点中除第一边界点之外的所有轨迹点和所述第一边界点的连线组成的向量与坐标轴横轴的夹角；
根据所述夹角大小对所述锚泊轨迹点进行排序，将所述夹角最小值和最大值所对应的锚泊轨迹点分别作为所述锚泊区域的第二边界点和第三边界点；
基于预设判断方法，根据所述第一边界点、第二边界点和第三边界点，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点；
根据所述第一边界点、第二边界点、第三边界点和剩余锚泊轨迹点中为所述锚泊区域边界点的轨迹点，得到所述船舶的锚泊区域。
6.根据权利要求5所述的一种锚地时空利用效率评价方法，其特征在于，基于预设判断方法，根据所述第一边界点、第二边界点和第三边界点，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点，包括：
将排序后的所述夹角中位于所述第一边界点和第二边界点之后的轨迹点i与所述第二边界点组成的第一向量，和所述第一边界点与第二边界点组成的第二向量进行叉积计算，根据叉积计算的结果判断所述轨迹点i是否是所述锚泊区域的第四边界点；
当所述轨迹点i是所述锚泊区域的第四边界点时，继续将所述夹角中后一个排序位对应的轨迹点i+1与所述第四边界点组成的第三向量，和所述第四边界点与所述第二边界点组成的第四向量进行叉积计算，继续判断所述轨迹点i+1是否是所述锚泊区域的边界点；
当所述轨迹点i不是所述锚泊区域的第四边界点时，将所述夹角中后一个排序位对应的轨迹点i+1与所述第二边界点组成的第五向量，和所述第二向量进行叉积计算，判断所述轨迹点i+1是否是所述锚泊区域的边界点；
依次对排序后的夹角对应的锚泊轨迹点进行遍历，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点。
7.根据权利要求1所述的一种锚地时空利用效率评价方法，其特征在于，根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积，包括：
根据预设区域分割计算方法，计算不同时刻下所述锚泊区域的面积，将所述锚泊区域的面积作为所述船舶在不同时刻的锚泊面积。
8.一种锚地时空利用效率评价装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取船舶的AIS轨迹数据和锚地的空间信息数据；其中，所述AIS轨迹数据包括船舶轨迹点的时刻信息和坐标信息；
锚泊轨迹确定模块，用于根据所述船舶的AIS轨迹数据和所述锚地的空间信息数据，确定所述船舶的锚泊轨迹；
锚泊面积计算模块，用于根据所述船舶的锚泊轨迹确定所述船舶在不同时刻的锚泊区域，并根据所述锚泊区域得到所述船舶在不同时刻的锚泊面积；
时空利用效率评价模块，用于根据所述船舶在不同时刻的锚泊面积和预设时空效率计算公式确定所述锚地的时空利用效率；
其中，以所述船舶的任一轨迹点为射线端点，作一条平行于所述轨迹点所属坐标系横轴的基准射线；根据所述锚地的空间信息数据确定所述锚地在所述轨迹点坐标系下的多个边界点坐标，得到所述锚地的拟合多边形；遍历计算所述基准射线与所述拟合多边形两两相邻的边界点连线的位置关系和交点个数；根据所述位置关系和交点个数，判断所述轨迹点是否位于所述锚地内部或边界上；遍历所述船舶在不同时刻的轨迹点，得到所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点；
根据所述船舶在不同时刻位于所述锚地内部或边界上的轨迹点，得到所述船舶的锚泊轨迹；
将所述锚泊轨迹点中纵坐标最小的锚泊轨迹点作为锚泊区域的第一边界点；遍历计算所述锚泊轨迹点中除第一边界点之外的所有轨迹点和所述第一边界点的连线组成的向量与坐标轴横轴的夹角；根据所述夹角大小对所述锚泊轨迹点进行排序，将所述夹角最小值和最大值所对应的锚泊轨迹点分别作为所述锚泊区域的第二边界点和第三边界点；基于预设判断方法，根据所述第一边界点、第二边界点和第三边界点，判断剩下的所述锚泊轨迹点是否为所述锚泊区域的边界点；根据所述第一边界点、第二边界点、第三边界点和剩余锚泊轨迹点中为所述锚泊区域边界点的轨迹点，得到所述船舶的锚泊区域。
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