KR101902997B1 - Automatic identification system for anomaly operation status of ship using unsupervised learning method and method thereof - Google Patents

Automatic identification system for anomaly operation status of ship using unsupervised learning method and method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101902997B1
KR101902997B1 KR1020180036732A KR20180036732A KR101902997B1 KR 101902997 B1 KR101902997 B1 KR 101902997B1 KR 1020180036732 A KR1020180036732 A KR 1020180036732A KR 20180036732 A KR20180036732 A KR 20180036732A KR 101902997 B1 KR101902997 B1 KR 101902997B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ship
learning
data
vessel
state
Prior art date
Application number
KR1020180036732A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
오재용
김혜진
박세길
Original Assignee
한국해양과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양과학기술원 filed Critical 한국해양과학기술원
Priority to KR1020180036732A priority Critical patent/KR101902997B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101902997B1 publication Critical patent/KR101902997B1/en
Priority to JP2019065483A priority patent/JP6633792B2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08GTRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00Traffic control systems for marine craft
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02Neural networks
    • G06N3/08Learning methods
    • G06Q50/30
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/40Business processes related to the transportation industry

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Operations Research (AREA)

Abstract

The present invention relates to an automatic identification system for the abnormal operation status of a vessel using an unsupervised learning method and a method thereof. Especially, the automatic identification system receives the track data of a radar and a vessel′s automatic identification device (AIS) in a vessel traffic service system (VTS) to perform unsupervised learning, automatically determines the operation status of the vessel operating a control area by using the learning result, identifies an abnormal operation ship, and displays the result. The automatic identification system includes a vessel traffic database, an unsupervised learning machine, an abnormal status checking device and a vessel traffic control information display device.

Description

비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템 및 그 방법{AUTOMATIC IDENTIFICATION SYSTEM FOR ANOMALY OPERATION STATUS OF SHIP USING UNSUPERVISED LEARNING METHOD AND METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic identification system for a ship,

본 발명은 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 해상교통관제시스템(Vessel Traffic Service System; VTS)에서 선박 자동식별장치(AIS) 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 비지도 학습(unsupervised learning)시켜 그 학습결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여서 이상 운항 선박을 식별하고 그 결과를 표시하는, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. [0001] The present invention relates to a system and method for automatically detecting an abnormal operation status of a ship using a non-guidance learning method, and more particularly, to a system and method for detecting an abnormal operation status of a ship by using an automatic navigation system (AIS) A vessel using an unoccupied learning method for automatically identifying the operation status of a ship operating the control zone using the learning result and identifying the abnormal operation ship and displaying the result, The present invention relates to an automatic abnormality detection system and method thereof.

일반적으로 해상교통관제시스템(Vessel Traffic Service System)은 해상교통량의 폭주, 위험화물의 증가와 잠재적인 환경오염의 위험 등에서 항만의 안전 또는 항만운영 효율성을 제고하기 위해 실시하는 통항서비스를 제공하는 시스템이다. 해상교통관제시스템은 관제 구역 내에서 주변상황, 해상교통상황 등의 정보를 선박에 적시에 제공하여 선박에서의 항해의사 결정과정에 도움이 될 수 있도록 한다. 해상교통관제시스템은 한국에 있어서 1993년 포항항에 처음 도입된 이후 전국 14개 무역항만과 진도 연안에 설치되어 있다. In general, the Vessel Traffic Service System is a system that provides traffic services to enhance port safety or harbor operation efficiency in terms of traffic congestion, increase in dangerous cargo, and potential environmental pollution . The maritime traffic control system provides information on the maritime situation and marine traffic situation to the ship in a timely manner in the control area, so that it can help the maritime decision making process on the ship. The maritime traffic control system was first installed in Korea in Pohang Port in 1993 and has been installed in 14 trade ports and coastal areas of JinDo.

한편, 거동 이상 선박은 밀수선, 도주선, 사고선박, 무동력 운항선, 조정 불능 선박 등, 비정상적 항행 선박을 의미한다. 이와 같은 거동 이상 선박은 일반적으로 갈지자 모양으로 항로를 이탈하고 복귀하는 것을 반복하거나, 급격한 선속 변화가 있거나, 제자리를 선회하거나, 급격하게 항로를 변경하는 패턴으로 항행함으로써 정상적으로 운행하는 선박에 심각한 영향을 초래할 수 있게 된다.On the other hand, the abnormal ship refers to an abnormal navigation ship, such as a smuggler, escape vessel, accident vessel, non-powered vessel, and unregulated vessel. Above such behavior, the ship generally has a serious effect on the ship which normally operates by repeating departure and return of the route in the form of a gaiter, by a sudden change of line speed, by turning around, or by suddenly changing the route .

한국 특허 등록 제1281673호 공보에는 거동 이상 선박을 자동으로 식별할 수 있는 이상 항해 식별용 퍼지추론 알고리즘을 제공하여 전문가나 숙련도 없이도 거동 이상 선박의 식별이 정확하고 정밀하게 수행되고, 인적 자원에 의해 거동 이상 선박의 식별 작업이 효과적으로 보완될 수 있는 새로운 형태의 지능형 항해 거동 이상 선박 식별방법이 개시되어 있다. Korean Patent Registration No. 1281673 proposes a fuzzy reasoning algorithm for abnormal navigation identification that can automatically identify a malfunctioning ship so that identification of the malfunctioning ship can be performed accurately and precisely without expertise or proficiency, There is disclosed a new type of intelligent navigation operation abnormal vessel identification method in which the identification work of the abnormal ship can be effectively supplemented.

이와 같은 종래의 기술은 입력되는 각 항목의 이상상태를 구간함수로 정의하고 이를 합산하여 거동 이상 정도를 산출하는 방식으로서, 각 항목에 대해 변화량의 크기, 누적 변화량 등의 크기를 미리 정의해야하는 문제가 있으며, 이러한 구간 정의 내용이 전체 시스템의 성능에 악영향을 미치게 된다.Such a conventional technique is a method for calculating an abnormal state of an input item by defining an abnormal state as an interval function and summing the calculated abnormal state to calculate a degree of behavior abnormality. The problem that the magnitude of the amount of change and the cumulative amount of change must be defined in advance for each item , And the definition of this section has an adverse effect on the performance of the entire system.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 퍼지추론 방법과 같이 시스템의 파라미터를 하나하나 조정하지 않아도 대용량의 데이터를 이용하여 패턴을 학습하여서 선박의 정상 상태와 이상 상태를 분류할 수 있으며, 입력-출력 쌍으로 구성된 데이터를 이용하여 학습하는 지도학습법에 비해 선박의 이상 상태를 정확하게 식별할 수 있는, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a fuzzy inference method of a conventional art in which a pattern is learned using a large amount of data without adjusting the parameters of the system, It is possible to classify the state and anomalous state, and it is possible to identify the abnormal state of the ship more accurately than the map learning method which learns by using the data composed of input-output pairs. System and method therefor.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템은 해상교통관제시스템(VTS)에서 선박자동식별장치(AIS) 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 데이터베이스화도록 구성된 선박교통 데이터베이스; 상기 선박교통 데이터베이스에서 항적 데이터의 세트를 입력받아 비지도 학습시키도록 구성된 비지도 학습기; 상기 비지도 학습기에 의해 비지도 학습된 결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여 이상 운항 선박을 식별하도록 구성된 이상 상태 식별기; 및 상기 이상 상태 식별기에 의해 이루어진 이상 운항 선박 식별 결과를 표시하도록 구성된 선박교통관제정보 표시 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an automatic abnormality detection system of a ship using a non-beauxiliary learning method according to an embodiment of the present invention is provided with an automatic ship identification system (AIS) and a radar snapshot data in a marine traffic control system (VTS) A vessel traffic database configured to receive and database; A non-navigation learning unit configured to receive a set of navigation data in the marine traffic database and to learn non-marginality; An abnormality state identifier configured to automatically determine an operation state of a ship operating a control area using the result of the non-feature learning by the non-position learning device to identify an abnormally operated ship; And a vessel traffic control information display device configured to display an abnormally operated vessel identification result made by the abnormal state identifier.

상기 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템에 있어서, 상기 선박교통 데이터베이스는 선박자동식별장치의 항적 데이터로서, 선박 명, 선박 종류, 선박 제원, 시간에 따른 선박의 위치 정보, 시간에 따른 선박의 속도 정보, 시간에 따른 선박의 침로 정보 및 선적 화물 정보를 포함하고, 레이더의 항적 데이터로서, 시간에 따른 물표의 위치 정보, 시간에 따른 물표의 속도 정보 및 시간에 따른 물표의 침로 정보를 포함할 수 있다.In the system for automatically identifying an abnormal operation status of a ship using the non-guidance learning method according to the above embodiment, the marine traffic database is the marine data of the marine automatic identification device. The marine traffic database includes information on the ship name, type of ship, The position information, the speed information of the ship with respect to time, the ship's rolling information according to the time, and the loaded cargo information, and it is the radar data of the radar, the position information of the timepiece according to time, And information on the rolling of the following objects.

상기 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템에 있어서, 상기 비지도 학습기는 선박자동식별장치의 항적 데이터를 입력받아 정규화 시키도록 구성된 데이터 정규화부; 상기 데이터 정규화부에 의해 정규화된 학습 데이터를 이용하여 뉴런을 학습시키고, 학습이 완료된 모델을 이용하여 인코더와 디코더를 생성하도록 구성된 운항 상태 학습부; 상기 인코더를 이용하여 학습 데이터를 설정된 수의 그룹으로 분류하도록 구성된 운항 상태 분류부; 및 상기 운항 상태 분류부에 의해 분류된 학습 데이터를 이용하여 선박별 운항상태 시퀀스를 생성하여 이를 학습 데이터로 사용하여 학습하도록 구성된 운항 상태 시퀀스 학습부를 포함할 수 있다.In the automatic abnormality navigation system for a ship using the non-ambiguity learning method according to the above embodiment, the non-ambiguity learning device comprises: a data normalization unit configured to receive and normalize the navigation data of the ship automatic identification device; A navigation state learning unit configured to learn a neuron using the learning data normalized by the data normalization unit and generate an encoder and a decoder using a model in which learning is completed; A navigation state classifying unit configured to classify the learning data into a predetermined number of groups using the encoder; And a navigation state sequence learning unit configured to generate a navigation state sequence for each ship using the learning data classified by the navigation state classification unit and to learn the generated navigation state sequence as learning data.

상기 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템에 있어서, 상기 비지도 학습기는 입력-입력 쌍으로 구성된 학습 데이터를 사용하는 신경망 모델인 오토인코더 모델을 이용할 수 있다.In the automatic abnormality navigation system of a ship using the non-ambiguity learning method according to the above embodiment, the non-ambiguity learning apparatus can use an auto-encoder model which is a neural network model using learning data composed of input-input pairs.

상기 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템에 있어서, 상기 오토인코더 모델은 입력층이 4개, 은닉층 1이 8개, 은닉층 2가 4개, 은닉층 3이 8개, 출력층이 4개인 뉴런을 포함하며, 입력 및 출력 데이터는 4차원(위도, 경도, 침로, 속도)으로 구성될 수 있다.In the automatic abnormality detection system for a ship using the non-tracking learning method according to the above embodiment, the auto encoder model has four input layers, eight hidden layers 1, four hidden layers 2, eight hidden layers 3 , And a neuron with four output layers, and the input and output data can be configured in four dimensions (latitude, longitude, incidence, velocity).

상기 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템에 있어서, 상기 운항 상태 시퀀스 학습부는 시계열 데이터를 위한 LSTM 오토인코더(Long-Short Term Memory auto-encoder) 모델을 사용할 수 있다.In the automatic abnormality detection system for a ship using the non-tracking learning method according to the present invention, the navigation state sequence learning unit may use an LSTM auto-encoder model for time series data .

상기 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템에 있어서, 상기 선박교통관제정보 표시 장치는 모니터의 전자해도 상에 각 선박의 이상 상태가 단계적인 색상(초록:안전, 주황:경고, 빨강:이상)으로 표시될 수 있다.In the system for automatically identifying an abnormal operation status of a ship using the non-guidance learning method according to the above embodiment, the ship traffic control information display device displays, on an electronic chart of the monitor, Orange: Warning, Red: Above).

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 방법은 선박교통 데이터베이스가 해상교통관제시스템에서 선박자동식별장치 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 데이터베이스화하는 단계; 비지도 학습기가 상기 선박교통 데이터베이스에서 항적 데이터의 세트를 입력받아 비지도 학습시키는 단계; 이상 상태 식별기가 상기 비지도 학습 단계에 의해 비지도 학습된 결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여 이상 운항 선박을 식별하는 단계; 및 선박교통관제정보 표시 장치가 상기 이상 상태 식별기에 의해 이루어진 이상 운항 선박 식별 결과를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of automatically identifying abnormal operation status of a ship by using a non-guidance learning method according to another embodiment of the present invention, in which a ship navigation database receives navigation data of an automatic ship identification device and a radar in a marine traffic control system Database; The non-bore learning machine receives the set of navigation data from the vessel traffic database and learns the bidirectionality; Identifying an abnormality-operating vessel by automatically determining an operation state of the vessel operating the control area using the result of the unidirection-learned by the abnormality state learning step; And displaying the abnormal operation vessel identification result made by the abnormal condition identifier in the vessel traffic control information display apparatus.

상기 다른 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 방법에 있어서, 상기 비지도 학습 단계는 데이터 정규화부가 선박자동식별장치의 항적 데이터를 입력받아 정규화 시키는 단계; 운항 상태 학습부가 상기 정규화시키는 단계에 의해 정규화된 학습 데이터를 이용하여 뉴런을 학습시키고, 학습이 완료된 모델을 이용하여 인코더와 디코더를 생성하는 단계; 운항 상태 분류부가 상기 인코더를 이용하여 학습 데이터를 설정된 수의 그룹으로 분류하는 단계; 및 운항 상태 시퀀스 학습부가 상기 분류 단계에서 분류된 학습 데이터를 이용하여 선박별 운항상태 시퀀스를 생성하여 이를 학습 데이터로 사용하여 학습하는 단계를 포함할 수 있다.The method of automatically identifying an abnormal operation status of a ship using the non-affinity learning method according to another embodiment of the present invention includes the steps of: normalizing the data normalization unit by receiving the snapshot data of the ship automatic identification device; Learning the neuron using the learning data normalized by the normalizing step by the operating state learning unit, and generating an encoder and a decoder using the learning completed model; Classifying the training data into a set number of groups using the encoder; And a step of the navigation state sequence learning unit generating a navigation state sequence for each ship using the learning data classified in the classification step and using the generated sequence as a learning data.

본 발명의 실시형태에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템 및 그 방법에 의하면, 선박교통 데이터베이스가 해상교통관제시스템에서 선박자동식별장치 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 데이터베이스화하고, 비지도 학습기가 상기 선박교통 데이터베이스에서 항적 데이터의 세트를 입력받아 비지도 학습시키며, 이상 상태 식별기가 상기 비지도 학습 단계에 의해 비지도 학습된 결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여 이상 운항 선박을 식별하며, 선박교통관제정보 표시 장치가 상기 이상 상태 식별기에 의해 이루어진 이상 운항 선박 식별 결과를 표시하도록 구성됨으로써, 종래 기술의 퍼지추론 방법과 같이 시스템의 파라미터를 하나하나 조정하지 않아도 대용량의 데이터를 이용하여 패턴을 학습하여서 선박의 정상 상태와 이상 상태를 분류할 수 있으며, 입력-출력 쌍으로 구성된 데이터를 이용하여 학습하는 지도학습법에 비해 선박의 이상 상태를 정확하게 식별할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.According to the system for automatically identifying abnormal operation status of a ship and the method using the non-guidance learning method according to the embodiment of the present invention, the ship navigation database receives the navigation data of the ship automatic identification device and the radar in the marine traffic control system, The non-bore learning machine inputs a set of wake-up data in the ship traffic database and learns non-bore degree, and the abnormal state identifier uses the result of non-bore learning by the non-bore level learning step to operate the vessel And the vessel traffic control information display device displays the abnormal operation vessel identification result made by the abnormal condition identifier, so that the system parameters such as the conventional fuzzy inference method Even if you do not adjust one by one, It is possible to classify the steady state and the abnormal state of the ship by learning the pattern using the tool and it has an excellent effect of accurately identifying the abnormal condition of the ship as compared with the learning method of learning using the data composed of the input- have.

즉, 본 발명은 입력 데이터로만 구성된 항적 데이터의 세트를 학습에 이용하는 비지도 학습 방법을 이용하여 이상 운항 선박을 식별하므로, 종래 기술의 퍼지추론 방법과 같이 시스템의 파라미터를 하나하나 조정하지 않아도 대용량의 데이터를 이용하여 패턴을 학습하여서 선박의 정상 상태와 이상 상태를 분류할 수 있으며, 입력-출력 쌍으로 구성된 데이터를 이용하여 학습하는 지도학습법에 비해 선박의 이상 상태를 정확하게 식별할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다. That is, according to the present invention, an unoccupied learning method using a set of snapshot data composed only of input data is used to identify an abnormally operated ship. Therefore, even if the system parameters are not adjusted one by one like the conventional fuzzy inference method, It is possible to classify the steady state and the abnormal state of the ship by learning the pattern by using the data and it is possible to accurately identify the abnormal state of the ship as compared with the learning method of learning using the data composed of the input- have.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1의 비지도 학습기의 상세 블록 구성도이다.
도 3은 도 2의 운항 상태 학습부에서 이용하는 오토인코더 모델의 구성도이다.
도 4는 도 2의 운항 상태 시퀀스 학습부에서 이용하는 LSTM 오토인코더 모델의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
도 6은 도 5의 S200의 상세 플로우챠트이다.
1 is a block diagram of an automatic abnormality detection system for a ship using a non-guidance learning method according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed block diagram of the non-illustrated learning apparatus of FIG.
3 is a configuration diagram of an auto-encoder model used in the flight state learning unit of FIG.
4 is a configuration diagram of an LSTM auto-encoder model used in the flight state sequence learning unit of FIG.
5 is a flow chart showing a method of automatically identifying an abnormal operation state of a ship using a non-background learning method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a detailed flowchart of S200 of FIG.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 도 1의 비지도 학습기의 상세 블록 구성도이다.FIG. 1 is a block diagram of an automatic abnormality detection system for a ship using a non-beauxiliary learning method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a detailed block diagram of the non-beating learning apparatus of FIG.

본 발명의 실시예에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선박교통 데이터베이스(100), 비지도 학습기(200), 이상 상태 식별기(300) 및 선박교통관제정보 표시 장치(400)를 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the system for automatically detecting an abnormal operation status of a ship using the non-guidance learning method according to an embodiment of the present invention includes a ship traffic database 100, a non-shadow learning device 200, An identifier (300) and a vessel traffic control information display device (400).

선박교통 데이터베이스(100)는 해상교통관제시스템(VTS)에서 선박자동식별장치(AIS) 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 데이터베이스화하는 역할을 한다. The Vessel Traffic Database 100 plays a role of receiving the ship's automatic identification device (AIS) and the radar data from the VTS in a database.

선박교통 데이터베이스(100)는, 아래의 [표 1]에 도시된 바와 같이, 선박자동식별장치(AIS)의 항적 데이터로서 선박 명, 선박 종류, 선박 제원, 시간에 따른 선박의 위치 정보, 시간에 따른 선박의 속도 정보, 시간에 따른 선박의 침로 정보 및 선적 화물 정보를 포함하고, 레이더의 항적 데이터로서 시간에 따른 물표의 위치 정보, 시간에 따른 물표의 속도 정보 및 시간에 따른 물표의 침로 정보를 포함한다. As shown in Table 1 below, the ship traffic database 100 stores the ship name, the type of ship, the specification of the ship, the position information of the ship with respect to time, The information of the ship's velocity along the time, the information of the ship's ship along time, the information of the radar, the position information of the timetable according to time, the speed information of the timetable according to time, .

Figure 112018031472347-pat00001
Figure 112018031472347-pat00001

[표 1][Table 1]

한편, 선박자동식별장치(AIS)를 탑재하지 않은 선박은 레이더만을 통해 선박의 운항 정보를 파악할 수 있다.On the other hand, a ship not equipped with an automatic identification device (AIS) can grasp flight information of a ship only through radar.

이와 같은 선박자동식별장치(AIS) 및 레이터의 항적 데이터는 해상교통관제시스템(VTS)에서 매초마다 수신되며 이 정보를 선박교통 데이터베이스(100)에 누적하여 학습 데이터로서 사용된다.The navigation data of the ship automatic identification device (AIS) and the learner are received every second by the marine traffic control system (VTS), and this information is accumulated in the marine traffic database 100 and used as learning data.

비지도 학습기(200)는 선박교통 데이터베이스(100)에서 학습 데이터로서 항적 데이터의 세트를 입력받아 비지도 학습시키는 역할을 한다.The unavailability learning device 200 receives a set of navigation data as learning data in the marine traffic database 100 and learns the non-navigation learning.

비지도 학습기(200)는 해상교통 데이터의 특성상 입력-출력 쌍으로 구성된 학습 데이터를 생성하기 어렵기 때문에, 입력-입력 쌍으로 구성된 학습 데이터를 사용하는 신경망 모델인 오토인코더 모델을 이용한다. 오토인코더 모델은 항적 데이터의 세트로 구성된 입력 데이터만을 이용하여 모델을 학습시킬 수 있으며, 대상 항만의 선박 운항 패턴을 일반화할 수 있다.Since the non-mapping learning device 200 is difficult to generate learning data composed of input-output pairs due to the characteristics of marine traffic data, it uses an auto-encoder model which is a neural network model using learning data composed of input-input pairs. The auto-encoder model can learn the model using only input data consisting of a set of navigation data, and can generalize the navigation pattern of the target port.

비지도 학습기(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 데이터 정규화부(210), 운항 상태 학습부(220), 운항 상태 분류부(230) 및 운항 상태 시퀀스 학습부(240)를 포함한다.2, the non-illustrated learning apparatus 200 includes a data normalization unit 210, a flight state learning unit 220, a flight state classifying unit 230, and a flight state sequence learning unit 240 .

데이터 정규화부(210)는 선박교통 데이터베이스(100)에서 선박자동식별장치(AIS)의 항적 데이터[즉, 선박의 위치(위도, 경도), 침로 및 속도 정보]를 입력받아 이를 선박별로 분류하여 일정 주기(약, 10초)로 보간(interpolation)하고, 아래의 [수학식 1]과 같이 보간된 데이터를 바탕으로 각 항목별 최대값/최소값을 이용하여 0과 1사이의 실수 값으로 정규화 시킨다.The data normalization unit 210 receives the snapshot data (i.e., the position (latitude and longitude), the slope, and the speed information of the ship) of the automatic ship identification system (AIS) in the ship traffic database 100, Interpolation is performed with a period (about 10 seconds) and normalized to a real value between 0 and 1 using the maximum value / minimum value of each item based on the interpolated data as shown in the following Equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018031472347-pat00002
Figure 112018031472347-pat00002

(여기서,

Figure 112018031472347-pat00003
는 정규화 된 입력이고,
Figure 112018031472347-pat00004
는 임의의 학습 데이터이며,
Figure 112018031472347-pat00005
는 전체 학습 데이터 세트를 나타낸다)(here,
Figure 112018031472347-pat00003
Is a normalized input,
Figure 112018031472347-pat00004
Is arbitrary learning data,
Figure 112018031472347-pat00005
Represents the entire learning data set)

운항 상태 학습부(220)는 데이터 정규화부(210)에 의해 정규화 된 학습 데이터를 이용하여 뉴런을 학습시키고, 학습이 완료된 모델을 이용하여 인코더와 디코더를 생성한다.The navigation state learning unit 220 learns the neuron using the learning data normalized by the data normalization unit 210, and generates an encoder and a decoder using the model in which the learning is completed.

운항 상태 학습부(220)는 입력-입력 쌍의 학습 데이터를 이용하는 오토인코더 모델이다.The navigation state learning unit 220 is an auto-encoder model that uses learning data of input-input pairs.

오토인코더 모델은, 도 3에 도시된 바와 같이, 입력층이 4개, 은닉층 1이 8개, 은닉층 2가 4개, 은닉층 3이 8개, 출력층이 4개인 뉴런을 포함하며, 입력 및 출력 데이터는 4차원(위도, 경도, 침로, 속도)으로 구성된다.The auto-encoder model includes four input layers, eight hidden layers 1, four hidden layers 2, eight hidden layers 3, and four output layers as input and output data Is composed of four dimensions (latitude, longitude, penetration, speed).

학습은 입력층과 출력층의 데이터가 최대한 같아질 때까지 진행되며, 학습이 완료된 모델은 입력 데이터를 4차원의 데이터로 투영(projection)하는 인코더(encoder)와 이를 다시 복원하는 디코더(decoder)를 생성한다.The learning is performed until the data of the input layer and the output layer are equal to each other. The learning completed model generates an encoder for projecting the input data into the four-dimensional data and a decoder for restoring the encoder. do.

운항 상태 분류부(230)는 인코더를 이용하여 학습 데이터를 설정된 수의 그룹으로 분류하는 역할을 한다. The navigation state classifying unit 230 classifies the learning data into a set number of groups using an encoder.

운항 상태 분류부(230)에서는 학습된 모델의 인코더를 이용하여 학습 데이터를 4차원의 공간상에 투영한다.The navigation state classifying unit 230 projects the learning data on the four-dimensional space using the encoder of the learned model.

오토인코더 모델은 유사한 의미를 가지는 데이터끼리 그룹화 하는 특성이 있어서 항적 데이터를 일반화하는데 장점을 가진다.The auto-encoder model has the advantage of grouping data with similar meaning and generalizing the snapshot data.

이에 따라 투영된 결과를 k-means와 같은 클러스터링 알고리즘을 통해 임의의 그룹으로 나눌 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 20개의 상태 그룹으로 분류한다(상태 그룹의 수는 크게 중요하지 않으며, 운항 상태를 구분할 수 있는 적당한 수로 결정함).Accordingly, the projected result can be divided into arbitrary groups through a clustering algorithm such as k-means. In the embodiment of the present invention, the projected results are classified into 20 status groups (the number of status groups is not important, Determined by the appropriate number that can be distinguished).

분류 결과, 모든 학습 데이터는 20개의 상태로 구분된다.As a result of classification, all learning data are divided into 20 states.

운항 상태 시퀀스 학습부(240)는 운항 상태 분류부(230)에 의해 분류된 학습 데이터를 이용하여 선박별 운항 상태 시퀀스를 생성하여 이를 학습 데이터로 사용하여 학습하는 역할을 한다. The navigation state sequence learning unit 240 generates a navigation state sequence for each ship using the learning data classified by the navigation state classification unit 230, and learns it by using it as learning data.

운항 상태 시퀀스 학습부(240)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 시계열 데이터를 위한 LSTM 오토인코더(Long-Short Term Memory auto-encoder) 모델을 사용한다.The navigation state sequence learning unit 240 uses an LSTM auto-encoder model for time-series data, as shown in FIG.

운항 상태 시퀀스 학습부(240)에 사용된 학습 데이터는 10초 단위로 보간 된 6개의 연속된 상태 시퀀스를 사용하여 총 60초 동안의 운항 상태 시퀀스를 학습한다.The learning data used in the flight state sequence learning unit 240 learns a flight state sequence for a total of 60 seconds using six consecutive state sequences interpolated in units of 10 seconds.

상태 시퀀스의 시간 범위(60초)는 모델의 입출력을 확장 또는 축소하여 조절할 수 있다.The time range (60 seconds) of the state sequence can be adjusted by expanding or reducing the input and output of the model.

이상 상태 식별기(300)는 비지도 학습기(200)에 의해 비지도 학습된 결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여 이상 운항 선박을 식별하는 역할을 한다.The abnormal condition identifier 300 automatically identifies the operation status of the ship operating the control area by using the result of the non-feature learning by the non-feature learning device 200, thereby identifying the abnormal operation ship.

이상 상태 식별기(300)에서는 선박의 이상 운항 상태를 1) 학습되지 않은 운항 상태의 경우와 2) 학습되지 않은 운항 상태로 천이되는 경우를 모두 포함한다.In the abnormal condition identifier 300, the abnormal operation status of the ship includes both 1) untrained navigation status and 2) untrained navigation status.

1)은 학습된 운항 상태 학습 모델의 입력 값과 출력 값의 차이를 이상치(anomality)로 하며, 저수심 구역을 운항하거나 항로상 정지 상태를 예로 들 수 있다.1) takes the difference between the input value and the output value of the learned flight state learning model as anomality, and it can be exemplified as operating in a low water depth area or stopping in a route.

2)는 운항 상태 시퀀스 학습 모델의 입력 값과 출력 값의 차이를 이상치로 한다.2) represents the difference between the input value and the output value of the operating state sequence learning model as the outliers.

입력 값과 출력 값의 차이는 두 벡터 간의 유클리디언 거리(euclidean distance)값을 이용하거나 코사인 유사도(cosine similarity) 값을 이용할 수 있다. The difference between the input value and the output value can be obtained by using the euclidean distance value between the two vectors or by using the cosine similarity value.

최종적인 선박의 이상 운항치는 1)값 과 2)값을 합산하여 사용하며, 일정 값 이상의 값을 가질 때 이상 상태로 판단한다.The final ship's abnormal operation value is calculated by summing 1) value and 2) value.

선박교통관제정보 표시 장치(400)는 이상 상태 식별기(300)에 의해 이루어진 이상 운항 선박 식별 결과를 표시하는 역할을 한다. The vessel traffic control information display device 400 displays the abnormal operation vessel identification result made by the abnormal state identifier 300.

선박교통관제정보 표시 장치(400)는 모니터의 전자해도 상에 각 선박의 이상 상태가 단계적인 색상(예컨대, 초록:안전, 주황:경고, 빨강:이상)으로 표시되어 관제사가 쉽게 인지할 수 있도록 한다.The vessel traffic control information display device 400 displays the abnormal state of each ship on the electronic chart of the monitor in a stepwise color (for example, green: safe, orange: warning, red: ideal) do.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템을 이용한, 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a description will be made of a method of automatically identifying an abnormal operation state of a ship using the automatic abnormality detection system of a ship using the non-guidance learning method according to an embodiment of the present invention constructed as described above.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 방법을 나타내는 플로우챠트이며, 도 6은 도 5의 S200의 상세 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 나타낸다.FIG. 5 is a flow chart showing a method of automatically identifying an abnormal operation state of a ship using a non-guidance learning method according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a detailed flowchart of S200 of FIG. 5, ).

먼저, 선박교통 데이터베이스가(100) 해상교통관제시스템(VTS)에서 선박자동식별장치(AIS) 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 데이터베이스화한다(S100).First, the ship traffic database receives the navigation data of the ship automatic identification device (AIS) and the radar in the VTS (100), and forms the database (S100).

이어서, 비지도 학습기(200)가 선박교통 데이터베이스(100)에서 항적 데이터의 세트를 입력받아 비지도 학습시킨다(S200).Then, the non-illustrated learning machine 200 receives the set of the navigation data from the marine traffic database 100 and learns the non-learning data (S200).

스텝(S200)에 대해 도 6을 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.Step S200 will be described in more detail with reference to FIG.

먼저, 데이터 정규화부(210)가 선박자동식별장치(AIS)의 항적 데이터의 정보중 선박의 위치(위도, 경도), 침로 및 속도 정보를 선박별로 분류하고, 설정주기로 보간하며, 보간된 학습 데이터를 바탕으로 각 항목별 최대 값 및 최소 값을 이용하여 0과 1 사이의 실수 값으로 정규화 시킨다(S210).First, the data normalization unit 210 classifies the ship position (latitude, longitude), slip and speed information among the information of the snapshot data of the AIS, according to the ship, interpolates it in a set period, And normalized to a real number value between 0 and 1 using the maximum value and the minimum value of each item based on the calculated values (S210).

이어서, 운항 상태 학습부(220)가 상기 스텝(S210)에 의해 정규화된 학습 데이터를 이용하여 뉴런 각각을 학습시키고, 입력 층과 출력 층의 데이터가 설정된 수만큼 같아질 때 까지 학습이 수행되어 학습이 완료된 모델은 입력 데이터를 4차원의 데이터로 투영하는 인코더와 이를 다시 복원하는 디코더를 생성한다(S220).Then, the navigation state learning unit 220 learns each of the neurons using the learning data normalized by the step S210, and the learning is performed until the data of the input layer and the output layer are equal to the set number, The completed model generates an encoder for projecting the input data into four-dimensional data and a decoder for reconstructing the encoder (S220).

이후, 운항 상태 분류부(230)가 인코더를 이용하여 학습 데이터를 4차원의 공간상에 투영하고, 투영된 결과를 클러스터링 알고리즘을 이용하여 설정된 수의 그룹으로 분류한다(S230).Thereafter, the flight state classifying unit 230 projects the learning data onto the four-dimensional space using the encoder, and classifies the projected results into the set number of groups using the clustering algorithm (S230).

이어서, 운항 상태 시퀀스 학습부(240)가 상기 스텝(S230)에서 분류된 학습 데이터를 이용하여 선박별 운항상태 시퀀스를 생성하고, 이를 학습데이터로 사용하여 학습한다(S240). Next, the navigation state sequence learning unit 240 generates a navigation state sequence for each ship using the learning data classified in step S230, and learns the navigation state sequence as learning data (S240).

스텝(S300)에서는 이상 상태 식별기(300)가 상기 스텝(S200)에 의해 비지도 학습된 결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여 이상 운항 선박을 식별한다.In step S300, the abnormal state identifier 300 automatically determines the operating state of the ship operating the control area using the result of the non-grid learning in step S200, thereby identifying the abnormally operated vessel.

스텝(S400)에서는 선박교통관제정보 표시 장치(400)가 이상 상태 식별기(300)에 의해 이루어진 이상 운항 선박 식별 결과를 표시한다.In step S400, the vessel traffic control information display device 400 displays the abnormally operated vessel identification result made by the abnormal state identifier 300. [

본 발명의 실시예에 의한 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템 및 그 방법에 의하면, 선박교통 데이터베이스가 해상교통관제시스템에서 선박자동식별장치 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 데이터베이스화하고, 비지도 학습기가 상기 선박교통 데이터베이스에서 항적 데이터의 세트를 입력받아 비지도 학습시키며, 이상 상태 식별기가 상기 비지도 학습 단계에 의해 비지도 학습된 결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여 이상 운항 선박을 식별하며, 선박교통관제정보 표시 장치가 상기 이상 상태 식별기에 의해 이루어진 이상 운항 선박 식별 결과를 표시하도록 구성됨으로써, 종래 기술의 퍼지추론 방법과 같이 시스템의 파라미터를 하나하나 조정하지 않아도 대용량의 데이터를 이용하여 패턴을 학습하여서 선박의 정상 상태와 이상 상태를 분류할 수 있으며, 입력-출력 쌍으로 구성된 데이터를 이용하여 학습하는 지도학습법에 비해 선박의 이상 상태를 정확하게 식별할 수 있다.According to the system for automatically identifying abnormal operation status of a ship and the method using the non-guidance learning method according to an embodiment of the present invention, the ship navigation database receives the navigation data of the ship automatic identification device and the radar in the marine traffic control system, The non-bore learning machine inputs a set of wake-up data in the ship traffic database and learns non-bore degree, and the abnormal state identifier uses the result of non-bore learning by the non-bore level learning step to operate the vessel And the vessel traffic control information display device displays the abnormal operation vessel identification result made by the abnormal condition identifier, so that the system parameters such as the conventional fuzzy inference method Large amounts of data Can be used to classify the ship's steady state and anomalous state by learning the pattern and it is possible to accurately identify the anomalous state of the ship as compared with the MAP learning method using data composed of input-output pairs.

즉, 본 발명은 입력 데이터로만 구성된 항적 데이터의 세트를 학습에 이용하는 비지도 학습 방법을 이용하여 이상 운항 선박을 식별하므로, 종래 기술의 퍼지추론 방법과 같이 시스템의 파라미터를 하나하나 조정하지 않아도 대용량의 데이터를 이용하여 패턴을 학습하여서 선박의 정상 상태와 이상 상태를 분류할 수 있으며, 입력-출력 쌍으로 구성된 데이터를 이용하여 학습하는 지도학습법에 비해 선박의 이상 상태를 정확하게 식별할 수 있다. That is, according to the present invention, an unoccupied learning method using a set of snapshot data composed only of input data is used to identify an abnormally operated ship. Therefore, even if the system parameters are not adjusted one by one like the conventional fuzzy inference method, It is possible to classify the steady state and the abnormal state of the ship by learning the pattern using the data, and it is possible to accurately identify the abnormal state of the ship as compared with the map learning method which learns using the data composed of the input-output pairs.

도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the best mode has been shown and described in the drawings and specification, certain terminology has been used for the purpose of describing the embodiments of the invention and is not intended to be limiting or to limit the scope of the invention described in the claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 선박교통 데이터베이스
200: 비지도 학습기
210: 데이터 정규화부
220: 운항 상태 학습부
230: 운항 상태 분류부
240: 운항 상태 시퀀스 학습부
300: 이상 상태 식별기
400: 선박교통관제정보 표시 장치
100: Vessel traffic database
200: Non-Bidirectional Learning Machine
210: Data normalization unit
220: operating state learning section
230:
240: Operation status sequence learning unit
300: Abnormal state identifier
400: Ship traffic control information display device

Claims (9)

해상교통관제시스템(VTS)에서 선박자동식별장치(AIS) 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 데이터베이스화도록 구성된 선박교통 데이터베이스;
상기 선박교통 데이터베이스에서 항적 데이터의 세트를 입력받아 비지도 학습시키도록 구성된 비지도 학습기;
상기 비지도 학습기에 의해 비지도 학습된 결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여 이상 운항 선박을 식별하도록 구성된 이상 상태 식별기; 및
상기 이상 상태 식별기에 의해 이루어진 이상 운항 선박 식별 결과를 표시하도록 구성된 선박교통관제정보 표시 장치를 포함하며:
상기 비지도 학습기는
선박자동식별장치의 항적 데이터를 입력받아 정규화 시키도록 구성된 데이터 정규화부;
상기 데이터 정규화부에 의해 정규화된 학습 데이터를 이용하여 뉴런을 학습시키고, 학습이 완료된 모델을 이용하여 인코더와 디코더를 생성하도록 구성된 운항 상태 학습부;
상기 인코더를 이용하여 학습 데이터를 설정된 수의 그룹으로 분류하도록 구성된 운항 상태 분류부; 및
상기 운항 상태 분류부에 의해 분류된 학습 데이터를 이용하여 선박별 운항상태 시퀀스를 생성하여 이를 학습 데이터로 사용하여 학습하도록 구성된 운항 상태 시퀀스 학습부를 포함하는, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템.
A ship traffic database configured to receive and record database of the ship automatic identification device (AIS) and the radar data of the radar in the VTS;
A non-navigation learning unit configured to receive a set of navigation data in the marine traffic database and to learn non-marginality;
An abnormality state identifier configured to automatically determine an operation state of a ship operating a control area using the result of the non-feature learning by the non-position learning device to identify an abnormally operated ship; And
And a vessel traffic control information display device configured to display an abnormally operated vessel identification result made by the abnormal state identifier,
The non-
A data normalization unit configured to receive and normalize the snapshot data of the ship automatic identification device;
A navigation state learning unit configured to learn a neuron using the learning data normalized by the data normalization unit and to generate an encoder and a decoder using a model in which learning is completed;
A navigation state classifying unit configured to classify the learning data into a predetermined number of groups using the encoder; And
And a navigation state sequence learning unit configured to generate a navigation state sequence for each ship by using the learning data classified by the navigation state classification unit and to learn it by using it as learning data, Automatic identification system.
제 1 항에 있어서,
상기 선박교통 데이터베이스는
선박자동식별장치의 항적 데이터로서, 선박 명, 선박 종류, 선박 제원, 시간에 따른 선박의 위치 정보, 시간에 따른 선박의 속도 정보, 시간에 따른 선박의 침로 정보 및 선적 화물 정보를 포함하고,
레이더의 항적 데이터로서, 시간에 따른 물표의 위치 정보, 시간에 따른 물표의 속도 정보 및 시간에 따른 물표의 침로 정보를 포함하는, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템.
The method according to claim 1,
The vessel traffic database
The data of the ship's automatic identification device includes the ship's name, the type of ship, the specification of the ship, the position information of the ship with respect to time, the speed information of the ship with respect to time,
A system for automatically detecting an abnormal operation state of a ship by using a non-geometry learning method, which includes position information of a timeline along time, speed information of a timeline along time, and creep information of a timber along with time.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 비지도 학습기는 입력-입력 쌍으로 구성된 학습 데이터를 사용하는 신경망 모델인 오토인코더 모델을 이용하는, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템.
The method according to claim 1,
The non-guidance learning apparatus is an automatic abnormality detection system for a ship using a non-background learning method using an auto-encoder model, which is a neural network model using learning data composed of input-input pairs.
제 4 항에 있어서,
상기 오토인코더 모델은
입력층이 4개, 은닉층 1이 8개, 은닉층 2가 4개, 은닉층 3이 8개, 출력층이 4개인 뉴런을 포함하며,
입력 및 출력 데이터는 4차원(위도, 경도, 침로, 속도)으로 구성되는, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템.
5. The method of claim 4,
The auto-encoder model
Four input layers, eight hidden layers 1, four hidden layers 2, eight hidden layers 3, and four output layers,
The input and output data consists of four dimensions (latitude, longitude, slope, speed).
제 1 항에 있어서,
상기 운항 상태 시퀀스 학습부는
시계열 데이터를 위한 LSTM 오토인코더(Long-Short Term Memory auto-encoder) 모델을 사용하는, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템.
The method according to claim 1,
The navigation state sequence learning unit
An automatic identification system of abnormal operation status of ship using non-grid learning method using LSTM auto-encoder model for time series data.
제 1 항에 있어서,
상기 선박교통관제정보 표시 장치는
모니터의 전자해도 상에 각 선박의 이상 상태가 단계적인 색상(초록:안전, 주황:경고, 빨강:이상)으로 표시되는, 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템.
The method according to claim 1,
The ship traffic control information display device
An automatic identification system of abnormal operation status of a ship by using the non-grid learning method, in which the abnormal condition of each ship on the monitor's electronic chart is displayed in a stepwise color (green: safe, orange: warning, red: ideal).
제 1 항에 기재된 비지도 학습방법을 이용한 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 시스템을 이용한, 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 방법으로서:
선박교통 데이터베이스가 해상교통관제시스템에서 선박자동식별장치 및 레이더의 항적 데이터를 입력받아 데이터베이스화하는 단계;
비지도 학습기가 상기 선박교통 데이터베이스에서 항적 데이터의 세트를 입력받아 비지도 학습시키는 단계;
이상 상태 식별기가 상기 비지도 학습 단계에 의해 비지도 학습된 결과를 이용하여 관제구역을 운항하는 선박의 운항 상태를 자동으로 판단하여 이상 운항 선박을 식별하는 단계; 및
선박교통관제정보 표시 장치가 상기 이상 상태 식별기에 의해 이루어진 이상 운항 선박 식별 결과를 표시하는 단계를 포함하는, 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 방법.
A method for automatically identifying an abnormal operation status of a ship using an automatic abnormal operation status identification system of a ship using the non-background determination method as set forth in claim 1,
The ship traffic database receiving the ship automatic identification device and the radar data of the radar in the marine traffic control system,
The non-bore learning machine receives the set of navigation data from the vessel traffic database and learns the bidirectionality;
Identifying an abnormality-operating vessel by automatically determining an operation state of the vessel operating the control area using the result of the unidirection-learned by the abnormality state learning step; And
And displaying the vessel operation result identification result made by the abnormality condition identifier by the vessel traffic control information display apparatus.
제 8 항에 있어서,
상기 비지도 학습 단계는
데이터 정규화부가 선박자동식별장치의 항적 데이터를 입력받아 정규화 시키는 단계;
운항 상태 학습부가 상기 정규화시키는 단계에 의해 정규화된 학습 데이터를 이용하여 뉴런을 학습시키고, 학습이 완료된 모델을 이용하여 인코더와 디코더를 생성하는 단계;
운항 상태 분류부가 상기 인코더를 이용하여 학습 데이터를 설정된 수의 그룹으로 분류하는 단계; 및
운항 상태 시퀀스 학습부가 상기 분류 단계에서 분류된 학습 데이터를 이용하여 선박별 운항상태 시퀀스를 생성하여 이를 학습 데이터로 사용하여 학습하는 단계를 포함하는, 선박의 이상 운항 상태 자동 식별 방법.
9. The method of claim 8,
The non-background learning step
The data normalization unit receives and normalizes the snapshot data of the ship automatic identification device;
Learning the neuron using the learning data normalized by the normalizing step by the operating state learning unit, and generating an encoder and a decoder using the learning completed model;
Classifying the training data into a set number of groups using the encoder; And
Wherein the navigation state sequence learning unit generates a navigation state sequence for each ship using the learning data classified in the classification step and uses the generated sequence as learning data to learn the abnormal state of the ship.
KR1020180036732A 2018-03-29 2018-03-29 Automatic identification system for anomaly operation status of ship using unsupervised learning method and method thereof KR101902997B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180036732A KR101902997B1 (en) 2018-03-29 2018-03-29 Automatic identification system for anomaly operation status of ship using unsupervised learning method and method thereof
JP2019065483A JP6633792B2 (en) 2018-03-29 2019-03-29 Automatic identification system of abnormal operating condition of ship using unsupervised learning method and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180036732A KR101902997B1 (en) 2018-03-29 2018-03-29 Automatic identification system for anomaly operation status of ship using unsupervised learning method and method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101902997B1 true KR101902997B1 (en) 2018-10-01

Family

ID=63877071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180036732A KR101902997B1 (en) 2018-03-29 2018-03-29 Automatic identification system for anomaly operation status of ship using unsupervised learning method and method thereof

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6633792B2 (en)
KR (1) KR101902997B1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111339864A (en) * 2020-02-17 2020-06-26 北京百度网讯科技有限公司 Abnormal behavior alarm method and device
KR102161147B1 (en) * 2019-10-31 2020-09-29 한국해양과학기술원 Apparatus and method for identifying abnormal sailing ship
KR102250354B1 (en) 2019-12-03 2021-05-11 울산과학기술원 Method and apparatus for determining delay possibility of shipment
KR102320142B1 (en) * 2020-05-22 2021-11-02 주식회사 리안 Method and system for monitoring marine safety accidents based on artificial intelligence
CN116738324A (en) * 2023-08-11 2023-09-12 太极计算机股份有限公司 Model training method and identification method for single-towing operation behavior of fishing boat
CN117056708A (en) * 2023-10-11 2023-11-14 成都大公博创信息技术有限公司 AIS signal identification method based on multi-scale feature fusion and CNN-LSTM
US11874328B2 (en) 2018-10-22 2024-01-16 Btech Inc. Detecting battery changeout
CN117407443A (en) * 2023-12-14 2024-01-16 烟台云朵软件有限公司 Massive transient data-oriented abnormal rapid discovery method and system

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102271418B1 (en) * 2019-06-17 2021-07-01 라온피플 주식회사 Method and system for auto training for product inspection
JP2021110565A (en) * 2020-01-07 2021-08-02 株式会社東芝 Classification device and classification method
CN111582182B (en) * 2020-05-11 2023-08-11 广东创亿源智能科技有限公司 Ship name recognition method, system, computer equipment and storage medium
JP7072611B2 (en) * 2020-07-20 2022-05-20 本田技研工業株式会社 Anomaly detection device and anomaly detection program
CN113538820A (en) * 2021-07-14 2021-10-22 华能国际电力江苏能源开发有限公司 Offshore wind farm submarine cable monitoring and protecting system and method
CN113720383A (en) * 2021-08-23 2021-11-30 中电科海洋信息技术研究院有限公司 Method, device and medium for identifying abnormal behavior of ship
CN114627683B (en) * 2022-05-13 2022-09-13 深圳海卫通网络科技有限公司 Early warning method, device, equipment, medium and system for abnormal driving behavior of ship
CN115346399B (en) * 2022-07-23 2024-01-19 交通运输部规划研究院 Bridge ship collision prevention early warning system based on phased array radar, AIS and LSTM network
CN116828391B (en) * 2023-08-29 2023-12-05 中船(浙江)海洋科技有限公司 Method for detecting AIS abnormal switch

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101541808B1 (en) * 2015-04-30 2015-08-04 한국해양과학기술원 Vessel traffic service expert system for using deep learning algorithm and method thereof
KR101711025B1 (en) 2011-04-21 2017-02-28 한국전자통신연구원 Apparatus and method for choosing a object for controlling first of all, and apparatus for controlling the object

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11120353B2 (en) * 2016-08-16 2021-09-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Efficient driver action prediction system based on temporal fusion of sensor data using deep (bidirectional) recurrent neural network
KR20170128070A (en) * 2017-02-20 2017-11-22 반병현 Chord composition method based on recurrent neural network
JP6857547B2 (en) * 2017-05-25 2021-04-14 日本電信電話株式会社 Movement situational awareness model learning device, movement situational awareness device, method, and program

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101711025B1 (en) 2011-04-21 2017-02-28 한국전자통신연구원 Apparatus and method for choosing a object for controlling first of all, and apparatus for controlling the object
KR101541808B1 (en) * 2015-04-30 2015-08-04 한국해양과학기술원 Vessel traffic service expert system for using deep learning algorithm and method thereof

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11874328B2 (en) 2018-10-22 2024-01-16 Btech Inc. Detecting battery changeout
KR102161147B1 (en) * 2019-10-31 2020-09-29 한국해양과학기술원 Apparatus and method for identifying abnormal sailing ship
KR102250354B1 (en) 2019-12-03 2021-05-11 울산과학기술원 Method and apparatus for determining delay possibility of shipment
CN111339864A (en) * 2020-02-17 2020-06-26 北京百度网讯科技有限公司 Abnormal behavior alarm method and device
CN111339864B (en) * 2020-02-17 2023-11-10 北京百度网讯科技有限公司 Abnormal behavior alarm method and device
KR102320142B1 (en) * 2020-05-22 2021-11-02 주식회사 리안 Method and system for monitoring marine safety accidents based on artificial intelligence
CN116738324A (en) * 2023-08-11 2023-09-12 太极计算机股份有限公司 Model training method and identification method for single-towing operation behavior of fishing boat
CN116738324B (en) * 2023-08-11 2023-12-22 太极计算机股份有限公司 Model training method and identification method for single-towing operation behavior of fishing boat
CN117056708A (en) * 2023-10-11 2023-11-14 成都大公博创信息技术有限公司 AIS signal identification method based on multi-scale feature fusion and CNN-LSTM
CN117407443A (en) * 2023-12-14 2024-01-16 烟台云朵软件有限公司 Massive transient data-oriented abnormal rapid discovery method and system
CN117407443B (en) * 2023-12-14 2024-03-26 烟台云朵软件有限公司 Massive transient data-oriented abnormal rapid discovery method and system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019175462A (en) 2019-10-10
JP6633792B2 (en) 2020-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101902997B1 (en) Automatic identification system for anomaly operation status of ship using unsupervised learning method and method thereof
JP6257687B2 (en) Maritime traffic control specialist system using deep learning algorithm and its control method
Dougherty A review of neural networks applied to transport
Zhang et al. A systematic approach for collision risk analysis based on AIS data
Laxhammar et al. Inductive conformal anomaly detection for sequential detection of anomalous sub-trajectories
Xin et al. A simulation model for ship navigation in the “Xiazhimen” waterway based on statistical analysis of AIS data
KR102056777B1 (en) Method And Apparatus for Predicting Vessel Destination by Using Port Data based on Deep Learning Algorithm
JP6909275B2 (en) Abnormally operated vessel identification device and method
Yan et al. Vessel movement analysis and pattern discovery using density-based clustering approach
CN110363115A (en) The extremely semi-supervised real-time detection method of shipping work based on AIS track data
CN112149618B (en) Pedestrian abnormal behavior detection method and device suitable for inspection vehicle
CN115050214B (en) AIS data-based ship collision risk prediction method
Dästner et al. Machine learning techniques for enhancing maritime surveillance based on GMTI radar and AIS
CN115331486A (en) Ship collision risk assessment and prediction method and device
Zhang et al. A method of performing real-time ship conflict probability ranking in open waters based on AIS data
Steidel et al. MTCAS–an assistance system for collision avoidance at sea
CN117423031A (en) Target detection and tracking system based on improved YOLOv7 and deep SORT
Rawson et al. From conventional to machine learning methods for maritime riskassessment
US20230031755A1 (en) Generative adversarial network for processing and generating images and label maps
CN116630907A (en) Ship navigation digital twin method, system, terminal and storage medium based on remote sensing
CN112373642B (en) Inland ship overtaking behavior detection and tracking method based on ship field
Sadhu et al. Obstacle detection for image-guided surface water navigation
Neagoe et al. A neural machine vision model for road detection in autonomous navigation
Tudoran et al. A new neural network approach for visual autonomous road following
Daranda et al. Novel Machine learning approach for Self-Aware prediction based on the Contextual reasoning

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant