船舶轨迹大数据时空分析方法及应用

本书详细系统地介绍了地理空间分析框架下船舶轨迹的基础处理、存储管理、特征建模、时空统计、模式挖掘等方法和技术及其在水上交通安全与环境方面的典型应用，包括交通态势评估、交通模式挖掘、船舶行为识别、船舶领域建模、气象航线推荐、船舶污染表征等内容。

本书以自动识别系统记录的船舶轨迹为研究对象，根据船舶水上活动特点，综合交通运输工程和地理信息科学等多学科理论与方法，系统且详细地介绍船舶轨迹基础处理方法与典型分析应用，主要包括船舶轨迹数据基础处理方法、船舶轨迹数据存储管理方法、水上交通安全态势评估方法、水上交通活动模式挖掘方法、船舶时空行为识别发现方法、船舶领域统计建模分析方法、船舶尾气排放动态表征方法、船舶气象航线优化推荐方法等。 本书内容丰富、新颖，理论与实践相结合，具有较强的实用性与指导性，可作为高等院校交通运输工程学科、海事管理学科的本科生或研究生专业教材,也可作为相关行业管理人员继续教育与技能培训的教材，还可作为交通运输工程领域学者、研究人员、工程技术人员以及海事管理人员等从事相关工作人员的参考书。

黄亮，博士生导师。主要从事海事大数据、时空行为分析、智能航行态势感知等方面的研究。主持/参与国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、海南科技计划自然科学联合基金、中国博士后科学基金等10余项，主持横向课题8项。发表学术论文60余篇，参编教育部指定教材1本，获得授权发明专利3项、软件著作权授权8项，科研成果荣获湖北省科技进步奖二等奖1项（2019）、中国航海学会科学技术奖一等奖1项（2019）、二等奖3项（2016,2018,2020）。

第1章 船舶轨迹数据基础处理方法/11.1 船舶轨迹噪声处理/21.2 船舶轨迹插值处理/51.2.1 数值模型插值方法/51.2.2 运动方程插值方法/71.2.3 航行经验插值方法/81.3 本章小结/19第2章 船舶轨迹数据存储管理方法/202.1 概述/202.2 常见船舶轨迹数据存储方法/212.2.1 结构化数据库存储/212.2.2 非结构化数据库存储/242.3 船舶轨迹数据的ClickHouse存储方法/272.3.1 ClickHouse轨迹数据存储模型/282.3.2 ClickHouse轨迹数据多级索引/282.3.3 ClickHouse轨迹数据查询/312.3.4 ClickHouse轨迹存储性能分析/352.4 本章小结/39第3章 水上交通安全态势评估方法/403.1 概述/403.2 水上交通宏观态势评估方法/413.2.1 水上交通宏观态势评估指标/413.2.2 水上交通宏观态势评估模型/433.2.3 水上交通宏观态势可视化/443.3 水上交通微观态势评估方法/463.3.1 水上交通微观态势评估指标/463.3.2 水上交通微观态势评估模型/533.3.3 水上交通微观态势评估实例/553.4 本章小结/59第4章 水上交通活动模式挖掘方法/604.1 概述/604.2 基于轨迹时空聚类的船舶活动模式分析/614.2.1 船舶轨迹的运动状态相似性/614.2.2 船舶轨迹的时空密度聚类/624.2.3 船舶轨迹的活动模式分析/654.2.4 船舶轨迹的异常模式检测/724.3 基于轨迹主题建模的船舶活动模式分析/804.3.1 船舶轨迹的语义信息增强/824.3.2 船舶轨迹的主题概率建模/874.3.3 船舶轨迹的主题模式分析/904.4 基于伴随模式挖掘的船舶活动模式分析/964.4.1 船舶轨迹多级分段处理/964.4.2轨迹时空相似性度量/1004.4.3 船舶时空伴随模式挖掘/1014.5 本章小结/104第5章 船舶时空行为知识发现方法/1055.1 概述/1055.2 船舶停留行为识别与分类方法/1065.2.1 多特征约束的船舶停留行为识别/1085.2.2 船舶停留行为的K邻近分类模型/1125.2.3 船舶停留行为识别与分类案例/1145.3 船舶徘徊行为识别与分类方法/1195.3.1 船舶徘徊行为时空特征建模/1205.3.2 船舶徘徊行为多尺度检测模型/1235.3.3 船舶徘徊轨迹形态分类模型/1265.3.4 船舶徘徊行为识别与形态分类案例/1305.4 船舶停留行为知识发现/1385.4.1 船舶异常停留知识发现/1385.4.2 船舶徘徊行为知识发现/1435.5 本章小结/148第6章 船舶领域统计建模分析方法/1506.1 概述/1506.2 内河船舶领域的网格统计模型/1526.2.1 船舶领域建模相关概念/1526.2.2 船舶领域网格统计方法/1536.3 内河船舶领域与影响因素关系分析/1566.3.1 基于船舶尺寸分类的船舶领域统计分析/1566.3.2 基于船舶速度分类的船舶领域统计分析/1926.4 内河典型水域船舶领域统计分析/2216.4.1 桥区水域船舶领域统计建模/2226.4.2 桥区水域船舶领域特征分析/2296.5 本章小结/239第7章 船舶尾气排放动态表征方法/2407.1 概述/2407.2 海上环境因素影响下的船舶尾气排放计算模型/2427.2.1 风、浪、流影响下的船舶航速修正模型/2427.2.2 基于航速修正的船舶尾气排放计算模型/2477.2.3 船舶尾气排放计算模型的有效性验证/2497.3 实时轨迹驱动的船舶尾气排放动态表征方法/2537.3.1 实时AIS数据流的在线预处理/2547.3.2 船舶尾气排放动态计算模型/2567.3.3 区域船舶尾气排放统计分析/2617.4 船舶尾气排放时空分析与可视化方法/2627.4.1 船舶尾气排放数据时空分析框架/2637.4.2 船舶尾气排放数据的可视化表达/2657.4.3 典型水域船舶尾气排放动态表征/2707.5 本章小结/277第8章 船舶气象航线优化推荐方法/2798.1 概述/2798.2 基于历史航次信息的典型轨迹获取/2808.2.1 航次轨迹建模/2828.2.2 航次轨迹分类/2858.2.3 典型轨迹获取/2898.3 基于典型轨迹的气象航线推荐/2918.3.1 气象航线的成本函数/2938.3.2 气象航线的推荐方法/2958.4 气象航线优化推荐案例分析/2988.4.1 航次轨迹分类结果/2988.4.2 典型轨迹获取结果/3018.4.3 气象航线推荐结果分析/3058.5 本章小结/311参考文献/312