1.本发明涉及机器学习领域，具体涉及一种基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成方法。
背景技术：2.dbscan(density-based spatial clustering ofapplications withnoise，具有噪声的基于密度的聚类方法)是一种基于密度的空间聚类算法，能够发现任意形状的类簇，且具备抗噪声的能力。该算法将具有足够密度的区域划分为簇，并在具有噪声的空间数据库中发现任意形状的簇，它将簇定义为密度相连的点的最大集合。该算法利用基于密度的聚类的概念，即要求聚类空间中的一定区域内所包含对象(点或其他空间对象)的数目不小于某一给定阈值。dbscan 算法的显著优点是聚类速度快且能够有效处理噪声点和发现任意形状的空间聚类。但是由于它直接对整个数据库进行操作且进行聚类时使用了一个全局性的表征密度的参数，因此也具有两个比较明显的弱点：当数据量增大时，要求较大的内存支持i/o消耗也很大；当空间聚类的密度不均匀、聚类间距差相差很大时，聚类质量较差。
3.数据挖掘中的聚类分析是按照相似程度划分数据，目标是，簇间距离最大，簇内距离最小，即簇内的相似性越大越好，簇间的差别越大越好。轨迹聚类是聚类分析在时空轨迹上的扩展，其目的是基于时间或空间的相似性，把具有相似行为的时空对象划分为一类，通过聚类分析发现物体的移动模式，分析物体的移动规律，预测未来可能的运动行为。基于目标的轨迹聚类算法主要分为两类，将整条轨迹作为研究对象进行聚类和将轨迹划分为多条子轨迹进行聚类。前者能够直观的评价轨迹间的相似性，受输入参数影响较小，但对复杂的轨迹容易忽略局部异常信息，对高维轨迹数据的聚类效果欠佳。后者能够较好的识别轨迹的局部特征，有效处理高维轨迹数据，结合基于密度的聚类算法bscan 能够发现任意形状的轨迹簇，但随着数据规模的增大，dbscan算法会因消耗大量的i/o而造成聚类效率低下。
技术实现要素：4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的技术方案。因此，本发明的一个方面，提供了一种基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成方法，该方法具体包括步骤：
5.步骤1、舰船目标活动航迹聚类分析初始化；
6.步骤2、生成目标频繁活动区域；
7.即在空间块中，形成该空间块区域内的核心点和空间块区域内的边界点；
8.并根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；
9.随后通过判断剩余点迹之间的密度可达性，删除对应的空间块；
10.并形成舰船目标频繁活动区域以及生成空间块的航迹点pi；
11.步骤3、生成舰船目标经典航迹。
12.可选的，所述步骤1具体为：
13.(1)设置活动区域目标点迹邻域半径eps大小，初始设置l0海里；
14.(2)设置每个领域内包括的最小点数minpts，初始设置minpts为 ly_ptminnum；
15.(3)设置目标活动区域分割的空间块大小为w0*h0；
16.(4)设置空间块中目标点迹数量阈值为kjk_ptminnum。
17.可选的，步骤2具体为：
18.(1)获取舰船目标历史活动航迹点数据；
19.(2)按设置的空间块大小，统计每个空间块区域内的点迹数量；
20.(3)根据设定的阈值，过滤航迹点迹小于阈值的空间块；
21.(4)在空间块中，依据航迹点的eps邻域至少包含最小数目ly_ptminnum 的航迹点，形成该空间块区域内的核心点；
22.(5)在空间块中，依据如果该航迹落在某个核心点的邻域内，但不是核心点，形成空间块区域内的边界点；
23.(6)根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；
24.(7)判断剩余点迹之间的密度可达性，依据如果在剩余点迹中存在一个点迹链p1，
…
，pi，
…
，pn，满足p1＝p和pn＝q，pi是从pi+1关于l0和 ly_ptminnum直接密度可达的，则点迹p是从点迹q关于l0和ly_ptminnum 密度可达的；从而判断该空间块是否密度可达；如果不是密度可达，删除该空间块；
25.(8)记录所有剩余的空间块，形成舰船目标频繁活动区域；
26.(9)计算每个空间块中所有核心点的密度空间平均值，作为空间块的航迹点pi。
27.可选的，步骤3具体为：
28.(1)根据距离最近原则，进行空间块中航迹点pi和p(i+1)连线，利用过点曲线处理；
29.(2)设置空间区域内，目标的进入点和离开点；
30.(3)在地图平台上加载所有目标活动航迹点数据，同时加载上述形成的航迹点曲线，进行人工调整，形成舰船目标经典航迹点。
31.本发明还提供一种基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成系统，该系统具体包括初始化模块、活动区域生成模块和目标经典航迹生成模块；
32.所述初始化模块用于舰船目标活动航迹聚类分析初始化；
33.所述活动区域生成模块用于生成目标频繁活动区域，
34.即所述活动区域生成模块在空间块中，形成该空间块区域内的核心点和空间块区域内的边界点；
35.并根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；
36.随后所述活动区域生成模块通过判断剩余点迹之间的密度可达性，删除对应的空间块；并形成舰船目标频繁活动区域以及生成空间块的航迹点pi；
37.所述目标经典航迹生成模块用于生成舰船目标经典航迹。
38.可选的，所述初始化模块具体用于：
39.(1)设置活动区域目标点迹邻域半径eps大小，初始设置l0海里；
40.(2)设置每个领域内包括的最小点数minpts，初始设置minpts为 ly_ptminnum；
41.(3)设置目标活动区域分割的空间块大小为w0*h0；
42.(4)设置空间块中目标点迹数量阈值为kjk_ptminnum。
43.可选的，所述活动区域生成模块具体用于：
44.(1)获取舰船目标历史活动航迹点数据；
45.(2)按设置的空间块大小，统计每个空间块区域内的点迹数量；
46.(3)根据设定的阈值，过滤航迹点迹小于阈值的空间块；
47.(4)在空间块中，依据航迹点的eps邻域至少包含最小数目ly_ptminnum 的航迹点，形成该空间块区域内的核心点；
48.(5)在空间块中，依据如果该航迹落在某个核心点的邻域内，但不是核心点，形成空间块区域内的边界点；
49.(6)根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；
50.(7)判断剩余点迹之间的密度可达性，依据如果在剩余点迹中存在一个点迹链p1，
…
，pi，
…
，pn，满足p1＝p和pn＝q，pi是从pi+1关于l0和 ly_ptminnum直接密度可达的，则点迹p是从点迹q关于l0和ly_ptminnum 密度可达的；从而判断该空间块是否密度可达；如果不是密度可达，删除该空间块；
51.(8)记录所有剩余的空间块，形成舰船目标频繁活动区域；
52.(9)计算每个空间块中所有核心点的密度空间平均值，作为空间块的航迹点pi。
53.可选的，所述目标经典航迹生成模块具体用于：
54.(1)根据距离最近原则，进行空间块中航迹点pi和p(i+1)连线，利用过点曲线处理；
55.(2)设置空间区域内，目标的进入点和离开点；
56.(3)在地图平台上加载所有目标活动航迹点数据，同时加载上述形成的航迹点曲线，进行人工调整，形成舰船目标经典航迹点。
57.本技术实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
58.为提高发现航迹质量，为此将引入了航迹关联质量度量评估和基于大数据的大密度航迹数据处理手段，对原有的算法进行改造，使之以航迹关联质量作为航迹关联的判决条件，快速准确地进行航迹关联。
59.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述技术方案和其目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
60.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
61.图1示出了基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成方法流程图；
62.图2示出了实例化初始模型构建示意图；
63.图3示出了实例化初始目标航迹点位置示意图；
64.图4示出了实例化过滤目标航迹点较少的空间块示意图；
65.图5示出了实例化核心点确定示意图；
66.图6示出了实例化边界点确定示意图；
67.图7示出了实例化噪声点确定示意图；
68.图8示出了实例化剔除噪声点剩余的空间块示意图；
69.图9示出了实例化密度不可达空间块确定示意图；
70.图10示出了实例化剩余空间块示意图；
71.图11示出了实例化剩余空间块密度中心生成示意图；
72.图12示出了实例化剩余空间块航迹点连线示意图；
73.图13示出了实例化人工干预生成目标经典航迹示意图；
74.图14示出了基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成系统示意图。
具体实施方式
75.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
76.本发明的目的是针对随着数据规模的增大，dbscan算法会因消耗大量的 i/o而造成聚类效率低下的问题，提出的一种基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成方法，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
77.步骤1、构建舰船目标活动航迹聚类分析初始化模型。
78.(1)设置活动区域目标点迹邻域半径eps大小，初始设置l0海里；
79.(2)设置每个领域内包括的最小点数minpts，初始设置minpts为 ly_ptminnum；
80.(3)设置目标活动区域分割的空间块大小为w0*h0；
81.(4)设置空间块中目标点迹数量阈值为kjk_ptminnum；
82.(5)基于上述参数形成舰船目标活动航迹聚类分析初始化模型。
83.具体模型实例如图2所示，例如每个领域内最小点数minpts＝3，空间块中目标点迹数量阈值kjk_ptminnum＝3。
84.步骤2、生成目标频繁活动区域。
85.(1)获取舰船目标历史活动航迹点数据；
86.(2)按设置的空间块大小，统计每个空间块区域内的点迹数量；
87.具体目标航迹点位置和统计实例如图3所示，实例展示的每个空间块内目标航迹点的位置以及统计得到的数量的具体数值。
88.(3)根据设定的阈值，过滤航迹点迹小于阈值的空间块；
89.具体基于图3所示目标航迹点位置空间块过滤目标航迹点较少的空间块后得到的如图4所示的空间块实例。
90.(4)在空间块中，依据航迹点的eps邻域至少包含最小数目ly_ptminnum 的航迹点，形成该空间块区域内的核心点；
91.具体核心点确定实例如图5所示。
92.图中选取了5个块，每个块选择了一个点进行示意，表示以每个点为中心、 eps为半径的圈；计算在圈中目标航迹点数，在圈中的点数大于等于minpts为核心点，图5中实心
点位核心点。
93.(5)在空间块中，依据如果该航迹落在某个核心点的邻域内，但不是核心点，形成空间块区域内的边界点；
94.具体边界点确定实例如图6所示。
95.图中选择了1个块中一个目标航迹点进行示意，表示以每个点位中心、eps 为半径的圈；计算在圈中目标航迹点数，在圈中的点数小于minpts为边界点，同时圈中目标航迹点(包括本身航迹点)大于1，图6中的实心点为边界点。
96.(6)根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；
97.具体噪声点确定实例如图7所示。
98.噪声点为不在任何块内的以eps为半径圈领域内的点，图7种实心点为噪声点。
99.具体剔除噪声点剩余的空间块实例如图8所示。
100.剩下的空间块仅包括核心点和边界点的块。
101.(7)判断剩余点迹之间的密度可达性，依据如果在剩余点迹中存在一个点迹链p1，
…
，pi，
…
，pn，满足p1＝p和pn＝q，pi是从pi+1关于l0和 ly_ptminnum直接密度可达的，则点迹p是从点迹q关于l0和ly_ptminnum 密度可达的；从而判断该空间块是否密度可达；如果不是密度可达，删除该空间块；
102.具体密度不可达空间块确定实例如图9所示。
103.对剩余的每块目标航迹点进行编号p(i,j)，i表示第几块，j表示第几个点；剩余块数为n，第i个块中的目标航迹点数为m(i)。计算p(i,j)与本块内任意其他点的距离，记录与p(i,j)距离小于eps的密度可达的每一个点，形成m(i)个集合，将m(i)个集合进行元素比较，将两个具有相同点的集合进行合并，将合并的集合重新与剩余的集合进行比较，直到比较完每一个集合，如果最后集合数目大于1，则为密度不可达。
104.(8)记录所有剩余的空间块，形成舰船目标频繁活动区域；
105.具体剩余空间块实例如图10所示。
106.(9)计算每个空间块中所有核心点的密度空间平均值，作为空间块的航迹点pi。
107.具体剩余空间块密度中心生成实例如图11所示。
108.密度空间平均值为对应航迹点地理坐标的平均值。
109.即x＝(x1+x2+...+xn)/n；
110.y＝(y1+y2+
…
+yn)/n；
111.其中空间航迹点地理坐标为(xi,yi)；i＝1,
……
,n
112.图11中空心点位密度中心点。
113.步骤3、生成舰船目标经典航迹。
114.(1)根据距离最近原则，进行空间块中航迹点pi和p(i+1)连线，利用过点曲线处理；
115.具体航迹点连线实例如图12所示。
116.(2)设置空间区域内，目标的进入点和离开点；
117.(3)在地图平台上加载所有目标活动航迹点数据，同时加载上述形成的航迹点曲线，进行人工调整，形成舰船目标经典航迹点。
118.具体人工干预生成目标经典航迹实例如图13所示。
119.本发明还提出一种基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成系统，该系统具体包括初始化模块、活动区域生成模块和目标经典航迹生成模块。
120.所述初始化模块用于舰船目标活动航迹聚类分析初始化。
121.具体为：所述初始化模块设置活动区域目标点迹邻域半径eps大小，初始设置l0海里；
122.设置每个领域内包括的最小点数minpts，初始设置minpts为 ly_ptminnum；
123.设置目标活动区域分割的空间块大小为w0*h0；
124.设置空间块中目标点迹数量阈值为kjk_ptminnum。
125.所述活动区域生成模块用于生成目标频繁活动区域。
126.具体为：所述活动区域生成模块获取舰船目标历史活动航迹点数据；
127.随后，按设置的空间块大小，统计每个空间块区域内的点迹数量；
128.所述活动区域生成模块根据设定的阈值，过滤航迹点迹小于阈值的空间块；
129.并且在空间块中，依据航迹点的eps邻域至少包含最小数目ly_ptminnum 的航迹点，形成该空间块区域内的核心点；
130.在空间块中，所述活动区域生成模块依据如果该航迹落在某个核心点的邻域内，但不是核心点，形成空间块区域内的边界点；
131.随后，根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；
132.所述活动区域生成模块判断剩余点迹之间的密度可达性，依据如果在剩余点迹中存在一个点迹链p1，
…
，pi，
…
，pn，满足p1＝p和pn＝q，pi是从 pi+1关于l0和ly_ptminnum直接密度可达的，则点迹p是从点迹q关于l0 和ly_ptminnum密度可达的；从而判断该空间块是否密度可达；如果不是密度可达，删除该空间块；
133.同时，所述活动区域生成模块记录所有剩余的空间块，形成舰船目标频繁活动区域；
134.并且计算每个空间块中所有核心点的密度空间平均值，作为空间块的航迹点pi。
135.所述目标经典航迹生成模块用于生成舰船目标经典航迹。
136.具体为：所述目标经典航迹生成模块设置空间区域内，目标的进入点和离开点；
137.随后，根据距离最近原则，进行空间块中航迹点pi和p(i+1)连线，利用过点曲线处理；
138.并且所述目标经典航迹生成模块在地图平台上加载所有目标活动航迹点数据，同时加载上述形成的航迹点曲线，进行人工调整，形成舰船目标经典航迹点。
139.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
140.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身
都作为本发明的单独实施例。
141.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
技术特征：1.基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成方法，该方法具体包括步骤：步骤1、舰船目标活动航迹聚类分析初始化；步骤2、生成目标频繁活动区域；在空间块中，形成该空间块区域内的核心点和空间块区域内的边界点；根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；随后通过判断剩余点迹之间的密度可达性，删除对应的空间块；并形成舰船目标频繁活动区域以及生成空间块的航迹点pi；步骤3、生成舰船目标经典航迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：(1)设置活动区域目标点迹邻域半径eps大小，初始设置l0海里；(2)设置每个领域内包括的最小点数minpts，初始设置minpts为ly_ptminnum；(3)设置目标活动区域分割的空间块大小为w0*h0；(4)设置空间块中目标点迹数量阈值为kjk_ptminnum。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2具体为：(1)获取舰船目标历史活动航迹点数据；(2)按设置的空间块大小，统计每个空间块区域内的点迹数量；(3)根据设定的阈值，过滤航迹点迹小于阈值的空间块；(4)在空间块中，依据航迹点的eps邻域至少包含最小数目ly_ptminnum的航迹点，形成该空间块区域内的核心点；(5)在空间块中，依据如果该航迹落在某个核心点的邻域内，但不是核心点，形成空间块区域内的边界点；(6)根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；(7)判断剩余点迹之间的密度可达性，依据如果在剩余点迹中存在一个点迹链p1，
…
，pi，
…
，pn，满足p1＝p和pn＝q，pi是从pi+1关于l0和ly_ptminnum直接密度可达的，则点迹p是从点迹q关于l0和ly_ptminnum密度可达的；从而判断该空间块是否密度可达；如果不是密度可达，删除该空间块；(8)记录所有剩余的空间块，形成舰船目标频繁活动区域；(9)计算每个空间块中所有核心点的密度空间平均值，作为空间块的航迹点pi。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3具体为：(1)根据距离最近原则，进行空间块中航迹点pi和p(i+1)连线，利用过点曲线处理；(2)设置空间区域内，目标的进入点和离开点；(3)在地图平台上加载所有目标活动航迹点数据，同时加载上述形成的航迹点曲线，进行人工调整，形成舰船目标经典航迹点。5.一种基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成系统，该系统具体包括初始化模块、活动区域生成模块和目标经典航迹生成模块；所述初始化模块用于舰船目标活动航迹聚类分析初始化；所述活动区域生成模块用于生成目标频繁活动区域，所述活动区域生成模块在空间块中，形成该空间块区域内的核心点和空间块区域内的边界点；
根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；随后所述活动区域生成模块通过判断剩余点迹之间的密度可达性，删除对应的空间块；并形成舰船目标频繁活动区域以及生成空间块的航迹点pi；所述目标经典航迹生成模块用于生成舰船目标经典航迹。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述初始化模块具体用于：(1)设置活动区域目标点迹邻域半径eps大小，初始设置l0海里；(2)设置每个领域内包括的最小点数minpts，初始设置minpts为ly_ptminnum；(3)设置目标活动区域分割的空间块大小为w0*h0；(4)设置空间块中目标点迹数量阈值为kjk_ptminnum。7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述活动区域生成模块具体用于：(1)获取舰船目标历史活动航迹点数据；(2)按设置的空间块大小，统计每个空间块区域内的点迹数量；(3)根据设定的阈值，过滤航迹点迹小于阈值的空间块；(4)在空间块中，依据航迹点的eps邻域至少包含最小数目ly_ptminnum的航迹点，形成该空间块区域内的核心点；(5)在空间块中，依据如果该航迹落在某个核心点的邻域内，但不是核心点，形成空间块区域内的边界点；(6)根据核心点和边界点，形成噪声点，并删除空间块区域的噪声点；(7)判断剩余点迹之间的密度可达性，依据如果在剩余点迹中存在一个点迹链p1，
…
，pi，
…
，pn，满足p1＝p和pn＝q，pi是从pi+1关于l0和ly_ptminnum直接密度可达的，则点迹p是从点迹q关于l0和ly_ptminnum密度可达的；从而判断该空间块是否密度可达；如果不是密度可达，删除该空间块；(8)记录所有剩余的空间块，形成舰船目标频繁活动区域；(9)计算每个空间块中所有核心点的密度空间平均值，作为空间块的航迹点pi。8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述目标经典航迹生成模块具体用于：(1)根据距离最近原则，进行空间块中航迹点pi和p(i+1)连线，利用过点曲线处理；(2)设置空间区域内，目标的进入点和离开点；(3)在地图平台上加载所有目标活动航迹点数据，同时加载上述形成的航迹点曲线，进行人工调整，形成舰船目标经典航迹点。
技术总结本发明提供了一种基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成方法，该方法具体包括步骤：步骤1、舰船目标活动航迹聚类分析初始化；步骤2、生成目标频繁活动区域；步骤3、生成舰船目标经典航迹，同时，本发明还提供基于密度空间聚类的舰船目标经典轨迹生成系统。利用本发明的方法和系统，引入了航迹关联质量度量评估和基于大数据的大密度航迹数据处理手段，对原有的算法进行改造，使之以航迹关联质量作为航迹关联的判决条件，快速准确地进行航迹关联。快速准确地进行航迹关联。快速准确地进行航迹关联。
技术研发人员：赵朝先 周万宁 李松 唐琳 邹雨 牛亚雷 张学军 王玉菊 李勇 岳丽军
受保护的技术使用者：中国人民解放军91977部队
技术研发日：2022.06.21
技术公布日：2022/11/1
