本書以自動識別系統記錄的船舶軌跡為研究對象，根據船舶水上活動特點，綜合交通運輸工程和地理信息科學等多學科理論與方法，系統且詳細地介紹船舶軌跡基礎處理方法與典型分析應用，主要包括船舶軌跡數據基礎處理方法、船舶軌跡數據存儲管理方法、水上交通安全態(tài)勢評估方法、水上交通活動模式挖掘方法、船舶時空行為識別發(fā)現方法、船舶領域統計建模分析方法、船舶尾氣排放動態(tài)表征方法、船舶氣象航線優(yōu)化推薦方法等。 本書內容豐富、新穎，理論與實踐相結合，具有較強的實用性與指導性，可作為高等院校交通運輸工程學科、海事管理學科的本科生或研究生專業(yè)教材,也可作為相關行業(yè)管理人員繼續(xù)教育與技能培訓的教材，還可作為交通運輸工程領域學者、研究人員、工程技術人員以及海事管理人員等從事相關工作人員的參考書。
本書詳細系統地介紹了地理空間分析框架下船舶軌跡的基礎處理、存儲管理、特征建模、時空統計、模式挖掘等方法和技術及其在水上交通安全與環(huán)境方面的典型應用，包括交通態(tài)勢評估、交通模式挖掘、船舶行為識別、船舶領域建模、氣象航線推薦、船舶污染表征等內容。
軌跡數據記錄了船舶與通航環(huán)境及其他水上交通對象之間相互作用、相互影響的結果，能夠準確反映船舶動態(tài)航行特征，蘊含豐富的海上交通知識。通過對大規(guī)模船舶軌跡數據進行分析和挖掘，能夠識別船舶時空活動的行為意圖，掌握水上交通運行規(guī)律和典型模式，評估和預測水上交通安全風險及變化趨勢，表征水上交通大氣污染物排放規(guī)模及特征，有助于水上交通管理人員準確把握管轄水域的交通安全態(tài)勢及其變化情況，實現對船舶交通管理的智能監(jiān)測與預警，掌握管轄水域的船舶大氣污染物排放情況，從而提高海事安全監(jiān)管效率，制定科學、合理的安全監(jiān)管和節(jié)能減排措施。 船舶軌跡大數據的深度挖掘與應用是水上交通安全、高效、綠色發(fā)展的重要研究熱點之一，本書闡述了從地理信息科學視角進行船舶軌跡分析挖掘和場景應用的思考和經驗，是利用軌跡大數據挖掘水上交通對象活動知識的初步探索。本書內容是武漢理工大學水上交通安全與仿真團隊（Nautical Safety and Simulation Group, NSSG）在船舶軌跡大數據分析挖掘方面的研究成果，系統介紹了船舶軌跡數據的基礎處理方法、存儲管理方法、特征建模方法、時空統計方法、模式挖掘方法等，通過典型案例說明了船舶軌跡數據在交通態(tài)勢評估、交通模式挖掘、交通行為識別、船舶領域分析、氣象航線推薦、船舶污染表征等方面的應用價值。 本書可作為高等院校交通運輸工程學科、海事管理學科的本科生或研究生的專業(yè)教材,也可作為相關行業(yè)管理人員繼續(xù)教育與技能培訓的教材，還可作為交通運輸工程領域學者、研究人員、工程技術人員以及海事管理人員等從事相關工作人員的參考書。 本書內容是黃亮副研究員、文元橋教授及其團隊師生在船舶軌跡大數據挖掘方面的共同研究成果，并得到武漢理工大學智能交通系統研究中心、航運學院、交通與物流工程學院等單位師生的大力支持。 本書由黃亮制定書稿內容框架，組織全書編寫，編寫分工如下：第1章由黃亮、劉益編寫，第2章由黃亮、聞宇編寫，第3章由黃亞敏、王玉賓編寫，第4章由黃亮、周春輝編寫，第5章由黃亮、張治豪編寫，第6章由文元橋、鄭海濤編寫，第7章由周春輝、黃亮編寫，第8章由文元橋、彭斯楊編寫。 本書在編寫過程中得到了中國工程院嚴新平院士的指導，以及武漢大學朱欣焰教授、咼維副教授對相關研究工作的大力支持，在此一并表示感謝。最后，感謝國家自然科學基金項目水上交通態(tài)勢的多尺度表達與演化機理研究（編號：52072287）、基于軌跡意圖概率建模的船舶行為模式識別研究（編號：41801375）以及浙江省重點研發(fā)項目船岸協同環(huán)境下內河集裝箱船舶增強駕駛關鍵技術研究及示范應用（編號：2021C01010）的資助。 隨著水路交通智能化水平的不斷提高，水上交通安全和環(huán)境的智能管控能力和方法將不斷提升，本書探索了軌跡數據驅動的水上交通智能管控方法，希望能夠起到拋磚引玉的作用，為豐富和發(fā)展水上交通運輸工程理論和技術體系做出貢獻。
黃亮，博士生導師。主要從事海事大數據、時空行為分析、智能航行態(tài)勢感知等方面的研究。主持/參與國家重點研發(fā)計劃子課題、國家自然科學基金、海南科技計劃自然科學聯合基金、中國博士后科學基金等10余項，主持橫向課題8項。發(fā)表學術論文60余篇，參編*指定教材1本，獲得授權發(fā)明專利3項、軟件著作權授權8項，科研成果榮獲湖北省科技進步獎二等獎1項（2019）、中國航海學會科學技術獎一等獎1項（2019）、二等獎3項（2016,2018,2020）。
第1章 船舶軌跡數據基礎處理方法/11.1 船舶軌跡噪聲處理/21.2 船舶軌跡插值處理/51.2.1 數值模型插值方法/51.2.2 運動方程插值方法/71.2.3 航行經驗插值方法/81.3 本章小結/19第2章 船舶軌跡數據存儲管理方法/202.1 概述/202.2 常見船舶軌跡數據存儲方法/212.2.1 結構化數據庫存儲/212.2.2 非結構化數據庫存儲/242.3 船舶軌跡數據的ClickHouse存儲方法/272.3.1 ClickHouse軌跡數據存儲模型/282.3.2 ClickHouse軌跡數據多級索引/282.3.3 ClickHouse軌跡數據查詢/312.3.4 ClickHouse軌跡存儲性能分析/352.4 本章小結/39第3章 水上交通安全態(tài)勢評估方法/403.1 概述/403.2 水上交通宏觀態(tài)勢評估方法/413.2.1 水上交通宏觀態(tài)勢評估指標/413.2.2 水上交通宏觀態(tài)勢評估模型/433.2.3 水上交通宏觀態(tài)勢可視化/443.3 水上交通微觀態(tài)勢評估方法/463.3.1 水上交通微觀態(tài)勢評估指標/463.3.2 水上交通微觀態(tài)勢評估模型/533.3.3 水上交通微觀態(tài)勢評估實例/553.4 本章小結/59第4章 水上交通活動模式挖掘方法/604.1 概述/604.2 基于軌跡時空聚類的船舶活動模式分析/614.2.1 船舶軌跡的運動狀態(tài)相似性/614.2.2 船舶軌跡的時空密度聚類/624.2.3 船舶軌跡的活動模式分析/654.2.4 船舶軌跡的異常模式檢測/724.3 基于軌跡主題建模的船舶活動模式分析/804.3.1 船舶軌跡的語義信息增強/824.3.2 船舶軌跡的主題概率建模/874.3.3 船舶軌跡的主題模式分析/904.4 基于伴隨模式挖掘的船舶活動模式分析/964.4.1 船舶軌跡多級分段處理/964.4.2軌跡時空相似性度量/1004.4.3 船舶時空伴隨模式挖掘/1014.5 本章小結/104第5章 船舶時空行為知識發(fā)現方法/1055.1 概述/1055.2 船舶停留行為識別與分類方法/1065.2.1 多特征約束的船舶停留行為識別/1085.2.2 船舶停留行為的K鄰近分類模型/1125.2.3 船舶停留行為識別與分類案例/1145.3 船舶徘徊行為識別與分類方法/1195.3.1 船舶徘徊行為時空特征建模/1205.3.2 船舶徘徊行為多尺度檢測模型/1235.3.3 船舶徘徊軌跡形態(tài)分類模型/1265.3.4 船舶徘徊行為識別與形態(tài)分類案例/1305.4 船舶停留行為知識發(fā)現/1385.4.1 船舶異常停留知識發(fā)現/1385.4.2 船舶徘徊行為知識發(fā)現/1435.5 本章小結/148第6章 船舶領域統計建模分析方法/1506.1 概述/1506.2 內河船舶領域的網格統計模型/1526.2.1 船舶領域建模相關概念/1526.2.2 船舶領域網格統計方法/1536.3 內河船舶領域與影響因素關系分析/1566.3.1 基于船舶尺寸分類的船舶領域統計分析/1566.3.2 基于船舶速度分類的船舶領域統計分析/1926.4 內河典型水域船舶領域統計分析/2216.4.1 橋區(qū)水域船舶領域統計建模/2226.4.2 橋區(qū)水域船舶領域特征分析/2296.5 本章小結/239第7章 船舶尾氣排放動態(tài)表征方法/2407.1 概述/2407.2 海上環(huán)境因素影響下的船舶尾氣排放計算模型/2427.2.1 風、浪、流影響下的船舶航速修正模型/2427.2.2 基于航速修正的船舶尾氣排放計算模型/2477.2.3 船舶尾氣排放計算模型的有效性驗證/2497.3 實時軌跡驅動的船舶尾氣排放動態(tài)表征方法/2537.3.1 實時AIS數據流的在線預處理/2547.3.2 船舶尾氣排放動態(tài)計算模型/2567.3.3 區(qū)域船舶尾氣排放統計分析/2617.4 船舶尾氣排放時空分析與可視化方法/2627.4.1 船舶尾氣排放數據時空分析框架/2637.4.2 船舶尾氣排放數據的可視化表達/2657.4.3 典型水域船舶尾氣排放動態(tài)表征/2707.5 本章小結/277第8章 船舶氣象航線優(yōu)化推薦方法/2798.1 概述/2798.2 基于歷*次信息的典型軌跡獲取/2808.2.1 航次軌跡建模/2828.2.2 航次軌跡分類/2858.2.3 典型軌跡獲取/2898.3 基于典型軌跡的氣象航線推薦/2918.3.1 氣象航線的成本函數/2938.3.2 氣象航線的推薦方法/2958.4 氣象航線優(yōu)化推薦案例分析/2988.4.1 航次軌跡分類結果/2988.4.2 典型軌跡獲取結果/3018.4.3 氣象航線推薦結果分析/3058.5 本章小結/311參考文獻/312
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