一种基于AIS数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法与流程

本发明属于数据可视化展示领域，尤其涉及一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法。

背景技术：

1、船舶自动识别系统简称ais是一种新型的助航设备。该系统用于船舶、船岸之间的通信，随着航运业的快速发展船舶数量递增，ais通信数据也大量增长，通过分析这些ais信息对于掌握辖区水域交通流量状况、预测未来交通流量等具有重要的意义。这些数据不仅可以用于海事监管，而且可以为地方经济规划与决策提供数据支撑。为了实现ais数据充分利用，本发明对于原始ais日志进行解析及深入挖掘分析。用于分析船舶航行轨迹、船舶碳排放量情况、船舶进出港情况，港口繁忙指数等，并通过程序进行可视化展示，为航海保障相关工作提供数据支撑。

技术实现思路

1、为航海保障相关工作提供数据支撑，本发明提出了一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法。

2、一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，包括以下步骤：

3、步骤一、运用python对通过ais岸基系统获取的原始报文进行解码，获取ais解析数据；

4、步骤二、对解析后的数据进行清洗，去除无效数据；

5、步骤三、利用算法将原始数据与船舶静态数据库进行匹配，获取船舶吨位等信息。再将得到的数据进行重采样，可以根据需求按天、周、月等条件进行采样，重采样后再对船舶数量进行统计，对船舶吨位进行统计，获取的值为每天或者每月的船舶总数以及船舶吨位数；

6、步骤四、完成数据清洗后，利用matplotlib库实现数据统计图展示；

7、步骤五、完成数据清洗后，利用leaftlet给python提供的交互式动态地图接口，实现区域船舶热力图、船舶轨迹图及船舶碳排放量展示。

8、进一步地，所述步骤一，利用python对获取的ais原始报文进行解码，通过程序解码后输出.csv格式的解析后数据，解析后的数据包括time_stamp采样时间，type报文类型，mmsi水上通信业务标识码，通过它可以直接查询船舶信息；shipname船舶名字，lon和1at为船舶实时的经纬度，shipstate为航行状态。

9、更进一步地，所述步骤二、利用python的drop函数删除无效的数据，再通过相应算法以日期和mmsi为标识符去除重复的记录。

10、更进一步地，所述步骤三、利用python的merge函数将原始数据与船舶静态数据库进行匹配，获取船舶吨位等信息。

11、更进一步地，所述步骤四、将与静态数据库匹配后得到的数据进行重采样，根据需求按天、周、月等条件进行采样，重采样后再对船舶数量进行统计，对船舶吨位进行统计，获取每天、每周、每月的船舶总数以及船舶吨位数。

12、更进一步地，所述步骤五、利用matplotlib库实现数据统计图展示方法为：用python核心库matplotlib实现数据的可视化效果。通过python的matplotlib库将船舶进港数量按周进行可视化展示。

13、更进一步地，所述步骤五、根据解析完成后的ais数据在地图上做出区域热力图，热力图可以反应特定时间内某个区域内船舶数量。热力图以特定时间内船舶数量为比对值，在相应的位置绘制出不同颜色的热力区域图。

14、更进一步地，所述步骤五、根据解析、清晰后的有效ais数据，利用python的folium库绘制船舶轨迹图，准确显示船舶航行轨迹。

15、更进一步地，所述步骤五、基于ais信息并通过研究船舶碳排放计算方法，建立了基于ais的船舶碳排放量测度模型。在完成船舶碳排放计算后，利用python制作了某时间段宁波舟山海域几个港口碳排放分布图以及某些特定区域的碳排放量热力图。丰富完善热了力图，利用热力图进行结论分析和预测，掌握辖区水域各个区域碳排放量状况。

技术特征：

1.一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于：所述的步骤一中ais原始报文解析方法为：利用python对获取的ais原始报文进行解码，通过程序解码后输出.csv格式的解析后数据，解析后的数据包括time_stamp采样时间，type报文类型，mmsi水上通信业务标识码，通过它可以直接查询船舶信息；shipname船舶名字，lon和1at为船舶实时的经纬度，shipstate为航行状态。

3.根据权利要求2所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于：所述的步骤二中对解析后的数据进行清洗，利用python的drop函数删除无效的数据，再通过相应算法以日期和mmsi为标识符去除重复的记录。

4.根据权利要求3所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于：所述的步骤三中对将原始数据与船舶静态数据库进行匹配，获取船舶吨位等信息方法为：利用python的merge函数将原始数据与船舶静态数据库进行匹配，获取船舶吨位等信息。

5.根据权利要求4所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于：所述的步骤三中对数据进行重采样方法为：将与静态数据库匹配后得到的数据进行重采样，根据需求按天、周、月等条件进行采样，重采样后再对船舶数量进行统计，对船舶吨位进行统计，获取每天、每周、每月的船舶总数以及船舶吨位数。

6.根据权利要求5所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于：所述的步骤四中对完成数据清洗后，利用matplotlib库实现数据统计图展示方法为：用python核心库matplotlib实现数据的可视化效果。通过python的matplotlib库将船舶进港数量按周进行可视化展示。

7.根据权利要求6所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于：所述的步骤五中热力图展示方法为：根据解析完成后的ais数据在地图上做出区域热力图，热力图可以反应特定时间内某个区域内船舶数量。热力图以特定时间内船舶数量为比对值，在相应的位置绘制出不同颜色的热力区域图。

8.根据权利要求7所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于：所述的步骤五中船舶轨迹图展示方法为：根据解析、清晰后的有效ais数据，利用python的folium库绘制船舶轨迹图，准确显示船舶航行轨迹。

9.根据权利要求8所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于：所述的步骤五中船舶碳排放量展示方法为：基于ais信息并通过研究船舶碳排放计算方法，建立了基于ais的船舶碳排放量测度模型。在完成船舶碳排放计算后，利用python制作了某时间段宁波舟山海域几个港口碳排放分布图以及某些特定区域的碳排放量热力图。丰富完善热了力图，利用热力图进行结论分析和预测，掌握辖区水域各个区域碳排放量状况。

10.一种实现权利要求1-9中任意一项所述的一种基于ais数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法，其特征在于包括ais原始数据解析模块，ais数据清洗模块和数据展示模块；

技术总结
本发明提出了一种基于AIS数据挖掘的航海保障数据可视化展示方法及系统，通过Python对AIS原始数据进行解码，使原始报文可读；通过Python的Pandas、matlab等数据分析相关的库进行数据的清洗、去重、匹配、重采样、统计提高AIS数据质量；通过数据中经纬度及时间戳，利用算法实现船舶航行轨迹图；通过匹配静态数据库计算船舶进出港数据统计图；通过重采样算法结合船舶经纬度信息实现船舶区域密度热力图展示；通过建立基于AIS的船舶碳排放量测度模型，在完成船舶碳排放计算后，利用Python的Folium库制作了港口碳排放分布图以及某些特定区域的碳排放量热力图。利用数据可视化展示进行结论分析和预测，掌握辖区水域船舶相关情况，为航海保障工作提供数据支持。

技术研发人员：赵世盛
受保护的技术使用者：沈立霞
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29