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专利号: 2021109504761
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种海洋灾害区域的船舶预警模型的构建方法,其特征在于,包括:在平面直角坐标系中设定船舶在t时刻的航行区域,并在所述航行区域内随机生成n个灾害点;

通过谱聚类算法将n个灾害点划分到k个簇中,并将每个簇内的点依次首尾相连构建灾害围栏;

将船舶的实时位置和灾害点位置以R‑tree型数据结构进行存储并建立索引规则;

以t时刻船舶位置为中心,从R‑tree型数据结构的树根开始对树中各个节点对应的灾害围栏执行射线算法,以判定船舶在t时刻与每个灾害围栏的位置关系;

基于位置关系构建海洋灾害区域预警仿真模型,并导入船舶的历史航行数据进行优化调整谱聚类算法的参数,并最终生成海洋灾害区域预警模型。

2.根据权利要求1所述的一种海洋灾害区域的船舶预警模型的构建方法,其特征在于,所述通过谱聚类算法将n个灾害点划分到k个簇中包括:通过高斯函数计算n个灾害点组成的图的邻接矩阵Wi,j,其表达式如下:2

其中,vi和vj分别为第i和j个灾害点,‖vi‑vj‖表示第i和j个灾害点之间的欧式距离,δ为高斯函数的方差;

基于邻接矩阵Wi,j计算对角线矩阵Di,j,其表达式如下:基于邻接矩阵Wi,j和对角线矩阵Di,j计算拉普拉斯矩阵L,其表达式如下:L=Di,j‑Wi,j

*

对拉普拉斯矩阵L进行归一化处理,构建标准矩阵L,其表示如下:*

计算获取标准矩阵L的k个最小特征值以及对应的特征向量;

将所有特征向量组成矩阵并按行进行标准化生成n×k维的特征矩阵;

将特征矩阵中的每行作为一个k维的对象,共生成n个对象;

对n个对象进行K‑means聚类,得到簇划分矩阵,将簇划分矩阵的k个列作为k个簇。

3.根据权利要求2所述的一种海洋灾害区域的船舶预警模型的构建方法,其特征在于,所述对n个对象进行K‑means聚类,得到簇划分矩阵包括:从n个对象中随机选择k个灾害点作为质心;

对n个对象中每一个灾害点,计算其与每一个质心的欧式距离;

根据就近原则将其划分到相应质心所属的集合,共计k个集合;

重新计算每个集合的质心,并将重新结算的质心带入上述步骤迭代运算直至聚类收敛,将最终输出的k个集合组成簇划分矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种海洋灾害区域的船舶预警模型的构建方法,其特征在于,所述判定船舶在t时刻与每个灾害围栏的位置关系包括:统计船舶t时刻的位置的一条射线与每个灾害围栏各条边的交点总数,若交点个数为奇数,则船舶t时刻的位置位于该多边形围栏的内部,若交点个数为偶数,则船舶t时刻的位置位于该多边形围栏的外部。

5.一种海洋灾害区域的船舶预警模型的构建系统,其特征在于,所述系统包括:初始化模块,用于在平面直角坐标系中设定船舶在t时刻的航行区域,并在所述航行区域内随机生成n个灾害点;

谱聚类算法模块,用于通过谱聚类算法将n个灾害点划分到k个簇中,并将每个簇内的点依次首尾相连构建灾害围栏;

R‑tree存储模块,用于将船舶的实时位置和灾害点位置以R‑tree型数据结构进行存储并建立索引规则;

位置判断模块,用于以t时刻船舶位置为中心,从R‑tree型数据结构的树根开始对树中各个节点对应的灾害围栏执行射线算法,以判定船舶在t时刻与每个灾害围栏的位置关系;

模型生成模块,用于基于位置关系构建海洋灾害区域预警仿真模型,并导入船舶的历史航行数据进行优化调整谱聚类算法的参数,并最终生成海洋灾害区域预警模型。

6.一种海洋灾害区域的船舶预警模型的构建装置,其特征在于,包括处理器及存储介质;

所述存储介质用于存储指令;

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1‑4任一项所述方法的步骤。

7.计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求1‑4任一项所述方法的步骤。