船舶航速预测模型的构建方法、装置、设备及存储介质与流程

专利检索2025-07-23  14


本发明涉及航速预测,尤其涉及一种船舶航速预测模型的构建方法、装置、设备及存储介质。


背景技术:

1、船舶的航速预测尤其是非静水航速是航运业领域的难点,船舶航线在恶劣天气下的速度损失是关乎船舶航线安全的重要因素,准确的航速预测意味着船舶未来航行位置的预测。

2、相关技术中,往往采用经验统计法或基于机器学习算法构造预测航速,前者由于对影响船舶水文要素把握不全面,通过经验方程得到的经验系数不适用于日新月异的船舶形态,而已有的用于预测船舶航速的机器学习法训练过程效率低下;另一方面,船舶的航速预测通常借助主机功率等船舶参数预测,但海上海况复杂瞬时多变,一般情况下获取的船舶相关参数不够准确,且这些参数并不能完全起到决定性作用,导致航速预测结果与实际情况偏差过大。

3、综合以上该技术领域发展状况分析,现有的技术中缺少使用轻量级模型,并基于大气海洋数据驱动预测的方案。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种船舶航速预测模型的构建方法、装置、设备及存储介质,旨在解决现有技术中的上述问题。

2、根据本发明实施例的第一方面,提供一种船舶航速预测模型的构建方法,包括:

3、从大气海洋数据中获取训练集和待建模航线对应的验证集;

4、清洗训练集和验证集并构造新特征,使用随机森林法筛选由新特征和原始数据特征组成的全部特征,得到预测的重要特征,基于重要特征形成第一训练集和最终验证集;

5、使用小波分解法剔除第一训练集中异常样本点,使用自适应调整法调整剔除样本点后第一训练集中的航速分布,得到与最终验证集数据分布一致的最终训练集;

6、将最终训练集划分为去程训练集和返程训练集,将最终验证集划分为去程验证集和返程验证集;

7、使用去程训练集和去程验证集训练初始轻量模型,得到待建模航线的去程航速预测模型,使用返程训练集和返程验证集训练初始轻量模型,得到待建模航线的返程航速预测模型。

8、根据本发明实施例的第二方面,提供一种船舶航速预测模型的构建装置,包括:

9、数据获取模块,用于从大气海洋数据中获取训练集和待建模航线对应的验证集;

10、重要特征筛选模块,用于清洗训练集和验证集并构造新特征,使用随机森林法筛选由新特征和原始数据特征组成的全部特征,得到预测的重要特征,基于重要特征形成第一训练集和最终验证集;

11、训练集调整模块,用于使用小波分解法剔除第一训练集中异常样本点,使用自适应调整法调整剔除样本点后第一训练集中的航速分布,得到与最终验证集数据分布一致的最终训练集;

12、数据划分模块,用于将最终训练集划分为去程训练集和返程训练集,将最终验证集划分为去程验证集和返程验证集;

13、模型构建模块,用于使用去程训练集和去程验证集训练初始轻量模型,得到待建模航线的去程航速预测模型,使用返程训练集和返程验证集训练初始轻量模型,得到待建模航线的返程航速预测模型。

14、根据本发明实施例的第三方面,提供一种电子设备,包括:存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所提供的船舶航速预测模型的构建方法的步骤。

15、根据本发明实施例的第四方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有信息传递的实现程序,该程序被处理器执行时实现本公开第一方面所提供的船舶航速预测模型的构建方法的步骤。

16、本发明实施例提供的技术方案包括以下有益效果:基于大气海洋数据驱动构建船舶航速预测模型,在模型构建过程中未使用与船舶本身运行不准确的参数,有效提升了船舶航速预测模型构建的准确性;为了能够适应待建模航线航速数据分布的特点,使用自定义的自适应调整法调整训练集以契合验证集的数据,最终能够为航线制定专属对应的船舶航速预测模型;且模型的构建分为去程和返程两部分,有效地区分了去程和返程行驶的差异。

17、应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。



技术特征:

1.一种船舶航速预测模型的构建方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括:

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述从大气海洋数据中获取训练集和待建模航线对应的验证集具体包括:

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述清洗所述训练集和所述验证集并构造新特征具体包括:

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述使用小波分解法剔除所述第一训练集中异常样本点具体包括:绘制所述第一训练集中航速标签随时间变化的曲线,使用小波分解法剔除所述曲线中偏离过大或异常的样本点。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述使用自适应调整法调整剔除样本点后第一训练集中的航速分布,得到与最终验证集数据分布一致的最终训练集具体包括:

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述使用所述去程训练集和所述去程验证集训练初始轻量模型,得到待建模航线的去程航速预测模型,使用所述返程训练集和所述返程验证集训练初始轻量模型,得到待建模航线的返程航速预测模型具体包括:

8.一种船舶航速预测模型的构建装置,其特征在于,包括:

9.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的船舶航速预测模型的构建方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序,所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的船舶航速预测模型的构建方法的步骤。


技术总结
本发明提供了一种船舶航速预测模型的构建方法、装置、设备及存储介质,其中,方法包括:从大气海洋数据中获取训练集和验证集;清洗训练集和验证集并构造新特征,使用随机森林法筛选全部特征,得到预测的重要特征,基于重要特征形成第一训练集和最终验证集;使用小波分解法剔除第一训练集中异常样本点,使用自适应调整法调整剔除样本点后第一训练集中的航速分布,得到与最终验证集数据分布一致的最终训练集;使用去程训练集和去程验证集训练初始轻量模型,得到待建模航线的去程航速预测模型,使用返程训练集和返程验证集训练初始轻量模型,得到待建模航线的返程航速预测模型。

技术研发人员:金铸钰,徐晶,黄萧霖,张浩,赵伟
受保护的技术使用者:中国气象科学研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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