4、基于决策树算法的AIS数据损坏检测

基于决策树算法的AIS数据损坏检测

1. 引言

在AIS（自动识别系统）数据处理中，检测和处理损坏的消息至关重要，因为错误的数据可能会导致严重的后果，如船舶碰撞等。理想的算法应具备低计算复杂度，并且能够检测出AIS消息中的损坏，无论船舶的行为是否典型。

2. 损坏检测方法

2.1 独立簇中的损坏检测

• 背景 ：为了找到可能的异常AIS消息，可搜索聚类后形成独立单元素簇的消息。若聚类算法将某些消息放置在远离其他点的位置，可能表明这些消息字段包含异常值，即已损坏。例如，通过辅助测试发现，某些位（如船舶标识符MMSI、航行状态、特殊操纵指示符以及地面速度、经度和纬度的最高有效位）的损坏会使消息成为单元素簇。
• 确定消息来源 ：找到损坏的消息后，还需确定其哪部分实际损坏。为此，使用k最近邻分类器将消息分配到正确的簇中。具体步骤如下：
  1. 聚类算法为消息分配的簇索引作为分类标签。
  2. 找到与异常消息最接近的k = 5条消息。
  3. 这些消息中大多数所属的簇成为异常消息的新组。

• 检测异常字段 ：基于小波变换提出了一种检测AIS消息字段异常的特殊算法。对于每个分析字段，计算两个波形的小波变换：

  • $\Delta \hat{win}$：由给定字段中连续值的差值组成。
  • $\Delta win$：与$\Delta \hat{wi